книги из ГПНТБ / Кривандин В.А Керамические рекуператоры

В действительности при установке керамических рекуперато­ ров на нагревательных колодцах

при установке керамического рекуператора на методической печи

Таким образом, для этих конкретных случаев расхождение меж­ ду Д/ср.дагИ Д/ср.арне превышает 1—2% (рис. 51).

Часто бывает 'необходимо вычислить температурное поле ре­ куператора, т. е. промежуточную и конечную температуру газо­ образных сред, а также температуру разделительной стенки.

При постоянном коэффициенте теплопередачи (К = const) для противотока температура дымовых газов при выходе из реку­ ператора может быть определена по выражению

или сокращенно

/д = (/S-(1 - f)- "'д

Температура подогретого воздуха определяется выражением

или сокращенно

Величина

зависит только от значений —i и — и может быть определена

Wb

102

по номограмме (приложение I). В приложении I приведены также значения выражений е+х и е ~х .

Часто необходимо определить температуры сред не в конце или начале поверхности нагрева, а в какой-то промежуточной точке. Такая текущая температура для дымовых газов в противо­ точном рекуператоре равна

Соответственно переменная температура нагреваемого воздуха равна

117B

В этих выражениях Fх (ж2) обозначает поверхность нагрева, пройденную дымовыми газами от входа до рассматриваемой точки.

Кроме конечных и промежуточных температур теплоносите­ лей, часто бывает необходимо вычислить также и температуру стен рекуперативных элементов, которая при плоских стенках будет равна:

на дымовой стороне

Если рекуперативные элементы обладают формой трубы, то тем­ пература поверхности стенки с дымовой стороны может быть определена по выражению

“Д ^Д “в ^ь^/д

ад^д(ц + ав/efв+

,Д __ _____________________________ Л ГСР

ад Ря а„ F,.S

“д^д + “в^в +----------ГТ---------------

103

а температура трубы с воздушной стороны

В этих формулах Fa — поверхность нагрева со стороны ды­ мовых газов; FB — поверхность нагрева со стороны воздуха;

—средняя поверхность нагрева, равная полусумме поверх­ ностей нагрева с дымовой и воздушной сторон.

Все вышеизложенное справедливо для случая, когда в реку­ ператорах отсутствуют тепловые потери в окружающую среду. В действительности эти потери имеют место. Поэтому обычно при расчете теплового баланса рекуператора, составляемого для определения конечной температуры дымовых газов, применяет­ ся коэффициент (~0,9), учитывающий эти потери. Следует за­ метить, что подобный метод учета тепловых потерь является не­ точным. Однако этот метод широко применяется в расчетах, по­ скольку строгое определение средней разности температур в ре­ куператорах с учетом тепловых потерь в окружающую среду приводит к достаточно сложным дифференциальным уравнениям с громоздкими выражениями, получаемыми в результате реше­ ния этих уравнений.

Л. С. Эйгенсоном [49] получены соответствующие решения для прямотока и противотока при некоторых допущениях, не ис­ кажающих физическую картину. Так, для средней разности тем­

В керамических рекуператорах всегда только один теплоноси­ тель соприкасается с окружающими стенками. Поэтому,, если рассмотреть величины, входящие в выражение (29), для случая, когда только воздух соприкасается с окружающими стенками (карбошамотный рекуператор нагревательных колодцев), при условии, что температура окружающей ореды постоянна и равна нулю, то они могут быть представлены следующим образом:

104

/

е2 =

К—суммарный коэффициент теплопередачи от дымовых: газов к воздуху, ккал/м2 ■ час • град;

/С2— коэффициент теплопередачи от воздуха к окружаю­ щей среде;

Щ и и2— периметры наружных стенок, омываемых соответст­ венно дымовыми газами и воздухом;

и— расчетный периметр поверхности, разделяющей ды­ мовые газы и воздух;

h —высота рекуператора.

Перекрестный ток в керамических рекуператорах является основной схемой движения теплоносителей. Подогрев при пере­ крестном токе дает результат, который является средним между результатом подогрева при прямотоке и противотоке. В этом случае воздух (рис. 52) может быть подогрет до температуры отходящих дымовых газов, но не может достичь температуры по­ ступающих в рекуператор дымовых газов.

Хотя противоток и является наиболее эффективной схемой движения, однако часто в результате различных конструктив­ ных причин приходится прибегать к многоходовым перекрестно­ противоточным керамическим рекуператорам. Большинство ке­ рамических рекуператоров как раз и относится к многоходовым теплообменникам, где воздух или дымовые газы проходят последо­ вательно один ход за другим. Обычно различают три вида пере­ крестного тока [50]:

105.

1)каждый из теплоносителей полностью смешивается в лю­ бом сечении;

2)один из теплоносителей смешивается, а другой двигается раздельными потоками по трубкам;

3)оба теплоносителя движутся раздельными, несмешиваю-

щимися потоками.

В керамических рекуператорах применяется второй вид пере­ крестного тока.

Рис. 52. Распределение температур в реку­ ператоре с перекрестным током:

/ — средние температуры дымозых газов в раз­ личных трубах; 2 — средние температуры воздуха; 3 — направление движения дымовых газов; 4 — на­ правление движения воздуха

Освеохность нагрева

Определение средней разности температур при перекрестном токе весьма сложно. Распространено определение средней раз­

(начальные и конечные температуры обоих тепло­ носителей те же);

f—поправочный множитель, определяемый по уравнению

1-Р

,1П 1-PR

'(R — 1) In Ф - (при R + 1),

.здесь

Связь между величинами R, Р и Ф выражается обычно сложны-

.106

ми уравнениями, решение которых большей частью возможно только путем подбора. Поэтому для различных случаев состав­ лены номограммы (типа приложения II), в которых величина f

нять местами. В общем случае формула получит вид:

Дымовыь

газы

рекуператорах,, устанавливаемых на нагревательных колодцах, осуществляется пятиходовой перекрестный противоток (рис. 53, а), па шамотных рекуператорах методических печей — двуххо­ довой перекрестный противоток (рис. 53, б).

При многоходовом перекрестном противотоке Д/ср можно определять, пользуясь соотношением

1 — Р ln X — PR

107

где fo — поправочный множитель для каждого хода (одинако­ вый для всех ходов);

N — число ходов.

Для нахождения ДДР по выражению (30) надо по заданному Р для всего теплообменника из уравнения

р= 1-р 1)1"

/?+ 1

определить Ро для каждого хода и по номограмме (приложение II) определить /о для этого значения Ро- Затем, используя выра­ жения (30) и (31), определить А/СР ■

Необходимо отметить, что с увеличением числа ходов при пе­ рекрестном противотоке разность температур Д/ср приближает­ ся по значению к разности температур при противотоке. Однако в практических случаях при небольшом количестве ходов эта р’азность бывает иногда весьма существенна и поэтому нельзя ограничиваться применением к перекрестному току средней раз­ ности температур,, полученной для противотока.

Пример. Пусть рекуператор работает при следующем температурном режиме: I" = 1300е; = 800°; t" = 0°; t* = 800°.

Найдем, какова будет Д/ср для различных случаев. Применяя вышеизло­ женные методы, нетрудно получить, что;

Таким образом, в керамических рекуператорах, работающих при перекрестном токе или двукратном перекрестном противо­ токе, необходимо рассчитывать среднюю разность температур при помощи методов, изложенных выше, не ограничиваясь рас­ четом для противотока.

2. Особенность теплообмена на дымовой стороне карбошамотного рекуператора

Важнейшей частью полного теплообмена в рекуператоре яв­ ляется теплообмен на дымовой стороне, который обычно рас­ сматривают как состоящий из двух составных частей: тепло­ отдачи излучением и конвекцией от проходящих дымовых газов к стенкам труб рекуператора. Однако ограничиваться этим нельзя, так как важное значение имеет теплоотдача излучением от над­ трубного пространства к элементам поверхности трубы с дымовой стороны и теплообмен излучением элементов трубы между собой.

Дымовые газы, попадая в надтрубное пространство рекупе­ ратора, частично остывают в нем, отдавая тепло стенам про­ странства и верхнему перекрытию рекуператора. Поскольку пло­ щадь входных отверстий в рекуперативные трубы составляет 19—20% площади верхнего перекрытия рекуператора, постоль-

108

ку значительная часть лучистого теплового потока, падающего на перекрытие, от дымовых газов и от стен надтрубного про­ странства будет усваиваться трубами рекуператора.

Рассмотрение излучения из надтрубного пространства в тру­ бы рекуператора и обратно сводится к рассмотрению взаимного облучения входного сечения трубы, принятого за абсолютно чер­ ную поверхность, и элементов внутренней поверхности трубы, для чего необходимо определить соответствующие угловые коэф­ фициенты.

При изучении теплоотдачи из надтрубного пространства [53] рекуперативную трубу условно разбивали на элементарные кольца высотой 0,055 м, что позволяло определять угловые коэф­ фициенты от верхнего основания рекуперативной трубы на лю­ бое элементарное кольцо по выражению

Величины угловых коэффициентов между верхним основанием и элементарными кольцами, подсчитанные для рекуперативной

109

Рис. 54. Лабораторная установка для определения теплоотдачи от верхнего основания трубы к элементам ее внутренней поповерхности:

/ — камера горения; 2 — рекуперативные трубы; 3 — коробка для пода­ чи охлаждающего воздуха; 4 — металлическая труба; 5 — термопары

111: