Тема 5.3 Утилізація тепла продуктів горіння палива.

План

1. Загальні відомості.

2. Рекуператори.

3. Регенератори.

Загальні відомості.

При спалюванні твердого, рідкого або газоподібного палива велика кількість теплоти втрачається з димовими газами.

Кількість тепла, яка втрачається з димовими газами при повному згоранні палива визначається:

Q=C•t•V

С – теплоємкість пічних газів, Дж/м³•°С

T – температура пічних газів, °С

V – об'єм пічних газів, м³

З цієї залежності видно, що зменшити втрати теплоти з димовими газами можна зменшенням їх обсягу і зниженням температури. Обсяг димових газів можна зменшити спалюванням палива з мінімально допустимим коефіцієнтом витрати повітря і скороченням надлишкової кількості повітря, що підсмоктується в робочий простір печі. обсяг димових газів може бути також зменшений при збагаченні киснем повітря, що подається для горіння.

Температуру газів, що йдуть з печі, можна знизити використанням їх теплоти для попереднього підігріву нагріваємого металу, нагрівання повітря, що подається для горіння, та палива. При використанні теплоти димових газів для підігріву повітря поліпшується не тільки коефіцієнт використання палива, а й умови його спалювання. З'являється можливість отримати в печі температуру, яка вище температури у разі використання холодного повітря, що особливо важливо при застосуванні палива з низькою калориметричною температурою горіння.

У шахтних печах продукти горіння проходять через шахту і підігрівають слої коксу, флюсу, металую і із вагранки виходять з температурою 500-600°С.

У нагрівальних печах для зменшення втрати тепла будують багатокамерні печі.

Частіше всього тепло димових газів використовують для підігріву повітря що подається в піч.

Повітря підігрівається димовими газами в рекуператорах і регенераторах.

Рекуператори.

Рекуператор– теплообмінний аппарат для передачі тепла від одного газу до іншого через стінку при стаціонарному тепловому режимі.

По конструкції підрозділяються:

- прямоточні

- противоточні

- перехресні.

Прямоток коли повітря і димові гази переміщуються в одному напрямку. Противоток, коли повітря і димові гази переміщуються в протилежних напрямках, і перехресний потік, коли повітря та димові гази переміщуються по відношенню один до одного під кутом 90 °. На практиці зустрічаються й інші більш складні схеми, що представляють собою комбінаціюз декількох елементарних схем.

Розглянемо окремо основні схеми.

Рисунок 16 – Зміна температури повітря та димових газів в рекуператорі: а – прямоток; б – противоток; 1 – димові гази; 2 – стінка; 3 – повітря.

Прямоток. На рис. 16 а показано зміну температури повітря, димових газів і стінки по довжині рекуператора L. При прямотоці повітря ніколи не може бути нагріте вище кінцевої температури димових газів.

Противоток. Зміна температури при противотоці показано на рис. 16,б. При противотоці повітря може бути нагрітий вище кінцевої температури димових газів.

При противотоці можна отримати більш високий ККД рекуператора, ніж при прямотоці. Стінка рекуператора знаходиться в найбільш важких умовах при противотоці і найбільш сприятливих при прямотоці.

Конструкції рекуператорів. По конструкції бувають керамічні та металеві.

Керамічні рекуператори мають низький коефіцієнт теплопередачі, рівний 3-5Вт/(м²°С), громіздкі і негазоплотні. Металеві рекуператори забезпечують кращу теплопередачу в порівнянні з керамічними. Коефіцієнт теплопередачі металевого рекуператора 10-25 Вт / (м²°С).

Рекуператори виготовляють з чавуну і вуглецевої сталі при підігріві повітря до 300 ° C і жароміцних сплавів - при підігріві до 700 ° C.

На рис. 17 показана схема щелевого радіаційного рекуператора, встановленого в вертикальному димоході.

Рисунок 17 – схема щелевого радіаційного рекуператора

Рекуператор працює за схемою прямотока і складається з двох циліндрів (зовнішнього та внутрішнього) виготовлених з листової сталі. У верхній частині рекуператора розташований колектор, в який надходить холодне повітря. З колектора повітря направляється по кільцевій щілині в нижній колектор, а з нього в повітропровід гарячого повітря. Димові гази рухаються в рекуператорі з невеликою швидкістю так, що теплота від димових газів передається до стінки в основному за рахунок випромінювання. Рекуператори такого типу застосовують при температурі димових газів 1000-1500^о С. Температура підігріву повітря 600-700^о С.

Рисунок 18 – рекуператор для підігріву ваграночного дуття

На рис. 18 показаний рекуператор для підігріву ваграночного дуття. Рекуператор працює за схемою протитечії. Повітря рухається по гладким сталевим трубам 3 з колектора 2 холодного повітря в колектор 7 гарячого повітря. Гарячі гази рухаються зовні труб з топки 1 вгору і 2 пройшовши розподільчу стінку 4, повертають вниз до колектора 6, звідки відсмоктуються димососом. При нагріванні рекуператора труби подовжуються і відтягуються вгору коромислом 5. В рекуператорі 88 теплопередаючих труб, які розташовані по колу. Теплопередаюча поверхня труб 200 м², кількість повітря, що нагрівається 12 000 м² /год, температура повітря після рекуператора 400 ° С.

Регенератори

Регенератор- це камера, заповнена вогнетривкою цеглою, який складений у вигляді решітки. На відміну від рекуператорів, що працюють при стаціонарному процесі, регенератор працює при нестаціонарному процесі. Ренератор працює за наступною схемою. Гарячі гази надходять в холодний регенератор і, проходячи через нього, протягом деякого часу нагрівають вогнетривку насадку до високої температури. Після цього подача гарячих газів в регенератор припиняється, і через розпечену насадку надходить холодне повітря. Температура повітря, що виходить з регенератора, в початковий момент досить висока, а потім у міру охолодження вогнетривкої насадки знижується. через деякий час цикл повторюється, т. е. в регенератор знову направляють гарячі гази. Для безперервного отримання гарячого повітря встановлюють два регенератора, що працюють почергово: в одному гарячі гази нагрівають вогнетривку насадку, в іншому в цей час нагрівається повітря. В ливарних цехах регенератори використовують для підігріву повітря на мартенівських печах. В сучасних ливарних цехах машинобудівних заводів регенератори через громіздкість не застосовують.

Контрольні запитання:

1. За якою формулою визначається кількість тепла, яка втрачається з димовими газами при повному згоранні палива?*

2. Як можна зменшити втрати тепла?

3. Як можна знизити температуру газів, що йдуть з печі?

4. В яких установках повітря підігрівається димовими газами?

5. Що називають рекуператором?

6. Які конструкції рекуператорів ви знаєте?

7. Як працює рекуператор?*

8. Що називають регенератором?

9. За якою схемою працює регенератор?*

Література: 1, с. 88-94.