6. Устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов

Дымовые газы, которые покидают рабочее пространство печи, уносят с собой определенное количество тепла, которое тем больше, чем выше температура газов и ниже коэффициент использования тепла в печи. Для того чтобы повысить к.п.д. печного агрегата, температуру горения целесообразно часть тепла отхо­дящих дымовых газов возвратить в печь. Для этого тепло уходящих дымовых газов необходимо передать воздуху или газу, подаваемым в печь для горения.

В рабочее пространство печи подается определенное количество тепла:

,

где – тепло, получаемое при горении топлива; – тепло подогретого воздуха или газа.

Понятно, что при увеличение позволит умень­шить . Таким образом, утилизация тепла отходящих дымо­вых газов позволяет достичь экономии топлива и как следствие снизить стоимость нагрева металла в промышленных печах.

Помимо экономии топлива, применение подогрева воздуха (газа) увеличивает калориметрическую темпе­ратуру горения, т. е. дает возможность использовать топливо с низкой теплотой сгорания. Увеличение при увеличивает температуру горения. Если требуется Т = const, то повышение температуры подогрева воздуха (газа) при­водит к уменьшению , т. е. к уменьшению доли топливной смеси газа с высокой теплотой сгорания.

Утилизацию тепла отходящих дымовых газов и возврат тепла в печь можно осуществить в теплообменных устройствах регенеративного и рекуперативного типов.

Регенеративный и рекуперативный принципы утилизации тепла

Регенеративный принцип утилизации тепла рассмотрим на примере работы регенеративного нагревательного колодца (рис. 6.1).

Данный колодец работает реверсивно. Сначала топливо и воздух поступают с одной стороны и, нагреваясь в регенераторах до температуры примерно равной 800  С, попадают в рабочее пространство печи. Дымовые газы проходят через другую пару регенераторов и отдают свое тепло огнеупорной насадке. По прошествии определенного времени происходит перекидка клапанов, и весь цикл повторяется.

Рис. 6.1. Регенеративный нагревательный колодец: 1 – крышка; 2 – механизм для перемещения крышки; 3 – рабочее пространство; 4 – воздушный регенератор; 5 – газовый регенератор; 6 – лючки для удаления коксика; 7 – шлаковик

Таким образом, регенеративные теплообменники работают при нестацио­нарном тепловом состоянии. Такая работа теплообмен­ников регенеративного типа является причиной их главных недостат­ков:

1) регенераторы не обеспечивают постоянную темпера­туру подогрева воздуха или газа, которая снижается по мере остыва­ния кирпичей насадки и ограничивает возможность примене­ния автоматического регулирования печи;

2) при перекидке клапанов на некоторое время прекращается питание печи теплом;

3) имеются потери газообразного топлива через дымовую трубу, которые достигают 5–6 % пол­ного расхода;

4) большой объем и масса регенераторов;

5) керамические регенераторы располагают всегда под печа­ми.

Несмотря на эти недостатки, регенеративные тепло­обменники применяют еще на высокотемпературных печах (мартеновских и доменных печах, в нагревательных колодцах). Дело в том, что регенераторы могут работать при весьма высокой температуре дымовых газов (1500–1600 ⁰С), а рекуператоры при такой температуре работать устойчиво пока не могут.

Рекуперативный принцип утилизации тепла отходящих ды­мовых газов (рис. 6.2) более прогрессивен и более совершенен.

Рис. 6.2. Рекуперативный колодец с отоплением одной верхней горелкой:1 – рабочее пространство; 2 – крышка; 3 – горелка; 4 – керамический рекуператор; 5 – металлический рекуператор; 6 – дымовая труба

К преимуществам рекуператоров следует отнести:

1) рекупе­раторы обеспечивают постоянную температуру подогрева воз­духа или газа;

2) нет необходимости в перекидных устройствах;

3) более ровный ход печи, возмож­ность для автоматизации и контроля ее тепловой работы;

4) отсутствует вынос газа в дымовую трубу;

5) по сравнению с регенераторами они меньше объемом и массой.

Главными недостатками рекуператоров являются низкая огнестойкость (металлических рекуператоров) и низкая газо­плотность (керамических рекуператоров).