5.2. Рекуперативні теплообмінні апарати

Найбільшого поширення при утилізації теплоти відхідних газів промислових печей отримали поверхневі рекуперативні теплообмінні апарати. В утилізаційних рекуператорах в якості гріючого теплоносія використовуються продукти згоряння промислових печей, а в якості нагрівного теплоносія можуть застосовуватися гази, пари і краплинні рідини. Відібрана рекуператором теплота може використовуватися безпосередньо в самих печах на підігрів повітря, що йде на горіння, підігрів палива (для газового палива, як правило, не застосовується) або на інші цілі. Наприклад, у теплообмінному апараті нагрівається зовнішнє повітря, яке потім, стаючи сушильним агентом, подається в камеру сушильної установки, або вода, що застосовується як теплоносій для виробничих і невиробничих цілей. Використання тепла відхідних газів для підігріву повітря, що йде на горіння, є одним з найбільш ефективних способів підвищення економічності печей. У сучасних рекуператорах при підігріві повітря, що подається в зону горіння природного газу, до 250 ÷ 300 економія палива складає 15 ÷ 25%.

У нагрівальних печах (за винятком печей швидкісного і безокисного нагріву) підігрів повітря застосовують тільки для економії палива, так як необхідна температура (1300 ÷ 1400) розвивається в них і при спалюванні природного газу в суміші з холодним повітрям.

Доцільні температурні межі підігріву повітря визначаються техніко-економічними показниками. Так, підігрів повітря до t <100 недоцільний, тому що витрати на спорудження й експлуатацію рекуператора не окупляться економією палива. Верхня межа температури підігріву повітря зазвичай приймається 300 ÷ 400, так як подальше її підвищення призводить до різкого збільшення вартості рекуператора (через використання дорогих жароміцних сплавів), крім того, ускладнюється експлуатація пальників і знижується термін служби кладки печі.

Можливий підігрів не тільки повітря, але і газу, проте при спалюванні природного газу підігрів зазвичай не застосовують. Це пояснюється, по-перше, малою кількістю газу в газоповітряної суміші (~ 10%) і, по-друге, тим, що при підігріві до t> 300 природний газ починає розкладатися з виділенням вільного вуглецю, який забруднює поверхні нагрівання теплообмінника (відбувається крекінг газу).

Для різних технологічних процесів підігрів вторинного повітря змінюється в широких межах від 200 ÷ 300 до 1100 ÷ 1300. Але виходячи з конструкційних можливостей матеріалів, з яких виготовляються теплообмінники, доцільно встановити деяку раціональну шкалу температур підігріву вторинного повітря. Звичайно застосовуються три рівні: 300 ÷ 400, 700 ÷ 800 і 1000 ÷ 1300. Нагрівання дуття до 300 ÷ 400здійснюється в трубчастих рекуператорах зі звичайної вуглецевої сталі. Цей рівень дає найбільш помітний приріст ефективності використання теплоти в топкових парогенераторах і при помірній температурі технологічного продукту.

Нагрівання дуття до 700 ÷ 800 - це діапазон температур загоряння всіх палив, чим і визначається можливість значної інтенсифікації горіння. Температурою до 800 вичерпуються конструкційні можливості спеціальних сталей, але ще не виправдане застосування керамічних теплообмінників, значно менш ефективних за питомою теплопродуктивності та експлуатаційної газощільність.

Нагрівання дуття до 1000 ÷ 1300 технологічно необхідне у плавильних ванних печах реверсивного типу, для плавки чавуну в доменних печах, а також для швидкісного нагріву злитків перед обробкою. У теплообмінниках в цьому випадку застосовують вогнетривкі керамічні матеріали. Негативними моментами використання таких теплообмінників є інтенсивне шлакування і роз'їдання керамічних матеріалів плавильним винесенням і мала питома продуктивність при поганій газощільності.