Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАГРЕВА ГАЗА

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве азота, водорода, инертных газов для использования в качестве защитных сред при нагреве, а также нагрева воздуха для использования в технологиях нагрева и в системах воздушного отопления производственных и бытовых помещений.

Известен способ нагрева газообразного продукта, основанный использовании устройства (пламенной печи) с рециркуляцией дымовых (топочных газов) с помощью вентилятора для нагрева газа (обогрева продукта) (Плановский А.Н. и др., процессы и аппараты химической нефтехимической технологии, химия, М., 1974, С. 163-165. Рис. 7.6).

Устройство имеет небольшой коэффициент теплоотдачи от дымовых газов через внутреннюю стенку газообразному продукту.

Изобретение направлено на повышение коэффициента теплоотдачи от дымовых газов через внутреннюю стенку газообразному продукту за счет турбулизации потоков горячих дымовых газов и нагреваемого газообразного продукта.

Для достижения указанного технического результата предложен способ нагрева газообразного продукта, основанный на использовании устройства с рециркуляцией дымовых газов для нагрева газообразного продукта, которое содержит кольцевую камеру сгорания, полость которой образована торцовой стенкой с патрубком подвода топлива, торцовой стенкой с патрубком отвода дымовых газов, наружной цилиндрической стенкой и внутренней цилиндрической стенкой, между которыми расположена первая цилиндрическая перфорированная перегородка, образующая с внутренней цилиндрической стенкой зону воспламенения топлива образования дымовых газов, патрубок подвода воздуха из атмосферы, и камеру нагрева газа, полость которой образована упомянутой внутренней цилиндрической стенкой, патрубком подвода холодного газа и патрубком отвода нагретого газа, причем оно выполнено с возможностью рекуперации тепла дымовых газов.

Для рекуперации тепла дымовых газов устройство снабжено вентилятором, выход из которого газоводом соединен с полостью между упомянутыми наружной цилиндрической стенкой и первой цилиндрической перфорированной перегородкой, а вход в упомянутый вентилятор соединен с патрубком отвода дымовых газов дополнительным газоводом и с упомянутым патрубком подвода воздуха из атмосферы.

Кольцевая камера сгорания снабжена второй цилиндрической перфорированной перегородкой, образующую с наружной цилиндрической стенкой промежуточную зону горения и с внутренней цилиндрической стенкой зону дожигания топлива с образованием дымовых газов, расположенную перед патрубком отвода дымовых газов.

Камера нагрева газа снабжена третьей цилиндрической перфорированной перегородкой, расположенной перед выходом из патрубка подвода холодного газа и образующей с внутренней цилиндрической стенкой зону подогрева газа.

Камера нагрева газа снабжена четвертой цилиндрической перфорированной перегородкой, расположенной перед входом в патрубок отвода горячего газа и образующей с внутренней цилиндрической стенкой зону дополнительного подогрева газа.

Изобретение поясняется фиг. 1 устройства для нагрева газа, реализующего способ нагрева газа.

Устройство для нагрева газа, содержит кольцевую камеру 1 сгорания, полость которой образована торцовой стенкой с патрубком 2 подвода топлива, торцовой стенкой с патрубком 3 отвода дымовых газов, наружной цилиндрической стенкой 4 и внутренней цилиндрической стенкой 5, камеру 6 нагрева газа, полость которой образована внутренней цилиндрической стенкой 5, патрубком 7 подвода холодного газа и патрубком 8 отвода горячего газа, вентилятор 9, выход которого соединен с полостью камеры 1 сгорания газоводом 10, а вход соединен с дополнительным газоводом 11 и с патрубком 12 подвода воздуха из атмосферы.

Вентилятор 9 предназначен для рекуперации дымового газа (для дожигания в камере 1 сгорания продуктов неполного сгорания, входящих в состав дымовых газов).

В полости камеры 1 сгорания в направлении от торцовой стенки с патрубком 2 подвода топлива к торцовой стенке с патрубком 3 отвода дымовых газов между наружной цилиндрической стенкой 4 и внутренней цилиндрической стенкой 5 расположена первая цилиндрическая перфорированная перегородка 13 и вторая цилиндрическая перфорированная перегородка 14.

Со стороны торцовой стенки с патрубком 2 подвода топлива наружная стенка 4 соединена газоводом 10 с выходом вентилятора 9 и образует коллектор подвода смеси воздуха и дымовых газов с первой перегородкой 13, которая с внутренней цилиндрической стенкой 5 образует зону воспламенения топлива.

Со стороны торцовой стенки с патрубком 3 отвода дымовых газов наружная стенка 4 образует промежуточную зону горения с второй перегородкой 14, которая с внутренней цилиндрической стенкой 5 образует зону дожигания продуктов неполного сгорания.

В зону воспламенения топлива из газовода 10 смесь воздуха и дымовых газов поступает через отверстия первой перегородки 13 в виде радиальных струй, воздействующих на поверхность внутренней цилиндрической стенки 5, что способствует испарению топлива и началу диффузионного горения, которое продолжается в промежуточной зоне дожигания.

В зону дожигания продукты неполного сгорания дымового газа поступают через отверстия второй перегородки 14 в виде радиальных струй, воздействующих на поверхность внутренней цилиндрической стенки 5, что способствует увеличению полноты сгорания за счет их турбулизации. ет смесь воздуха и дымовых газов в виде радиальных струй,.

В полость камеры 6 нагрева газа образована внутренней стенкой 5 камеры 1 сгорания, которая с одной стороны соединена с патрубком 7 подвода холодного газа, а с другой стороны соединена с патрубком 8 отвода горячего газа.

В полости камеры 6 нагрева со стороны патрубка 7 подвода холодного газа расположена третья перфорированная цилиндрическая перегородка 15, а со стороны патрубка 8 отвода горячего газа расположена четвертая перфорированная цилиндрическая перегородка 16.

Из патрубка 7 холодный газ предварительно подают внутрь третьей перегородки 15, отверстия которой создают радиальные струи для зоны предварительного нагрева газа за счет теплообмена через внутреннюю стенку 5 с дымовыми газами соответственно в зоне дожигания, а затем его подают внутрь четвертой перегородки 16, отверстия которой создают радиальные струи для зоны окончательного нагрева газа за счет теплообмена через внутреннюю стенку 5 с дымовыми газами соответственно в зоне воспламенения, перед подачей нагретого газа патрубок 8 отвода горячего газа.

Способ нагрева газа реализуется следующим образом.

Воздух вентилятором 9 забирается из атмосферы и в смеси с дымовыми газами из газовода 8 подается во входную зону кольцевой камеры 1 сгорания, образованную наружной стенкой 12 и перфорированной перегородкой 14, через систему отверстий которой направляется струями перпендикулярно поверхности внутренней цилиндрической стенки 13 промежуточной зоны, вдоль которой из патрубка поступает топливо. При взаимодействии топлива с системой струй воздушно-дымовой смеси и производится его воспламенение с помощью электрозапальника (не показан).

В кольцевой камере 1 сгорания система диффузионных факелов организует горение топлива на поверхности внутренней цилиндрической стенки 13 с высокой плотностью теплового потока с минимизацией образовании оксидов азота в условиях горения с недостатком воздуха. Далее продукты сгорания через перфорированную перегородку поступают в промежуточную зону рекуперации в виде системы скоростных струй перпендикулярных к внешней поверхности внутренней цилиндрической стенки 13.

В камеру нагрева 5 холодный газ поступает из патрубка 6 через отверстия перфорированной цилиндрической перегородки 16 в виде системы струй, перпендикулярных к внутренней поверхности внутренней цилиндрической стенки. Холодный газ, вытекая из отверстий перегородки 16 после соударения с внутренней поверхностью внутренней цилиндрической стенки 13 камеры нагрева, образует систему веерных струй, эффективно воспринимающих теплоту, отдаваемую дымовыми газами со стороны торцовой стенки с патрубком отвода дымовых газов в зоне выхода из кольцевой камеры 1 сгорания. Далее для дополнительного нагрева газ поступает через отверстия перфорированной цилиндрической перегородки 17 в виде системы струй, перпендикулярных к теплопередающей внутренней поверхности корпуса камеры нагрева, в зону камеры горения, где нагревается до высоких температур и удаляется через патрубок 8.