3. Возможные направления использования физической теплоты отходящих продуктов сгорания

Первое направление – регенеративное, или замкнутое, теплоис- пользование (рис. IV. 1, а) предполагает использование теплоты ВЭР для процессов, протекающих в основных технологических агрегатах. Регенеративное теплоиспользование предусматривает подогрев компонентов горения (газ, воздух) и предварительный нагрев исходных технологических материалов. Подогрев компонентов горения наиболее широко применяется в промышленной огнетехнике, поэтому в дальнейшем будем рассматривать только это направление. Преимущество данной схемы заключается в том, что при нагреве дутья повышается температура горения топлива и соответственно средняя эффективная температура продуктов сгорания в рабочей камере, в результате чего повышается технологическая производительность печи.

Следует также учесть энергоэкономичность регенерации теплоты технологическому процессу (в виде нагретого дутья). Она состоит в том, что теплота горячего дутья полностью используется в рабочей камере печи, а химически связанная теплота топлива лишь частично, в зависимости от температуры отходящих продуктов сгорания. Можно считать единицу теплоты горячего дутья эквивалентной 3...2 единицам теплоты топлива.

Рис. 4.1. Схема регенеративного, или замкнутого (а), и внешнего, или разомкнутого (б), теплоиспользования.

Второе направление – внешнее, или разомкнутое, теплоиспользование (рис. IV. 1, б), в котором теплота ВЭР используется для внешних целей, не связанных с технологическим агрегатом – источником ВЭР. Примеры внешнего теплоиспользования: выработка пара технологического или энергетического назначения, подогрев воздуха для других установок, сушка материалов и изделий и т. п.

Третье направление – комбинированное, замкнуто- разомкнутое теплоиспользование (рис. IV.2, а, б, в). В этом случае теплота ВЭР используется как для внутренних, так и для внешних целей.

Схема (рис. IV.2, в) комбинированного замкнуто-разомкнутого теплоиспользования состоит из печи, рекуператора ВП₂ (высокотем­пературной ступени подогрева воздуха), котла и рекуператора ВП₁ (низкотемпературной ступени подогрева воздуха). Эта схема приме­няется в тех случаях, когда требуется высокая температура подогрева воздуха (1300...1400 К), как, например, в мартеновских печах. В дан­ном случае холодный воздух поступает в стальной рекуператор ВП₁ установленный за котлом, где нагревается до 700...725К, затем по­ступает в керамический регенератор или металлический рекуператор из легированной стали ВП₂, где нагревается до конечной температуры.

Рис. IV.2. Схема комбинированного замкнуто-разомкнутого (а), ра­зомкнуто-замкнутого (б) и теплоиспользования с двухступенчатым

подогревом воздуха (в).

4. Установки для внутреннего использования теплоты отходящих производственных газов

4.1. Регенераторы с неподвижной кирпичной насадкой

Применяемый в современной промышленной и энергетической огнетехнике нагрев компонентов горения имеет три наиболее характерных температурных уровня: 600...700, 900...1100, 1300...1500К.

Нагрев дутья до 600...700К легко осуществляется в высокопроизводительных теплообменниках рекуперативного типа, выполняемых из углеродистой стали.

Рис. V.1. Принципиальная схема реверсив­ной печи с керамическими регенераторами для нагрева воздуха:

1 – регенеративная насадка; 2 – шлаковикн: 3 – топливо; 4 – рабочая камера; 5 – дутьевой воздух; 6 – продукты сгорания; 7 – газопереключающий клапан

Нагрев дутья до 900......1100К ускоряет процесс воспламенения ряда топлив, в том числе газообразных, и повышает интенсификацию процесса горения. Кроме того, температурой дутья 1100К исчерпываются возможности применения наиболее распространенных жаропрочных марок сталей. Нагрев дутья до 1100К применяется в современных газовых турбинах, а также для некоторых производственных огнетехнических процессов повышенного температурного уровня.

Высокотемпературный нагрев дутья до 1300... 1500К применяется для обеспечения требуемой температуры продуктов сгорания и достаточна; интенсивного тепловосприятия в рабочей камере при высокой температуре выдаваемого продукта. Нагрев компонентов горения до такой высокой температуры осуществляется в керамических регенераторах и применяется при мартеновской плавке стали, варке стекла в ванных печах, конверсии природного газа, для производства чугуна в доменных печах и пр. Для теплообменников этого температурного уровня применяются огнеупорные керамические материалы, формованные и обожженные при высокой температуре, выполненные из шамота, шамото-карборунда, динаса, хромомагнезита и т. д.

Особенностью регенераторов является использование для теплообмена теплоаккумулирующей насадки, которая сначала нагреваете продуктами сгорания, а затем охлаждается нагреваемым дутьем. В этом случае теплообмен протекает в нестационарных условиях и для его осуществления требуется минимум (при нагреве одного дутьевого воздуха) две камеры с насадкой и равная длительность периодов нагрева и охлаждения. При нагреве двух компонентов горения необходимы две пары насадок – для дутьевого воздуха и сжигаемого газа.