Конструкции рекуператоров

Хорошая конструкция должна обеспечивать длительную службу (стойкость) рекуператора без ремонта в течение несколь­ких лет.

Эффективная длительная работа рекуператора возможна при соблюдении следующих условий:

- применение окалиностойких материалов для изготовления груб рекуператора;

- применение материалов, обладающих большой теплопро­водностью;

- обеспечение минимально возможной температуры труб в результате улучшения теплообмена между трубой и холодным потоком;

- предотвращение местных перегревов труб;

- обеспечение герметичности (газоплотности) всей конструк­ции;

- создание условий, обеспечивающих возможность чистки груб в процессе работы;

- обеспечение свободного расширения труб при нагреве и охлаждении (компенсация температурных расширений).

Игольчатые рекуператоры

Довольно широкое распространение получили у нас чугунные игольчатые рекуператоры, изготовляемые из природнолегированных (хромом и никелем) халиловских чугунов.

Основным элементом такого рекуператора является иголь­чатая труба (рисунок 17).

Как правило, воздух движется внутри трубы, а дымовые га­зы — снаружи. Устройство игл в несколько раз повышает коэф­фициент теплопередачи, значение которого, отнесенное к поверх­ности гладкой трубы, может доходить до 81 вт/(м²град). Это происходит за счет турбулизации по­токов и увеличения фактической поверхности нагрева.

Игольчатые трубы выпускают четырех длин: 880, 1135, 1385, 1640 мм с поверхностью нагрева (считая по гладкой трубе) 0,25; 0,33; 0,42 и 0,50 м².

По конструкции игольчатой поверхности различают трубы трех типов:

1) «17,5» - с обтекаемыми иглами на воздушной и дымовой сторонах с расстоянием между иглами 17,5 мм;

2) «28» - с обтекаемыми иглами на воздушной и дымовой сторонах с расстоянием между иглами 28 мм;

3) с обтекаемыми иглами на воздушной стороне и с гладкой (без игл) поверхностью (односторонние игольчатые) с газовой стороны.

Последние рекомендуют для печей с загрязненными пылью продуктами сгорания, например, для печей, отапливаемых неочи­щенным генераторным газом или угольной пылью.

Между собой, а также с патрубками для подвода и отвода воздуха трубы соединены строгаными чугунными рейками.

Рисунок 17 - Чугунная труба типа «17,5» игольчатого рекуператора

Таким образом, в любой последовательности можно соеди­нить любое число игольчатых труб. На рисунке 18 показан рекупе­ратор из 12 игольчатых труб типа «28» длиной 1135 мм. В этом рекуператоре воздух проходит последовательно 4 секции из трех труб каждая.

Скорость воздуха рекомендуется брать в пределах 4-8 м/сек (при 0° С), а скорость продуктов сгорания 1-2 м/сек (при 0°С).

Керамические рекуператоры

Возможность высокотемпературного подогрева воздуха до 900° С и долговечность керамических рекуператоров — их основ­ное достоинство. Рекуператоры из шамотных кирпичей на методических печах ряда наших металлургических заво­дов (рисунок 19) работают без ремонта на протяжении нескольких лет.

В каждом кирпиче предусмотрено четыре отверстия и бурти­ки, на которые укладывают короткие шамотные распорные плитки. Кирпичи ставят один на другой и их отверстия образу­ют сплошные вертикальные каналы для прохода воздуха. Про­дукты сгорания движутся между кирпичами в горизонтальном направлении, как показано стрелками на рисунке 19.

Рисунок 18 - Рекуператор из 12 чугунных игольчатых труб

Рекуператорам из шамотных кирпичей свойственны два ос­новных недостатка: большие тепловые сопротивления стенки и малая газоплотность стыков кирпичей. Поэтому получили распространение только те конструкции рекуператоров, в кото­рых кирпичи, образующие проходы для воздуха, стоят верти­кально друг на друге, что обеспечивает меньшее расхождение швов.

Малая газоплотность не позволяет работать с большими ско­ростями воздуха, так как в этом случае неизбежно повышенное давление в воздушных каналах и потери воздуха. Поэтому вна­чале даже не ставили воздушных вентиляторов, а добивались поступления воздуха под действием самотяги.

Рисунок 19 - Устройство рекуператора из специаль­ных шамотных кирпичей

Опыт показал, однако, что вентиляторное дутье при керамических рекуперато­рах возможно, но при этом нежелательно, чтобы скорость возду­ха была выше 2-3 м/сек. При таких малых скоростях невоз­можна работа с высокими коэффициентами теплопередачи и весь рекуператор получается громоздким.

Более совершенной конструкцией является керамический рекуператор, устанавливаемый на нагревательных колодцах (рисунок 20).

1

3

Рисунок 20 - Трубчатый керамический рекуператор для нагревательных колодцев: 1 - выход нагретого воздуха; 2 - вход продуктов сгорания; 3 - вход хо­лодного воздуха

В отличие от рекуператоров методических печей продукты сгорания здесь направляются по трубкам с сечением в виде восьмигранника — сверху вниз, а между трубами зигзагообраз­но движется нагревающийся воздух. Верхние ряды трубок рекуператора и самые нижние трубы делают из карбошамота (смесь карборунда и шамота), средние - из шамота. Длина трубок 298-397, наружный диаметр 140, толщина стенок 13 и 16 мм соответственно для шамота и карбошамота.

Пространство между трубками перекрывают специальными фасонными плитками, а вверху рекуператора предусмотрен песочный затвор. Движение про­дуктов сгорания по вертикально расположенным трубкам облег­чает их чистку. Поверхность на­грева 1м³ рекуператора, изобра­женного на рисунке 20, больше, чем рекуператора, изображенного на рисунке 19, вследствие всестороннего охлаждения трубок, что делает первый из указанных рекупера­торов компактнее.

Применение керамических рекуператоров постоянно сокра­щается в связи с более широким использованием топлив высо­кой теплоты сгорания (природный газ и др.).