книги из ГПНТБ / Кривандин В.А Керамические рекуператоры

трубы на процесс теплообмена. Воздух, поступая по внутренней трубе, подогревается, поскольку труба нагрета до значительной температуры в результате теплоотдачи излучением от наруж­ ной трубы. Несмотря на достаточно хорошие показатели, ре­ куператор конструкции В. Н. Зимина может быть применен только на небольших печах, так как для его установки тре­ буются значительные площади, а увеличение размеров труб вызовет значительные трудности при их изготовлении.

Рекуператор фирмы Отто [38], представленный на рис. 42 и 43, набран из фасонных огнеупорных блоков с вертикальными каналами эллиптического сечения. Блоки снабжены круговым выступом с одной стороны и соответствующей ему канавкой с другой. Благодаря этому блоки, которые укладывают на спе­ циальном растворе, образуют плотно связанные колонки, рас­ положенные рядами в продольном и поперечном направлениях. Расстояние между колонками определяется распорными кирпи­ чами различного размера. Дымовые газы проходят сверху вниз между колонками. По утверждению фирмы, рекуператор мо­ жет подогревать как воздух, так и газообразное топливо (на­ пример, доменный газ).

Скорости дымовых газов и воздуха рассчитаны так, чтобы был обеспечен хороший теплообмен при умеренном падении давления. Нагреваемый воздух движется снизу вверх; поэтому, так же как в рекуператоре системы Чампан-Штейн, воздух в рекуператор может подаваться под давлением и в результате естественной тяги.

По данным фирмы Отто, рекуператор обладает следующими преимуществами: 1) продолжительный срок службы огнеупо-

84

фициента теплопередачи позволяет предположить, что рекупе-

Рис. 40. Нагревательный колодец, оборудованный трубчатыми карборундо­ выми рекуператорами:

/ — подогретый воздух; 2 — топливо; 3 — дымовые газы

ратор фирмы Отто выполнен из огнеупорного материала высо­ коглиноземистой группы, поскольку полученный коэффициент теплопередачи превышает характерный для шамотных рекупе­ раторов и меньше, чем для карбошамотных и карборундовых ре­ куператоров. Плотность соединений между отдельными блока­ ми опытного рекуператора превышает плотность соединений во всех известных до настоящего времени керамических рекупера-

85

На печах, дымовые газы которых запылены или склонны к до­ горанию вне печи, может быть применен рекуператор фирмы Отто несколько другой конструкции (рис. 43). В этом случае че­

86

Глава IV

ТЕПЛООБМЕН В КЕРАМИЧЕСКИХ РЕКУПЕРАТОРАХ

1. Общая характеристика

Керамические рекуператоры являются теплообменными ап­ паратами, применяемыми для утилизации тепла отходящих из печей дымовых газов. В них происходит передача утилизиро­ ванного тепла воздуху, поступающему на горение. В силу этого теплообмен в рекуператорах должен быть организован так, чтобы передача тепла от дымовых газов к воздуху была макси­ мальной.

Количество тепла, которое в рекуператорах передается от дымовых газов к воздуху, описывается следующим уравнением:

теплоотдачи: конвекцию, излучение и теплопроводность.

На воздушной стороне рекуператора происходит конвектив­ ный переход тепла от твердой поверхности керамики к нагрева­ емому воздуху; на дымовой стороне наряду с конвекцией су­ щественную роль играет передача тепла излучением от дымовых газов к разделительной стенке. Большое влияние на теплопере­ дачу в керамическом рекуператоре оказывает тепловое сопро-

/ S \

тивление 1—1 разделительной стенки.

Теплообмен на воздушной, дымовой стороне и теплопередача через разделительную стенку характеризуются своими локаль­ ными коэффициентами теплоотдачи, которые объединены в сум­ марном коэффициенте теплопередачи К, входящем в основное уравнение теплообмена в рекуператоре.

88

Величину суммарного коэффициента теплопередачи часто в расчетах берут для плоской стенки:

кирпичи имеют форму труб и величину суммарного коэффициен­ та теплопередачи следует определять для цилиндрической стенки

Суммарные коэффициенты теплопередачи, подсчитанные по вы­ ражениям (14) и (15), будут различаться на 6%, причем эта разница будет тем больше, чем выше величины локальных коэффициентов теплоотдачи.

Необходимо помнить, что ошибка в определении суммарного коэффициента теплопередачи вызывает ошибку, равную ей по величине, при определении поверхности нагрева. Для рекупера­ торов нагревательных колодцев, поверхность нагрева которых

89-

обычно составляет 400 м3, ошибка в 6% составит 24 м2 или око­ ло 4 Л43 насадки рекуператора.

В выражениях (14) и (15) отдельные составляющие знаме­ нателя, характеризуя локальную теплоотдачу, оказывают опре­ деленное влияние на суммарный коэффициент теплопередачи, увеличение которого может быть достигнуто увеличением ло­ кальных коэффициентов теплоотдачи и уменьшением теплового сопротивления разделительной стенки.

Интенсификация теплопередачи в теплообменниках, рекупе­ ративного типа может быть достигнута, как известно, путем оребрения поверхности нагрева. Применение ребер в керамиче­ ских рекуператорах в литературе за исключением одной работы

[39]не освещается.

Вэтой работе об оребрении только упоминается, и, по мне­ нию автора,, она не дает оснований надеяться на его перспектив­

ность для керамических рекуператоров. Применение ребер при­ ведет к быстрому засорению рекуператора и вызовет необходи­ мость создать повышенные давления, что уменьшит газоплотность рекуператора.

Теплоотдача на воздушной стороне

Теплоотдача на воздушной стороне рекуператора от керами­ ческой поверхности к воздуху происходит исключительно за счет конвекции, поскольку воздух практически не содержит много­ атомных газов, способных отдавать и поглощать тепло путем излучения. В керамических рекуператорах воздух проходит по

к этим условиям. Величина локального коэффициента теплоотда­ чи на воздушной стороне рекуператора всегда меньше, чем на дымовой, поэтому его влияние на суммарный коэффициент теплопередачи сказывается особенно сильно. Нельзя не заме­ тить,, что исследований конвективного теплообмена в керамиче­ ских каналах почти не проводилось, и поэтому в расчетах при­ ходится опираться на данные, относящиеся к металлическим поверхностям.

Как известно, конвективный переход тепла в значительной мере зависит от режима движения теплоносителя. При ламинар­ ном движении газа (воздуха) внутри трубы величина коэффи­ циента теплоотдачи конвекцией может быть определена по гра­

а —коэффициент температуропроводности, м2!час.

■90

Для приближенных расчетов может быть использована фор­ мула [40]

учению конвективной отдачи при турбулентном движении по тру­ бе посвящено значительное количество исследований [51, 40, 41, 42,, 43]. В результате этих исследований установлено, что значи­ тельное влияние на кон­

применяемых в карборун­ довых трубчатых рекуператорах), исследовалось влияние на ак

завихрения потока. Оказалось, что турбулизация потока оказы­ вает значительное влияние на теплоотдачу, и тем больше, чем больше диаметр трубок. Исследования показали, что коэффи­ циент теплоотдачи возрастает пропорционально скорости и удельному весу в степени 0,8.

Для расчета теплоотдачи при турбулентном потоке может быть рекомендован ряд формул.

Так, при №> 10 000 коэффициент теплоотдачи конвекцией может быть найден по следующей формуле [2]:

91