6.1.2. Радиационные и комбинированные рекуператоры

В радиационных рекуператорах значитель­ная толщина слоя излучающих газов и тепловое излучение ды­мовых газов являются определяющим видом теплоперехода на дымовой стороне рекуператора. Радиационный рекуператор представляет собой сдвоенную трубу большого диаметра (рис. 6.6, а).

По кольцевому каналу, между стенками двух труб, поступает воздух, а по внутренней трубе проходят дымовые газы.

Радиационные рекуператоры используют при температуре дымовых газов не ниже 800 ⁰С. Это связано с тем, что до этой температуры тепловое излучение относительно невелико. В радиационных рекуператорах воздух движется с большой скоростью (20–30 и выше), этим достигаются высокие коэффициенты теплоотдачи на воздушной стороне, позволяет по­лучать большую тепловую нагрузку поверхности нагрева (250–335 ), тогда как в металлических рекуператорах других конструкций она не превышает 63 .

Из-за интенсивного теплоотбора от стенки трубы к воздуху высокая тепловая нагрузка не вызывает опасного перегрева материала рекуператора. Обычно температура стенки превышает температуру воздуха на 100–150 ⁰С. Кроме того, применение в радиационных рекуператорах пря­моточной схемы движения теплоносителей, позволяет повысить температурный предел их применения до температуры дымовых газов 1400–1600 ⁰С. Противоточную схему применяют при температуре продуктов сгорания менее 1100 ⁰С [7].

Рис. 6.6. Комбинированный радиационно-конвективный рекуператор: а – радиационная часть; б – конвективная часть

Для того чтобы цилиндрический радиацион­ный рекупера­тор не коробился и не выходил из строя необходимо, чтобы вся его поверхность рав­номерно охлаждалась воздухом. Равномерное ох­лаждение достигается равномерным подводом и отводом воздуха.

Для повышения эффективности рекуператора его часто выполняют комбинированным, состоя­щим из двух частей: радиационной (см. рис. 6.6, а) и конвективной (см. рис. 6.6, б). В этом рекуператоре холодный воздух сначала поступает в конвективный трубчатый рекуператор, а затем, для окончательного нагрева, в радиационный рекуператор.

6.2. Керамические рекуператоры

Керамические рекуператоры более громоздки, имеют меньший коэффициент теплопередачи и меньшую удель­ную поверхность нагрева. Они характеризуются плохой герметичностью и непригодны для подогрева газа. Керамические ре­куператоры размещают под печами, они занимают много места и требуют значительных подземных боровов. Несмотря на все недостатки, керамиче­ские рекуператоры обладают существенным преимуществом - могут устойчиво работать при температу­ре дымовых газов 1200–1400 ⁰С, что позволяет применять их на высокотемпературных печах. В таких рекуператорах обеспечивается подо­грев воздуха до 800–900 ⁰С.

Работа керамического рекуператора сильно зависит от того, какой материал был использован при изготовлении его элементов. Материал рекупе­ратора должен обладать достаточной огнеупорностью, хорошей термостойкостью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой, высокой теплопроводностью, требуемыми меха­ническими свойствами, низким коэффициентом линейного рас­ширения и быть достаточно стойким против воздействия шлаков.

Для компенсации расширения рекуперативной насадки при нагреве, используют специальные затворы (часто пе­сочные), позволяющие расширяться рекуперативной насадке, но перекрывающие зазор и препятствующие утечке воздуха че­рез этот зазор на дымовую сторону.

В отечественных печах применяют шамотные блоч­ные рекуператоры и карбошамотные рекуператоры из восьми­гранных трубок.

Основной частью шамотного рекуператора (рис. 6.7) являются установленные вер­тикально фасонные блоки. Воз­дух движется снизу вверх по четырем каналам внутри блока. Дымовые газы направляются между блоками совершая петле­образное движение и омывая их с двух сторон.

Удельная по­верхность рекуператора составляет 6,35 , масса 980 . Шамотный рекуператор обеспечивает подогрев воздуха до 500–600 ⁰С. Температура дымовых газов 1000–1100 ⁰С. Коэффициент теплопередачи 4,7–5,8 .

Возникающие на пути воздуха сопротивления малы, поэтому для приведения в движение воздуха может быть ис­пользован его геометрический напор. Печи, на которых установлены рекуператоры подобного типа и инжекционные горелки, могут работать без вентиля­торов.

Карбошамотный трубчатый рекуператор (рис. 6.8), используют в нагревательных колодцах и методических печах. Его соби­рают из восьмигранных труб длиной 300–400 мм, которые устанавливают вертикально в шахматном порядке и соединяют между собой специальными муфтами. В верхней части предусмотрен специальный песочный затвор для повышения газоплотности. Дымо­вые газы движутся по трубам сверху вниз. Воздух омывает керамические трубы снаружи, двигаясь перпендику­лярно дымовым газам и поднимаясь снизу вверх.

Скорость движения воздуха обычно равна 1–2 , а дымовых газов 0,7–1 .

Тем­пература отходящих дымовых газов составляет 1250–1300 ⁰С. Температура подогретого воздуха до 800–900 ⁰С. Суммарный коэффициент теплопередачи 8,15–10,4 . Удельная поверхность нагрева по дымовым газам составляет 9,5 насадки, по воздуху 7,5 при общей массе элементов, приходящихся на 1 насадки, около 550 .

Рис. 6.7. Керамический рекуператор из шамотных блоков

Рис. 6.8. Керамический рекуператор из карбо-шамотных труб

Низкая герметич­ность и засорение верхней части рекуператив­ных труб, являются основными недостатками такого рекуператора.