4.2. Регенераторы с перемещающейся насадкой
Принципы конструирования новых регенеративных высокотемпературных нагревателей дутья заключаются в следующем:
а) отказе от периодического переключения насадок и сохранении постоянного направления движения греющих газов и нагреваемого дутья;
б) применении высокопроизводительной насадки с большей удельной поверхностью нагрева;
в) перемещении насадки с повышенной скоростью по замкнутому контуру, включающему камеры охлаждения газов и нагрева дутья.
Все эти принципы реализованы в стальных вращающихся регенеративных воздухоподогревателях типа Юнгстрема, распространенных в котельных установках для умеренного (до 600...700К) нагрева дутьевого воздуха. Воздухоподогреватели этого типа имеют небольшие габариты и массу, чем и объясняется все большее их применение в энергетике. Перспективным является вариант вращающегося регенератора с шариковой насадкой (D = 3...5 мм), которая по сравнению с волнистыми плоскими листами насадки воздухоподогревателей типа Юнгстрема обеспечивает более высокую интенсивность теплообмена, имеет меньшую стоимость, располагает возможностью повышения температуры до 900К.
Коэффициент теплопередачи для шариковой насадки значительно выше, чем в регенераторах типа Юнгстрема.
Для достижения высокой температуры дутья (1300...1500К и выше) применяются в качестве насадки керамические шарики, отличающиеся большой стойкостью и прочностью при высокой температуре.
4.3. Керамические рекуператоры
Керамические рекуператоры распространены главным образом в черной металлургии для крупных металлонагревательных печей. Здесь они почти полностью вытеснили регенераторы на нагревательных колодках и стали широко применяться для различных методических печей.
Для выполнения рабочих элементов керамических рекуператоров применяют шамот как наиболее дешевый огнеупорный материал, а также карборунд и шамото-карборундовые массы. При температуре керамической стенки около 1300К коэффициент теплопроводности для шамота составляет 1,4...1,8, а для карборунда – 9...10 Вт/(м·К). Из этих материалов выполняют в основном два типа рабочих элементов керамического рекуператора: отрезки круглых или восьмигранных труб (длиной до 400 мм при l = 140/108 мм) и фасонные керамические блоки.
Трубчатый керамический рекуператор состоит по высоте из шести отрезков восьмигранных труб (рис. V.4, а). Стыковые фланцы этих труб соединены фасонными плитками и образуют шесть каналов для перекрестного движения нагреваемого воздуха. Блочный керамический рекуператор (рис. V.4, б) имеет четыре канала. Блоки установлены один на другой так, что внутренние каналы каждого блока являются продолжением каналов нижележащего блока. Плоскости примыкания блоков шлифуются.
Рис. V.4. Рекуператор трубчатый керамический (а) и блочный
Недостатком керамических рекуператоров является низкая газовая плотность.
Неплотности керамической поверхности обусловливаются: большим числом стыков между отдельными элементами рекуператора, которые не могут полностью быть герметизированы; естественной пористостью (10...20%) керамической стенки малой толщины (15...20мм); растрескиванием этой стенки вследствие градиента температуры; возможным разъеданием керамического материала расплавленным уносом. Получающийся переток нагреваемого воздуха в продукты сгорания вызывает перегрузку тяговых и дутьевых устройств, что снижает производительность печного агрегата, а также ухудшает качество горения из-за нехватки воздуха в рабочей камере. Для устранения этих недостатков применяют специальные схемы включения керамических рекуператоров. По одной из них (рис. V.5, а) рекуператор присоединяют к рабочей камере печного агрегата с расположением дутьевого вентилятора на холодной стороне воздушного тракта. Преимуществом такой схемы является минимальный расход электроэнергии. Однако в применении к керамическим рекуператорам эта схема дает огромный (до 60...70 %) переток нагреваемого воздуха, поскольку при этом разность давления воздуха и продукте» сгорания наибольшая.
Соотношение воздушной и газовой поверхностей составляет для блочных керамических рекуператоров примерно 2,0...2,3, а для трубчатых 1,3... 1,5 при массе 1м2 воздушной поверхности соответственно 180...200 и 120...140 кг. Таким образом, 1м2 воздушной поверхности керамического рекуператора имеет по сравнению со стальными трубчатыми примерно в 5 раз меньшую эффективность тепловосприятия и в 6 раз большую массу. Отсюда можно сделать вывод о малой перспективности применения керамических рекуперативных нагревателей дутьевого воздуха.