Регенеративные теплообменники
Утилизация тепла в металлургических печах
Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печей, имеют высокую температуру и поэтому уносят с собой значительное количество тепла. Например, в мартеновских печах из рабочего пространства с дымовыми газами уносится около 80% всего тепла, поданного в рабочее пространство, в нагревательных печах 60%. Из рабочего пространства печей дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше температура дымовых газов и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. Поэтому целесообразно обеспечивать утилизацию тепла отходящих дымовых газов, которая может быть выполнена принципиально двумя методами: с возвратом части тепла, отобранного у дымовых газов, обратно в печь и без возврата этого тепла в печь. Для осуществления первого метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу или воздуху. Для этого широко используются теплообменники рекуперативного и регенеративного типа, применение которых позволяет повысить к.п.д. печного агрегата, увеличить температуру горения и сэкономить топливо.
Следует отметить, что единица тепла, отобранная у дыма и вносимая в печь воздухом или газом оказывается ценнее единицы тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива т.к. не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами. Утилизация тепла отходящих дымовых газов позволяет достичь экономии топлива.
Кроме экономии топлива, применение подогрева воздуха сопровождается увеличением калориметрической температуры горения.
Утилизация тепла отходящих дымовых газов с возвратом в печь можно осуществить в теплообменных устройствах регенеративного и рекуперативного типов. Регенеративные теплообменники работают при нестационарном тепловом состоянии, рекуперативные при стационарном.
Регенеративные теплообменники
Регенератор обычно применяемый в металлургических печах представляет собой камеру заполненную кирпичной многорядной решеткой (насадкой) выложенной из огнеупорных кирпичей. Сначала через регенератор пропускают дым, а затем в обратном направлении воздух или газообразное топливо. В этот период регенеративная насадка отдает воздуху (газу) ранее аккумулированное тепло. Существует оптимальное в теплотехническом отношении время между перекидкой клапанов, т.е. между следующими друг за другом изменениями поступления газообразных сред. Для мартеновских и нагревательных печей = , причем и в том и в другом случае продолжительность периодов составляет 5 - 10 мин. и определяется особенностями работы регенеративной насадки в целом и каждого кирпича в отдельности
В начале дымового периода температура насадки относительно мала и перепад температур между дымовыми газами и кирпичами насадки значительный. Постепенно насадка нагревается, перепад температур уменьшается и наступает такой момент, когда необходима перекидка клапанов. К этому времени насадка настолько нагревается, что температура ее может находиться на грани огнеупорности кирпича. Изменение температуры подогрева воздуха (газа) вызвано постепенным охлаждением насадки в течение воздушного (газового) периода.
Наиболее высокая температура подогрева воздуха наблюдается в начале воздушного периода, когда температура насадки максимальна.
Требования теплового режима печи к работе регенераторов обусловлены тем, что понижение температуры подогрева воздуха или газа приводит к снижению температуры горения и неблагоприятно влияет на температуру в печи. Поэтому, когда необходимо поддержать температуру в печи достаточно высокой, следует часто делать перекидку клапанов. Изменение температуры кирпича в течение дымового и воздушного периодов показано на рис.1, из которого видно, что в течение дымового периода температура поверхности кирпича становится ниже температуры его центра. При этом наблюдается отток тепла от середины к поверхности кирпича. В начале дымового периода процесс передачи тепла от центра к поверхности также имеет место до тех пор, пока температура поверхности не превзойдет температуры его центра.
Рис.1. Изменение температуры кирпича в течение дымового и воздушного периодов
Количество тепла + , которое кирпич аккумулирует в дымовой период, равно количеству тепла - , которое кирпич отдает воздуху в воздушный период. Внутренние слои кирпича претерпевают значительно меньшие температурные колебания, чем наружные. Поэтому масса кирпича, с точки зрения его теплоаккумулирующей и теплоотдающей способности, работает неодинаково.
К насадке предъявляют следующие требования, определяющие ее экономичность и эксплуатационные качества:
а) высокий общий коэффициент теплопередачи;
б) минимальное аэродинамическое сопротивление;
в) максимальная удельная поверхность нагрева;
г) минимальная опасность засорения;
д) необходимая строительная устойчивость.
Материал, из которого выполняют насадку, должен характеризоваться соответствующей огнеупорностью, термостойкостью и обладать определенным сопротивлением деформации под нагрузкой при повышенных температурах. В мартеновских печах крайне важное значение имеет способность кирпича насадки выдерживать воздействие железистых шлаков.
Ячейкой регенеративной насадки называется сечение, свободное для прохода газов и заключенное между четырьмя кирпичами регенератора. Размер ячейки определяется видом и назначением насадки. Наибольшее распространение получили насадки, представленные на рис.2.
Рис.2. Насадки регенераторов ( а –насадка Каупера; б – насадка Сименса; в, г – блочные насадки для доменных воздухонагревателей.
Их сравнительные характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительные характеристики насадок регенераторов
Показатели | Тип насадки | |||
Каупера (рис.2, а) | Сименса (рис.2, б) | Блочная для доменных воздухоподогревателей | ||
Рис.2, в | Рис.2, г | |||
Удельная поверхность нагрева, м2/м3 | 13.5 | 13,5 | 38,1 | 36,8 |
Объем кирпича насадки, м3/м3 | 0,54 | 0,31 | 0,7 | 0,58 |
Живое сечение насадки, М2/м2 | 0,48 | 0,42 | 0,29 | 0,386 |
Дата добавления: 2017-10-04; просмотров: 1847;