Котёл-утилизатор радиационных теплопотерь печей обжига строительных материалов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОТЛ-УТИЛИЗАТОР РАДИАЦИОННЫХ ТЕПЛОПОТЕРЬ ПЕЧЕЙ ОБЖИГА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Научно-исследовательское и проектно-технологическое республиканское унитарное предприятие Институт НИПТИС им. Атаева С.С.(72) Авторы Пилипенко Владимир Митрофанович Данилевский Леонид Николаевич Некрасов Валерий Павлович Шатковский Анатолий Иванович Лазарашвили Михаил Гурамович Иванов Сергей Иванович Дягилев Анатолий Павлович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское и проектно-технологическое республиканское унитарное предприятие Институт НИПТИС им. Атаева С.С.(57) 1. Котел-утилизатор радиационных теплопотерь печей обжига строительных материалов, включающий ограждающие теплообменные поверхности, верхние и нижние коллекторы, расположенные вдоль продольной оси радиационного источника, отличающийся тем, что модульные радиационные теплообменные панели размещены на минимальном расстоянии от вращающейся наружной поверхности печи обжига в пределах исключения механического контакта с ней и выполнены из труб дугообразной формы с расположенными над ними отражающим и защитным экранами, разделенными теплоизолирующим слоем, причем нижние подающие коллекторы теплообменных панелей объединены и имеют общий вход для теплоносителя, а верхние собирающие коллекторы теплообменных панелей также объединены и имеют общий выход для теплоносителя. 81812012.04.30 2. Котел-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что составляющие теплообменные панели модули из дугообразных труб размещены с возможностью образования полноохватного замкнутого контура вокруг всей наружной поверхности печи. 3. Котел-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что составляющие теплообменные панели модули из дугообразных труб образуют замкнутый контур посредством соединяющих труб с теплоносителем с возможностью размещения отдельных модулей вблизи теплоотдающей наружной поверхности печи в оптимальных с точки зрения наивысшего КПД теплопередачи местах.(56) 1. Патент Российской Федерации 2107872. 2. Патент США 4530311. 3. Свидетельство Российской Федерации на полезную модель 10837, МПК 622 1/02, 27 3/24, 1999 (прототип). Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам котла-утилизатора радиационных теплопотерь печей обжига строительных материалов, и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства и промышленности для утилизации радиационной составляющей тепловых потоков. Известны котлы-утилизаторы отходящего тепла горячих газов печи, содержащие радиационные и конвективные секции 1, 2. Недостатком указанных котлов-утилизаторов является отсутствие возможности утилизации теплопотерь с наружной части вращающегося корпуса печи обжига. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является котел-утилизатор 3, обеспечивающий передачу тепла от горячих газов печи к теплоносителю посредством ограждающих теплообменных поверхностей и подачу теплоносителя от нижних коллекторов к верхним, расположенным вдоль продольной оси радиационного источника. Принцип работы котла-утилизатора основан на процессе теплопередачи, а генерируемая с наружной части корпуса печи энергия теплового потока представлена в основном радиационной составляющей в инфракрасном диапазоне излучения. Недостаток прототипа в том, что в соответствии с его конструкцией для эффективной теплопередачи необходим непосредственный контакт источника тепла - горячих газов со стенками секций котла-утилизатора. Однако обеспечить контактную теплопередачу с вращающейся поверхности печи обжига, имеющей значительные радиальные и осевые биения (в несколько сантиметров),весьма затруднительно. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности процесса утилизации тепла с вращающейся поверхности печи обжига строительных материалов за счет достижения технической цели обеспечения бесконтактного отбора тепловой энергии с максимальным коэффициентом теплопередачи тепловой энергии с поверхности печи обжига к теплоносителю. Достижение технического результата обеспечивается посредством представленного полезной моделью котла-утилизатора радиационных теплопотерь печей обжига строительных материалов, включающего ограждающие теплообменные поверхности, верхние и нижние коллекторы, расположенные вдоль продольной оси радиационного источника, в котором, согласно полезной модели, модульные радиационные теплообменные панели размещены на минимальном расстоянии от вращающейся наружной поверхности печи обжига в пределах исключения механического контакта с ней и выполнены из труб дугообразной формы с расположенными над ними отражающим и защитным экранами, разделенными теплоизолирующим слоем, причем нижние подающие коллекторы теплообмен 2 81812012.04.30 ных панелей объединены и имеют общий вход для теплоносителя, а верхние собирающие коллекторы теплообменных панелей также объединены и имеют общий выход для теплоносителя. Составляющие теплообменные панели модули из дугообразных труб размещены с возможностью образования полноохватного замкнутого контура вокруг всей наружной поверхности печи. При отсутствии возможности полного охвата наружной поверхности печи составляющие теплообменные панели модули из дугообразных труб образуют замкнутый контур посредством соединяющих труб с теплоносителем с возможностью размещения отдельных модулей вблизи теплоотдающей наружной поверхности печи в оптимальных с точки зрения наивысшего КПД теплопередачи местах. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображен котел-утилизатор радиационных теплопотерь печей обжига строительных материалов в поперечном разрезе. На фиг. 2 изображен котел-утилизатор радиационных теплопотерь, вид с боку. На фигурах обозначены наружная поверхность 1 печи обжига, от которой исходит радиационный тепловой поток, и взаимодействующие с ней узлы котла-утилизатора воспринимающая радиационный тепловой поток теплообменная панель 2 с теплоприемной поверхностью 8 совмещенные отражающий экран 3 и теплоизолирующий слой 4 и охватывающий их снаружи защитный экран 5 коллектор теплообменной панели нижний 6 коллектор теплообменной панели верхний 7 опорная балка 9. В качестве радиационных теплообменных поверхностей выступают вращающаяся наружная поверхность 1 печи обжига и теплообменная панель 2, которая выполнена из труб дугообразной формы, собранных в модули и размещенных в непосредственной близости от вращающейся наружной поверхности 1 печи настолько близко, чтобы исключить механический контакт теплообменной панели и вращающейся поверхности печи. Печь обжига строительных материалов при вращении имеет осевые и радиальные биения, которые могут достигать 5-10 сантиметров, при этом необходимо исключить механический контакт вращающейся наружной поверхности печи обжига и теплоприемных поверхностей панелей 2. Поверхность труб воспринимает радиационный тепловой поток, исходящий от наружной поверхности печи и отраженный экраном 3, и является теплоприемной поверхностью 8. Ее предпочтительно изготавливать матовой и темной с целью повышения коэффициента поглощения излучения в инфракрасном диапазоне. Над модулями теплообменной панели, охватывая их снаружи, последовательно расположены отражающий экран 3, выполненный из листовой полированной нержавеющей стали, примыкающий к нему своей внутренней поверхностью теплоизолирующий слой 4 из базальтового волокна и защитный экран 5, выполненный из изогнутого по форме теплоизолирующего слоя стального оцинкованного листа. Теплообменная панель 2 представлена в виде модульной конструкции, где каждый модуль состоит из дугообразных труб с теплоносителем. Количество и размеры модулей,как и число труб в модуле, определяются размерами наружной поверхности 1 печи обжига с точки зрения возможности полного охвата ее площади замкнутым контуром из модулей,составляющих теплообменные панели. В реальных условиях функционирования печей обжига строительных материалов не всегда существует возможность полноохватного размещения контура из модулей теплообменной панели над поверхностью печи, например, из-за наличия дополнительного навесного оборудования, относящегося к процессам обжига. В этом случае модульный принцип конструкции теплообменных панелей котла-утилизатора позволяет размещать отдельные модули из труб с теплоносителем вблизи теплоотдающей наружной поверхности печи в оптимальных с точки зрения наивысшего КПД теплопередачи местах и с учетом наличия к ним доступа. 3 81812012.04.30 Трубы, подводящие к котлу теплоноситель, связывают модули теплообменной панели 2 и подключены к нижним подающим коллекторам 6, которые объединены в общий вход для теплоносителя. Трубы, отводящие от котла теплоноситель, связывают модули теплообменной панели 2 и подключены к верхним собирающим коллекторам 7, объединенным в общий выход для теплоносителя. Нижнее расположение подающих коллекторов и верхнее расположение соответственно собирающих (отводящих нагретый теплоноситель) коллекторов обусловлены конвективным эффектом подъема жидкости вверх по мере ее нагревания. Составляющие теплообменные панели модули из дугообразных труб, соединенные подводящими трубами к подающим коллекторам и общему входу, а также отводящими трубами к собирающим коллекторам и далее к общему выходу, представляют собой замкнутый контур теплообмена котла-утилизатора радиационных потерь. Вся конструкция котла-утилизатора тепла опирается на опорные балки 9. Работа полезной модели может быть представлена следующим образом. Радиационный тепловой поток с наружной поверхности 1 печи обжига строительных материалов в процессе ее работы падает на теплоприемную поверхность 8 дугообразных труб теплообменной панели 2 котла-теплоутилизатора, при этом разделяясь на три части. Первая часть поглощается теплоприемной поверхностью панели 2, вторая часть ею отражается, а третья проходит через межтрубные зазоры. После чего третья часть потока, отражаясь от экранирующей поверхности отражающего экрана 3 с высоким коэффициентом отражения, снова попадает на теплоприемную поверхность 8 панели 2, объединяясь с новой порцией радиационного потока с поверхности печи, после чего процесс повторяется. Поглощенная теплоприемной поверхностью энергия радиационного теплового потока за счет механизма теплопередачи передается теплоносителю, находящемуся в дугообразных трубах панели 2, нагревая его при этом для использования в системах теплоснабжения, технологического нагрева и других процессах теплопотребления. Поступление теплоносителя в котел-утилизатор тепла осуществляется через общий коллекторный вход, к которому подключены подающие нижние коллекторы 6 модулей теплообменных панелей. Отвод нагретого утилизируемой теплотой теплоносителя из теплообменных панелей производится через общий коллекторный выход, к которому подключены верхние собирающие коллекторы 7. Для повышения коэффициента полезного действия теплоутилизирующей системы котла и снижения теплопотерь между защитным экраном 5 и отражающим экраном 3 помещен теплоизолирующий слой 4. Технический результат достигается за счет многократного использования радиационной составляющей теплового потока с наружной поверхности вращающейся печи обжига строительных материалов. Для этого используются модульные радиационные теплообменные панели, располагаемые вблизи вращающейся наружной поверхности печи обжига и выполненные из труб дугообразной формы, верхние и нижние концы которых объединены верхними и нижними коллекторами. Над теплообменными поверхностями панелей расположены отражающий и защитный экраны, между которыми размещен теплоизолирующий слой. Представленный котел-утилизатор внедрен на практике в составе опытного образца установки утилизации радиационных теплопотерь (УУРТ), установленной на печи обжига 5 ОАО Завод керамзитового гравия г. Новолукомль. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5