Вопросы для самопроверки к теме 7.2

1. Почему нагрев литейных форм и стержней до 100 ⁰С в процессе их сушки производят медленно?

2. Чем объясняется необходимость замедленного охлаждения форм после окончания процесса сушки?

3. Сколько (ориентировочно) необходимо затратить для того, чтобы нормально подсушить слой формы на глубину до 40 мм?

4. Какими способами осуществляют обогрев сушил?

5. Как оценивают скорость диффузии водяного пара с поверхности материала формы в окружающую среду?

6. Как зависит коэффициент испарения воды с поверхности формы от скорости омывающего форму газового птока?

7. Как соотносятся между собой градиенты внешнего подогрева формы и влажности её материала?

8. Для чего применяются барабанные сушила?

9. Охарактеризуйте устройство и принцип действия камерного сушила.

10. Как влияет принудительная циркуляция газов на скорость сушки?

Тема 7.3. Регенерация теплоты отходящих продуктов сгорания топлива и защита окружающей среды

Газы, покидающие рабочее пространство нагревательных и термических печей, имеют высокую температуру. В методических печах она составляет 800…900 С, в камерных печах – с превышением по отноше-нию к нагреваемым объектам на  100…150 С в конце нагрева. У стале-плавильных печей температура отходящих газов на выходе из рабочего пространства к концу плавки достигает 1700…1800 С, причём к продук-там сгорания топлива примешиваются технологические газы (СО, СО₂).

Очевидно, что перспектива использования теплоты отходящих газов для нагрева воздуха, используемого для сжигания топлива, пред-ставляет несомненный практический интерес. Эту теплоту необходимо определенным образом возвращать в рабочее пространство печи. Такой процесс подпадает под определение утилизации вторичных энергоресурсов.

Возврат теплоты называют регенерацией (то есть восстановлением) и практически осуществляют с помощью устройств двух видов:

а) регенераторов,

б) рекуператоров.

Материал о регенераторах изучался в дисциплине «Основы производства и обработки металлов» применительно к сталеплавильным пламенным отражательным печам.

В силу своей громоздкости и большого расхода огнеупорного кирпича, регенераторы на нагревательных и термических печах применяются крайне редко (печи устаревших конструкций). Поэтому в данном разделе рассмотрим рекуператоры, их устройство, принцип действия и математическое описание.

В рекуператорах теплота от дымовых газов к воздуху, подаваемому для сжигания топлива непрерывно, передается через разделяющие эти потоки стенки, металлические или из керамических огнеупорных материалов. В зависимости от направления потоков по отношению друг к другу различают два основных типа рекуператоров (рис. 7.4):

а) прямоточные,

б) противоточные.

В прямоточных рекуператорах (а) отдающая теплоту среда - теплоноситель (дымовые газы) и воспринимающая эту теплоту среда (воздух) движется вдоль стенки в одном и том же направлении. Противоточные рекуператоры (б) отличаются тем, что потоки теплоносителя и нагреваемого воздуха движутся во встречных направлениях.

Схематичное изображение рекуператора на рис. 7.4 выбрано для наглядного восприятия устройства рассматриваемого теплообменного агрегата. В реальных конструкциях используется множество параллельных каналов с целью увеличения общей поверхности теплообмена и более эффективного нагрева воздуха. Существуют также более сложные схемы рекуператоров, в которых направления потоков газов и воздуха взаимно перпендикулярны (перекрёстноточные рекуператоры).

В основных схемах рекуператоров принципиально различается ход изменения температур обменивающихся теплотой сред вдоль разделяющей их стенки, где , – начальные температуры дыма и воздуха на входе в рекуператор соответственно.

Согласно физическому смыслу, в прямоточном рекуператоре конечная температура нагретого воздуха не может быть выше температуры дымовых газов, покидающих рекуператор .

Рис. 7.4. Схема устройства рекуператора

В противоточном рекуператоре, наоборот, > (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Температурные характеристики рекуператоров

Расчет рекуператоров базируется на следующих двух уравнениях.

1) Уравнение теплового баланса, согласно которому количество теплоты, отданной теплоносителем Q, Вт, в единицу времени равно количеству теплоты, воспринимаемой воздухом (с учетом некоторой теплопотери в окружающую среду, учитываемой эмпирическим коэффициентом ):

где с₁, с₂ – удельные объёмные теплоемкости дымовых газов и воздуха, соответственно, Дж / (м³ град);

V₁, V₂ – объёмные расходы этих сред, м³/с;

, - начальные и , - конечные температуры согласно данному выше определению, С;

  0,9.

2) Уравнение теплопередачи

где k, Вт / (м² град), – коэффициент теплопередачи через стенки рекуператора, Е – конструктивный коэффициент (для прямоточных и противоточных рекуператоров Е = 1, для перекрёстноточных Е < 1);

F – суммарная поверхность стенок рекуператора, м²;

- средняя логарифмическая разность температур дымовых газов и воздуха, С.

При этом, С,

где и - разности температур между дымом и воздухом в начале и конце рекуператора.

Для прямоточной схемы

для противоточной схемы

При работе печей, отапливаемых различными видами топлива, важным как в экономическом, так и в экологическом отношении, является контроль коэффициента расхода (избытка) воздуха. Наиболее достоверным методом контроля этого параметра является определение состава продуктов сгорания на выходе из рабочего пространства печи с помощью газоанализаторов. По этому вопросу см. [Дембовский, В.В. Технологические измерения и приборы в металлургии: учеб. пособие (для спец. 150104). – СПб,: СЗТУ, 2005. – с. 54 ... 56].