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

Коэффициент конвективной теплоотдачи от газов к стенкам труб, подсчитанный по методике [7]:

ct[ = 66,6 ккал/(м2 -ч-град).

Коэффициент теплоотдачи излучением, рассчитанный по методике [7]

af = 8,04 ккал/(м 2 - ч - град) .

Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к стенкам труб

80

Поправочный коэффициент к температурному напору е = 0,87 (по графику). Поверхность нагрева рекуператора

f = - f l r = 0 ' 5 0 8 м 3 -

Учитывая два последовательных хода по газам, имеем

Qr = 2-1,74 = 3,48 м 2 .

Тогда число рядов труб по ширине газохода

регенераторы не пригодны для большинства печей и область их применения ограничивается доменными воздухоподогревателями, мартеновскими печами и иногда нагревательными колодцами. Для промышленных печей требуются малогабаритные воздухоподогре­ ватели с интенсивной теплопередачей, непрерывно действующие (без переводных устройств) и простые по устройству. Стальные высоко­ температурные рекуператоры, описанные в гл.III, хотя и представ­

нагрева воздуха являются большими недостатками. Поэтому изыс­ киваются пути их замены более надежными и дешевыми устройствами, которыми, возможно, могут быть регенеративные воздухонагрева­ тели нового типа с интенсивным теплообменом. В отличие от регене­ раторов доменных, мартеновских и других больших печей, в которых насадка неподвижна, эффективные регенераторы характеризуются

Регенеративные воздухоподогреватели нового типа можно класси­ фицировать следующим образом: 1) дробепоточные: жалюзийные и с сетчатыми кассетами с насадкой из чугунной или керамической дроби, медленно движущейся плотным слоем; 2) с насадкой в виде «кипя­ щего» слоя; 3) с падающей насадкой — со свободным падением и с тормозящими полками; 4) циклонные и вихревые; 5) вращающиеся воздухоподогреватели с насадками из пакетов стержней (малого размера), отличающиеся большой эффективностью.

Теоретические основы работы регенеративных воздухоподогревателей

Принципиальной отличительной особенностью регенератив­ ного воздухоподогревателя является поочередность нагрева и охлаж­ дение насадки. Насадка может быть как подвижной, так и неподвиж­ ной. В аппаратах с подвижной насадкой часть ее, нагретую горячими газами, перемещают из газовой зоны в воздушную, где продувают воздухом, который принизывает горячую насадку и нагревается. Охладившаяся насадка перемещается снова в газовую зону и так процесс повторяется непрерывно. Если взять усредненные вели­ чины температур, то количество тепла, переданное газами насадке, будет

Количество тепла, отданное горячей насадкой воздуха:

Если воздухоподогреватель вращающегося типа или с сыпучей подвижной зернистой насадкой, циркулирующей вверх и вниз по замкнутому циклу, то, обозначив доли поверхности хх и х2, получим:

Эти величины при равномерной скорости движения пропорцио­ нальны времени нахождения насадки (периоду нагрева и охлаж­ дения).

Коэффициент теплопередачи регенеративного воздухоподогре­ вателя

Идеальным регенератором считается такой, в котором средняя температура поверхности нагрева в газовой зоне такая же, как в воздушной зоне, т. е. Ata = 0. Коэффициент теплопередачи идеаль­ ного регенератора

84

Этот коэффициент учитывает ухудшение теплопередачи вследст­ вие ухудшения теплопроводности и аккумулирующей способности насадки регенератора, т. е. зависит от конструктивных и режимных факторов и скорости вращения, что показано в работе [14].

Если принять во внимание, что в идеальном металлическом реку­ ператоре коэффициент теплопередачи (пренебрегая термическим сопротивлением стенки):

получаем, что при прочих равных условиях коэффициент теплопере­ дачи рекуператора вдвое больше коэффициента теплопередачи реге­ нератора.

При насадке, обладающей значительным внутренним сопротивле­

бования, предъявляемые к воздухоподогревателям, очень разно­ образны, так же как различны условия, в которых они работают. Производительность по воздуху колеблется от 100 (мелкие печи) до 100000 м3 /ч. Различны температура подогрева воздуха (от 300 до 1450° С), загрязненность газов, температура газов и неравномер­ ность загрузки. Поэтому неправильно думать, что может быть уни­ версальное решение конструкции воздухоподогревателя. Для разных условий могут быть намечены наиболее подходящие конструкции, пригодные для работы в определенной области.

Мы рассматриваем компактные воздухоподогреватели с насадкой, состоящей из тонких (в термическом отношении) тел (рис. 27): тонких штампованных листов (а), сеток, стержней или прутков малого диаметра бив, зернистой шаровой (дробевой) насадки г — из шари­ ков малого диаметра или сыпучего материала (сеяного песка и др.). Насадка в свою очередь делится, во-первых, на элементы, набранные из тонких перечисленных выше тел, неподвижных в пределах данного элемента (секции): листовая насадка вращающихся регене­ ративных воздухоподогревателей Юнгстрема, стержневая (прутко­ вая) насадка, шаровая насадка в кассетах и т. п., во-вторых, на насадку из зернистого движущегося материала (дробь чугунная, стеклянная и керамическая, сеяный песок и т. п.)

Аэродинамическое состояние зернистой насадки может быть раз­ личным. Сыпучий материал может быть: в плотном состоянии,

85

Механизм движения насадки может быть двух типов: вращение секций насадки, жестко закрепленной в пределах каждой секции — вращающиеся воздухоподогреватели типа Юнгстрем с вертикальным или горизонтальным валом, роторные и другие конструкции данного типа или движение зернистой насадки сначала через газовую камеру, а затем после нагрева, через воздушную камеру, где она охлаждается,

л / 4 ч Л

отдавая тепло воздуху. Сюда относятся воздухоподогреватели дробепоточные, с кипящим слоем промежуточного теплоносителя, с фонта­ нирующим слоем и вихревые (циклонные). Во всех этих теплообмен­ никах движение промежуточного теплоносителя осуществляется под действием гравитации — сверху вниз, и поэтому требуется механизм для подъема наверх остывшего сыпучего теплоносителя — ковшевой элеватор или пневматический подъемник. При кипящем слое неболь­ шой подъем может быть осуществлен и без особого механизма.

Сущность аэродинамического состояния слоя легко понять из следующего. Через слой, состоящий из отдельных твердых частиц, пропускают восходящий поток газа.

На частицы материала или топлива в таком потоке действует сила аэродинамического давления, определяемая по формуле

(IV.8)

86

риала; хорошее контактирование и высокая степень турбулизации, что обеспечивает высокую теплоотдачу от газов к материалу или от слоя к поверхности нагрева, погруженной в кипящий слой. При одинаковом размере зерен теплопередача в кипящем слое протекает намного интенсивнее, чем в плотном слое. Отрицательные свойства кипящего слоя заключаются в трудности организовать противоток,

ства сил гидродинамического давления и силы тяжести твердых частиц:

Я— высота кипящего слоя.

Сдостаточной для технических расчетов точностью можно при­

нять

Если скорость потока газа в кипящем слое постепенно увеличи­ вать, то сопротивление слоя сначала несколько снижается, а затем становится постоянным. При этом режиме увеличение скорости газа приводит к росту скорости движения частиц. В результате этого возрастает толщина слоя и соответственно величина проходного сечения для газа, что видно из рис. 28. Последним и объясняется постоянство сопротивления слоя. При достижении второго крити­ ческого значения скорости w"KV сила аэродинамического давления становится больше силы веса (Р ^> G) и частицы начинают выносится потоком газа — кипящий слой переходит во взвешенный (рис. 28).

Значение критических скоростей: начало псевдоожижения и выноса насадки определяют по опытным формулам:

начало псевдоожижения

88

При мелких частицах, т. е. при малых значениях Аг w'iplwip —» 7,8,

Для того чтобы избежать выноса частиц, выбирают скорости в 3—4

объема кипящего слоя к общему объему или порозностьслоя в рабочем

Разновидностью кипящего слоя является фонтанирующий слой. Его получают в конических и коническо-цилиндрических аппаратах с достаточно большим углом в вершине конуса. В этом случае газ сосредоточенной струей подается лишь в центральную часть конуса. Скорость струи высокая, и струя увлекает с собой снизу вверх твер­ дые частицы, которые фонтаном поднимаются в расширенную часть аппарата. В результате расширения струи ее скорость снижается, частицы отбрасываются к периферии. В периферийной зоне скорость потока газа мала. Поэтому здесь твердые частицы опускаются вниз и в нижней узкой части аппарата вновь попадают в центральный фонтан.

В циклонах, имеющих цилиндрическую форму, газам, несущим взвесь измельченного материала или топлива, придается вращатель­ ное движение для использования центробежного эффекта для сепа­ рации частиц, а также для интенсификации тепло- и массообмена между горячими газами и взвесью (рис. 29). Вращение потока дости­ гается тангенциальным вводом газов с большой начальной скоростью. Циклоны применяют как аппараты для обеспыливания; кроме того, циклонные топки и предтопки применяют для сжигания мазута и иногда измельченного твердого топлива под крупными котельными

89