2.2. Нагревание горячей водой

Горячая вода в качестве нагревающего агента обладает определенными недостатками по сравнению с насыщенным водяным паром. Коэффициенты теплоотдачи от горячей воды, как и от любой другой жидкости, ниже, чем коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара. Кроме того, температура горячей воды снижается вдоль поверхности теплообмена, что ухудшает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование. Горячую воду получают в водогрейных котлах, обогреваемых топоч­ными газами, и паровых водонагревателях (бойлерах). Она применяется обычно для нагрева до температур не более 100 °С. Для температур выше 100 °С в качестве теплоносителя используют воду, находящуюся под избы­точным давлением. Для нагревания водой применяют главным образом циркуляционные системы обогрева, которые описаны ниже.

В некоторых случаях для нагрева используют конденсат водяного пара.

2.3. Нагревание топочными газами

Дымовые, или топочные, газы относятся к числу наиболее давно при­меняемых нагревательных агентов. Топочные газы не потеряли своего значения до настоящего времени, так как позволяют осуществлять нагре­вание до высоких температур, достигающих 1000-1100 °С, при незначи­тельном избыточном давлении в теплообменнике (со стороны газов). Наи­более часто топочные газы используют для нагрева через стенку других нагревательных агентов — промежуточных теплоносителей.

Наиболее существенными недостатками топочных газов являются: не­равномерность нагрева, обусловленная охлаждением газа в процессе теплообмена, трудность регулирования температуры обогрева, низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке [не более 35-60 вm/(м²град)], возможность загрязнения нагреваемых материалов продуктами неполного сгорания топлива (при непосредственном обогреве газами). Значительные перепады температур между топочными газами и нагреваемой средой со­здают «жесткие» условия нагревания, которые недопустимы для многих продуктов и могут вызвать их перегрев.

Из-за относительно низкой удельной теплоемкости топочных газов их объемные расходы велики и транспортирование требует значительных затрат. Поэтому топочные газы обычно используют непосредст­венно на месте их получения.

Топочные газы получают, сжи­гая в топках печей твердое, жид­кое или газообразное, топливо. Наиболее дешевым и эффектив­ным топливом являются природ­ные газы. Кроме того, эко­номически целесообразно приме­нение в качестве греющих аген­тов отходящих газов некоторых химических и других производств; температура этих газов достаточно высока и иногда достигает 500- 600 °С.

Н агревание топочными газа­ми производят в печах. На рис. XII-4 показана трубчатая печь для нагрева жидких про­дуктов, работающая на газооб­разном топливе. Горючий газ, вы­ходя из сопла горелки 1, инжек­тирует необходимое количество воздуха, смешивается с ним и движется через пористую панель 2 из огнеупорного материала. Горение протекает на поверхности излучающей панели при отсутствии пламени. Такие горелки называются беспламенными.

Образовавшиеся топочные газы поступают в первую по ходу их дви­жения радиантную часть рабочего пространства печи, в которой основная часть тепла передается нагреваемой жидкости, движущейся по змеевику 3, путем излучения. Во второй, конвективной части печи 4 тепло передается жидкости через стенку змеевика главным образом путем конвекции. В конвективной части печи для лучшей утилизации тепла дымовых газов устанавливают дополнительные теплообменные устрой­ства, например змеевик-перегреватель 5. Газы удаляются через дымовую трубу 6.

Регулирование температуры нагрева топочными газами производят посредством рециркуляции части отработанных газов. Возвращая дымо­сосом или эжектором часть отработанных газов в печь и смешивая их с газами, полученными в топке, снижают температуру газов и одновременно увеличивают объем газов, обогревающих теплообменные устройства. Увеличение объема газов приводит к возрастанию их скорости и соответ­ственно — к увеличению коэффициентов теплоотдачи от газов к стенке. Для уменьшения температуры греющих газов в топку печи дополнитель­но подводят воздух, смешиваемый с газами.