книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов

наружной поверхности. При этом снижается температура стенки наружных труб, что увеличивает надежность их работы. Из фор­ мулы (III.36) видно, что чем больше отвод тепла от стенки (т. е. чем больше суммарный коэффициент теплоотдачи), тем ниже ее темпера­ тура. Кроме того, важно, чтобы тепловая нагрузка была распреде­ ленной и была исключена возможность местных перегревов труб. Коллекторы в конструкции, изображенной на рис. 15, в, трудны в изготовлении и поэтому в радиационных рекуператорах пользуются вставками, которые представляют собой дешевые тонкостенные трубы, концентрически вставленные в основные трубы. Причем внутри эти вставки не продуваются.

в о з д у х а с н и з у ; 5 — в х о д в о з д у х а с в е р х у ; 6 — о т в о д г о р я ч е г о в о з д у х а ; б — о с н о в а н и я р е ­

60

На рис. 21, а и б показана конструкция рекуператора, совме­ щенного с дымовой трубой. Труба футерована теплопроводным кирпичом (толщина футеровки V 4 кирпича). При невысоких темпера­ турах нагрева футеровку не используют. Во внутренней трубе выполнены ребра, а воздух движется в концентрическом простран­ стве—внизу прямоточно, а вверху противоточно—конструкция рас­ считана на использование тепла газов с высокой температурой. Для повышения эффективности приваренные ребра сдвинуты в от­ дельных объектах, а воздух отсасывается горячей воздуходувкой.

из двух секций, через которые проходит последовательно воздух навстречу дымовым газам, движущимся поперек трубных пучков. Воздух может быть нагрет до 600° С. Одну секцию изготовляют из жаростойкой стали, другую — из малолегированной стали. Петле­ образный рекуператор выполнен с учетом хорошей компенсации тепловых расширений, что является очень важным условием надеж­

и состоящая из змеевиковых труб, омываемых поперечным потоком

дымовых газов внутри труб и воздуха—снаружи труб в направлении, поперечном трубному пучку—в два хода (на рис. 23 условно показана одна трубка). Поскольку трубы удлиняются неодинаково, недостат­ ком конструкции является несвободное расширение труб. Поэтому рекомендуют для каждой трубы индивидуальный компенсатор.

Для защиты нижней трубной доски от лучеиспускания газов и кладки служит предвключенный змеевик, через который с большой скоростью прогоняется воздух. На рис. 24 показан трубчатый сталь­ ной рекуператор с прямоточным движением воздуха внутри труб. Поскольку сопротивление по воздуху легко преодолевается давле­ нием, развиваемым воздуходувкой, можно выбрать большую ско­ рость движения воздуха w°9 = 12 ч - 18 м/сек, что улучшает условия теплообмена. Газы движутся поперек пучка в два хода. Можно поме­ стить внутрь труб легкие вставки, которые дадут возможность в условиях высокой температуры газов существенно увеличить коэффициент теплоотдачи от стенок к воздуху. Вставки уменьшают сечение для прохода воздуха, что позволяет принимать более высокие

61

62

скорости воздуха при одном и том же числе труб того же диаметра. Кроме того, вставка уменьшает эквивалентный диаметр трубки,

Коэффициент теплоотдачи при уменьшении диаметра увеличива­ ется в условиях развитого турбулентного движения (Re >> 1-Ю4 ). При описанной схеме тепловое удлинение трубок будет более равно­ мерным, чем в других схемах. Для ремонта и очистки от плотных загрязнений металлическую трубчатку можно вынимать краном.

Защита рекуператоров от перегрева

Как было отмечено выше, значительный местный перегрев металла воздухоподогревателя вызывается излучением слоя горячих газов, находящихся в подводящем газоходе, или излучением непо­ средственно из камеры горения. Этому способствует также и излуче­ ние неэкранированной кладки. Интенсивное лучеиспускание газов из подводящего газохода в камеры горения можно значительно снизить, применив боковой подвод греющих газов по каналу с неболь-

Отбодгазов

Отводгазов

шой толщиной газового слоя (рис. 25, а). Если по условиям взаимной компоновки воздухоподогревателя и огнетехнического агрегата такой подвод не удается выполнить, защиту от местного перегрева можно осуществить другими способами. Так, например, можно снизить температуру греющих газов на входе, для чего их разбавляют холод­ ным воздухом или впрыскивают воду. Целесообразнее использовать рециркуляцию греющих газов. Хорошим средством защиты от пере­ грева является одноили двухрядный экран из труб, по которым пропускают химически очищенную воду (рис.25, б). Защита металла трубной решетки, находящейся на стороне горячих газов, может быть выполнена охлаждением ее потоком холодного воздуха. Для

64

этого в трубном пучке устанавливают специальную перегородку (рис. 25, б), причем охлаждающий воздух включают в общий поток нагреваемого воздуха.

Расчет рекуператоров

Расчет рекуператоров проводят на основе двух уравнений: теплового баланса рекуператора и уравнения теплопередачи.

Тепловой баланс рекуператора

Тепловой баланс рекуператора может быть написан:

гг

Обозначим безразмерные температуры:

-г в

существенное изменение теплофизических параметров теплоноси­ телей, их скоростей, а также излучательной способности газов вдоль поверхности нагрева. Поэтому расчет коэффициентов тепло­ отдачи целесообразно проводить раздельно для входного и выход­ ного участков с последующим усреднением.

Расчетные температуры дымовых газов для входного и выход­

Однако теплофизические величины находят по средней действитель­ ной температуре газов. Теплоотдача излучением от дымовых газов к поверхности нагрева зависит от содержания в них трехатомных газов, а также от концентрации и вида взвешенных в потоке частиц, уносимых из рабочего пространства печи.

Для проведения расчета предварительно приходится принимать средние по окружности трубы значения абсолютных температур стенки для входного Тс и выходного Тс участков, задаваться конст­ рукцией поверхности нагрева (величиной шага труб s, наружным диаметром dH и расстоянием труб от обмуровки е), а также величиной площади экранированных стен FCT.

Угловой коэффициент экрана х находят по графику, приведен­ ному в работе [7].

Лучевоспринимающая поверхность воздухоподогревателя Я л = xFCT м2 .

Теплоотдачу от потока газов к поверхности нагрева лучеиспуска­ нием и конвекции рассчитывают по формулам (11.12) и (П.8), пони­ мая под величиной Тт температуру газов на входе в рекуператор Тт. Для цилиндрических радиационных рекуператоров с диаметром футерованной шахты D и с трубами d X А мм, расположенными по образующей цилиндра с шагом s, наружная поверхность нагрева

Объем шахты без учета кладки: V = nD2L/4. Откуда удельная поверхность нагрева (компактность) будет

68

Другие конструктивные параметры — отношение удельной поверх­ ности к площади живого сечения будут:

69