Лекция № 7. Оборудование и элементы печей: теплообменники.

1. РЕКУПЕРАТОРЫ

Рекуператор представляет собой устройство для подогрева воздуха или газа, в котором теплопередача происходит от греющего газа к нагреваемому через стенку, поверхности которой F являются поверхностями нагрева. Одной из особенностей реку­ператора является изменение температур по ходу газов.

Противоток

Противоток может быть трех типов в зависимости от соотно­шения водяных чисел потоков греющего W_г и нагреваемого W_B газов.

Водяное число потока представ­ляет собой произведение расхода потока G кг/ч на теплоемкость с кдж/кг град:

W = Gc кДж/ч град (13)

и численно равно расходу воды (кг/ч) в эквивалентном по теплоем­кости потоке воды. В самом деле, для воды с = 1, и тогда W = G.

Противоток I типа (W_Г = W_B). В этом случае температуры вдоль поверхности нагрева представля­ют собой прямые параллельные линии и разность температур между продуктами сгорания и воздухом остается постоянной, как показано на рисунке 14 . Противоток этого простого типа встре­чается редко, так как точное равенство между водяными числа­ми потоков практически невозможно. Достаточно 2% разницы в числовых значениях водяных чисел, как противоток этого типа перестает существовать.

Рисунок 14 – Распределение температур вдоль поверхности нагрева в противотоке при W_Г = W_B

Кривая температур стенки располагается, как в других схе­мах, ближе к кривой температур того потока, сопротивление теп­лоотдаче от которого к стенке меньше; как правило, она ближе к кривой нагреваемого потока.

Противоток II типа (W_Г>W_B). Этот случай наиболее распространен в практике. При очень большой поверхности нагрева (в пределе при F→∞) температурные кривые сольются на го­рячей стороне рекуператора, как показано на рисунке 15 (а). В этом случае воздух нагреется до температуры поступающих в рекупе­ратор продуктов сгорания и случай этот, таким образом, будет представлять предел экономических возможностей противотока этого типа.

Противоток III типа(W_Г < W_B). В идеальном рекуператоре этого типа (т. е. когда F =∞) к. п. д. равен 100%, так как продукты сгорания остывают до температуры поступаю­щего холодного потока, как показано на рисунке 15 (б), т. е. преимуще­ством этого типа противотока является высокий к. п. д. и низ­кая температура стенки.

Поверхность F

а б

Рисунок 15 – а: распределение температур вдоль поверхности нагрева в противотоке при W_Г > W_B; б: распределение температур вдоль поверхности нагрева в противотоке при W_Г < W_B

Параллельный ток (прямоток)

В схемах параллельного тока в отличие от схем противотока, характер температурных кривых не меняется в зависимости от соотношения водяных чисел потоков. От него зависит только к. п. д. рекуператора и, следова­тельно, возможные уровни ох­лаждения продуктов сгорания и нагрева воздуха, как показано на рисунке 16.

Ценным преимуществом схе­мы параллельного тока является возможность применения его при работе на продуктах сгорания очень высокой температуры. При этом сохраняется низкая темпе­ратура стенки.

Недостатком схемы является ее относительно низкий к. п. д.

Поверхность F

Рисунок 16 - Распределение темпера­тур вдоль поверхности нагрева в параллельном токе

Как и в противоточных схемах, эффективность использования поверхности нагрева в схеме параллельного тока неодинакова, она убывает в направлении к холодному концу (по греющему газу).

Схема параллельного тока в чистом виде из-за ее недостат­ков встречается редко. Главным образом ее используют вместе с противотоком в комбинированных схемах.

Секция параллельного тока ставится в начале комбинирован­ной схемы, чтобы воспринять на себя первый «термический удар»; завершает же комбинированную схему противоточная секция.

Появление других схем, кроме противотока и параллельного тока (таких, как поперечный ток и др.), вызвано только конст­руктивными соображениями и является данью неблагоприятным местным условиям, так как всегда снижает эффективность рабо­ты поверхностей нагрева по сравнению с чисто противоточными схемами.