Стеклоблочный воздухоподогреватель
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно для использования тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагревании воздуха, подаваемого на горение. Техническая задача изобретения - повышение эксплуатационной надежности и эффективности. Технический результат достигается тем, что воздухоподогреватель содержит пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного армированного или неармированного стекла, закрепленный с применением уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенный в корпус с крышкой, причем стеклянные теплообменные элементы представляют собой многоканальные или одноканальные стеклоблоки с воздушными каналами, имеющими шероховатую поверхность стекла, и через стенку газовыми каналами, имеющими гладкую поверхность стенки, размещенными по длине вдоль каждого блока, причем стеклянные блоки расположены многорядной системой перевязки с образованием по длине пакета сквозных одноименных каналов и соединены между собой по длине через упругие уплотнения с прокладками между каждым рядом, боковыми поверхностями блоков и корпусом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно для использования тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагревании воздуха, подаваемого на горение.
Известен воздухоподогреватель, содержащий снабженный дымососом газоход с установленными в нем, по крайней мере, двумя ступенями воздухоподогревателя, вторая ступень которого выполнена из стеклянных труб [1].
К недостаткам известного устройства относятся громоздкость установки и значительное аэродинамическое сопротивление.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является воздухоподогреватель, содержащий регенеративную ступень, подключенную к источнику воздуха через рекуперативную ступень, снабженную предвключенным по воздуху пакетом стеклянных труб (теплообменных элементов), выполненных из термостойкого малощелочного стекла, закрепленных с применением уплотняющих колец из термостойкой фторкаучуковой резины (упругих уплотнений), надеваемых на трубки и зажимаемых болтами между двумя трубными досками, обеспечивающими уплотнение труб, и через байпасный трубопровод с калорифером [2].
Основными недостатками известного устройства являются сложность конструкции, выражающаяся в сложности монтажа и замены трубок, в неравномерном обжатии уплотнительных колец стеклянных труб, приводящем к перетечкам воздуха в газовый тракт и к возникновению в трубках температурных и механических напряжений, приводящих к разрушению трубной конструкции, возможности возникновения акустического резонанса в газовом объеме, что ограничивает площадь газового сечения и, соответственно, производительность воздухоподогревателя и ведет к снижению надежности и эффективности воздухоподогревателя.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности и эффективности за счет снижения механических и температурных напряжений путем снижения длины теплообменных элементов, исключения явления акустического резонанса путем деления газового объема на отдельные каналы, повышения теплофизических свойств путем армирования стенок каналов металлической сеткой и упрощения конструкции, заключающегося в возможности замены отдельных стеклопакетов воздухоподогревателя без нарушения целостности конструкции.
В первом варианте стеклоблочного воздухоподогревателя технический результат достигается тем, что воздухоподогреватель содержит пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного стекла, закрепленный с применением уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенный в корпус с крышкой, причем стеклянные теплообменные элементы представляют собой многоканальные стеклоблоки с воздушными каналами, имеющими шероховатую поверхность стекла, и через стенку газовыми каналами, имеющими гладкую поверхность стенки, размещенными по длине вдоль каждого блока, причем стеклянные блоки уложены многорядной системой перевязки с образованием по длине пакета сквозных одноименных каналов и соединены между собой по длине через упругие уплотнения с прокладками между каждым рядом, боковыми поверхностями блоков и корпусом.
Во втором варианте стеклоблочного воздухоподогревателя технический результат достигается тем, что теплообменные элементы представляют собой стеклоблоки, выполненные из термостойкого малощелочного армированного металлической сеткой стекла.
На чертеже представлен первый вариант стеклоблочного воздухоподогревателя, содержащего корпус 1, закрытый крышкой 2 и заключающий в себе расположенные многорядной системой перевязки многоканальные стеклоблоки, выполненные из термостойкого малощелочного стекла 3, с прокладкой между стеклоблоками 4, наружной прокладкой 5 и упругим уплотнением 6, состоящие из прямоугольных каналов 7 для прохода воздуха и каналов 8 с упругой распоркой 9 для прохода дымовых газов, причем между стеклоблоками находятся прямоугольные газовые каналы 10. Трубные решетки на чертеже не показаны.
Во втором варианте стеклоблоки выполнены из термостойкого малощелочного стекла, армированного металлической сеткой.
В основу работы предлагаемого стеклоблочного воздухоподогревателя положена интенсификация теплообмена путем применения поверхностей теплообмена с искусственно созданной шероховатостью. В предложенных вариантах стеклоблочного воздухоподогревателя шероховатая поверхность, предусматриваемая в каналах для прохода среды без механических примесей и с меньшим значением коэффициента теплопроводности, то есть нагреваемого воздуха, обеспечивает интенсификацию процессов теплопередачи путем турбулизации потока среды и разрушения ламинарного подслоя и увеличивает поверхность нагрева, что в свою очередь приводит к снижению размера теплообменных элементов. Выполнение газовых каналов прямоугольного сечения с гладкой стенкой обеспечивает возможность регулярной надежной очистки теплообменной поверхности от механических загрязнений, что также интенсифицирует процесс теплопередачи [3, с.272-276]. Выполнение теплообменных элементов в виде многоканальных или одноканальных блоков обеспечивает удобство монтажа и ремонта воздухоподогревателя, увеличение прочности конструкции за счет многорядной и однорядной укладки стеклоблоков, аналогичной перевязке, используемой при кирпичной кладке [4, с.167-171]. Кроме того, выполнение газовых и воздушных каналов прямоугольного сечения приближает конструкцию стеклоблочного воздухоподогревателя к конструкции пластинчатого воздухоподогревателя, что позволяет уменьшить габариты предлагаемого воздухоподогревателя по сравнению с трубчатым стеклянным воздухоподогревателем. Армирование стеклянных стенок каналов также способствует повышению прочности стеклоблоков и увеличению коэффициента теплопроводности λ [6, с.13-15]. Возможность выполнения каналов для прохода дымовых газов с площадью поперечного сечения большей площади каналов для прохода воздуха ведет к выравниванию скоростей обоих потоков и, следовательно, к увеличению коэффициента теплопередачи К [5, с.316]. Возможность разделения общего потока дымовых газов на множество отдельных, протекающих через каналы с гладкими стенками, исключает вероятность возникновения явления акустического резонанса, сопровождающегося пульсациями давления и приводящего к разрушению конструкции воздухоподогревателя [6, с.57-60].
Стеклоблочный воздухоподогреватель, представленный на чертеже, работает следующим образом.
Дымовые газы при разрежении, соответствующем режиму работы котельного агрегата, и при температуре, близкой к температуре конденсации водяных паров, содержащихся в них, поступают в прямоугольные каналы с гладкими стенками 8, 10, легко подвергающиеся очистке от оседающих на них механических примесей, содержащихся в дымовых газах. В воздушные прямоугольные каналы 7 с шероховатой поверхностью и площадью поперечного сечения меньшей, чем у газовых каналов 8 стеклоблоков 3 и газовых каналов 10, образованных между отдельными стеклоблоками 3, поступает холодный воздух, который при прохождении через каналы 7, в результате процесса теплообмена с горячими дымовыми газами, заключающегося в передаче тепла теплопроводностью через общие стенки газовых 8, 10 и воздушных каналов 7, конвекции в газовой и воздушной средах нагревается до требуемой температуры, а дымовые газы охлаждаются с частичной конденсацией водяных паров, содержащихся в них. При этом в зависимости от требуемой компоновки пакетов конструкция первого варианта стеклоблочного воздухоподогревателя позволяет осуществлять процесс подогрева воздуха как по прямоточной схеме, так и противоточной схеме движения теплоносителей.
Таким образом, предлагаемый стеклоблочный воздухоподогреватель позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы устройства за счет выполнения теплообменных элементов в виде стеклоблоков с разновеликими каналами для прохода воздушной и газовой среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство СССР №954721, кл. F 23 L 15/04, 1982.
2. Авторское свидетельство СССР №817395, кл. F 23 L 15/04, 1981.
3. М.А.Михиеев, И.М.Михеева. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973, 320 с.
4. Технология строительного производства: учебник для вузов /Под ред. Л.Д.Акимова, Н.Г.Аммосова, Г.М.Бадьина и др. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987, 606 с.
5. Водяные тепловые сети: Справочное пособие /Под ред. Н.К.Громова, Е.П.Шубина, 1988, 376 с.
6. Т.С.Добряков, В.К.Мигай и др. Воздухоподогреватели котельных установок, 1977, 184 с.
1. Стеклоблочный воздухоподогреватель, включающий пакет стеклянных теплообменных элементов, выполненных из термостойкого малощелочного стекла, закрепленный с применением упругих уплотнений между двумя трубными досками болтами и помещенный в корпус с крышкой, отличающийся тем, что стеклянные теплообменные элементы представляют собой многоканальные стеклоблоки с воздушными каналами, имеющими шероховатую поверхность стекла и через стенку газовыми каналами, имеющими гладкую поверхность стенки, размещенными по длине вдоль каждого блока, причем стеклоблоки расположены многорядной системой перевязки с образованием по длине пакета сквозных одноименных каналов, соединенных между собой по длине через упругие уплотнения с прокладками между каждым рядом, боковыми поверхностями блоков и корпусом.
2. Стеклоблочный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что теплообменные элементы представляют собой многоканальные стеклоблоки, выполненные из термостойкого малощелочного армированного металлической сеткой стекла.
