Использование тепла продуктов горения

При сжигании газа в отопительных каналах коксовых печей развиваются высокие температуры. Действительная температура горения может составить 1600—1800° С. Пе­редача тепла через стену камеры в угольную загрузку и потери тепла в окружающее пространство приводят к сни­жению температуры продуктов горения, в результате чего они покидают вертикалы с температурой 1200—1400° С. Поэтому возникает необходимость использовать тепло, уно­симое продуктами горения из отопительных каналов. Это тепло используется для подогрева необходимого для горения воздуха, а в случае обогрева печей доменным или другим газом с низкой теплотой сгорания и газа. В дальнейшем речь будет идти только о подогреве воздуха. В результате подогрева потери тепла с продуктами горения уменьшаются, а к. п. д. печей возрастает,

Тепло продуктов горения, отводимых из отопительных каналов коксовых печей, используется в регенераторах. Их особенностью является нестационарность теплового пото­ка, так как через регенератор периодически проходят то продукты горения, то воздух. Насадка регенератора акку­мулирует тепло в период прохождения продуктов горения, а после кантовки отдает тепло поступающему в регенератор воздуху.

Продолжительность периода между кантовками имеет большое значение. Необходимость сравнительно частого переключения газовых потоков объясняется тем, что при длительном прохождении продуктов горения через регене­ратор температура насадки будет подниматься, а тепло­обмен между продуктами горения и насадкой ухудшаться. Поэтому при удлинении периода между кантовками темпе­ратура продуктов горения, покидающих регенератор, будет возрастать, а температура воздуха, поступающего в косые ходы, снижаться. Таким образом, удлинение периода между кантовками приводит к ухудшению теплообмена и сниже­нию к.п.д. печей.

Сокращение периода между кантовками может привести к улучшению теплообмена в регенераторе и, как следствие этого, к повышению температур в обогревательных каналах. За рубежом период между кантовками иногда снижают с 20 до 15 и даже до 10 мин. Однако уменьшение продолжи­тельности периода между кантовками имеет и отрицатель­ные стороны. При каждой кантовке отопительный газ в течение 14—17 с в систему не поступает. Необходимость такого перерыва в подаче газа вытекает из последователь­ности операций при кантовке. Прежде всего перекрывается полностью подача газа; воздух в течение нескольких секунд продолжает поступать, что обеспечивает сгорание газа, еще находящегося в кана­лах отопительной системы. В последнюю очередь отклю­чаются клапаны, через которые продукты горения отво­дятся в борова. Открываются клапаны в обратном поряд­ке. Раньше всего начинает открываться клапан продуктов горения, затем воздушный клапан и в последнюю очередь производится подача газа. Так как перерыв в подаче газа в систему происходит при каждой кантовке, то при сокра­щении периода между кантэвками, т.е. при увеличении числа кантовок в час, будет увеличиваться время, не исполь­зуемое для обогрева печей. Кроме того, более частые кан­товки ускорят износ всего кантовочного устройства. По­этому в России в качестве оптимальной принята кантовка через каждые 20 мин.

Длительность периода между кантовками зависит и от толщины насадочного кирпича. Колебания температур в кирпиче связаны не только с длительностью периода между кантовками, но и с толщиной кирпича: чем толще насадочный кирпич, тем меньше в нем колебания темпера­тур, тем менее активно участвует масса кирпича в тепло­обмене. Поэтому чем тоньше насадочный кирпич, тем мень­шая его масса обеспечивает нужный теплообмен в регене­раторе.

В качестве насадочного использовался нормальный кирпич сечением в торце 65х112 мм, брусковый кирпич сечением 40х70 мм. В настоящее время применяют только фасонную (решетчатую) насадку, достоинством которой является то, что при малой толщине (18—20 мм) она устойчива.

Анализ показал, что сокращение периода между кантов­ками интенсифицирует теплообмен не при любой толщине кирпича. Сокращение периода между кантовками до 15 мин целесообразно лишь для тонкого фасонного кирпича. Для кирпича же толщиной 50 мм оптимум находится в области 25 мин.

Величина зазоров в насадке для прохода газов имеет значение как с точки зрения гидравлики, так и с точки зре­ния теплообмена. Чем больше зазоры, тем меньше ско­рости движения газов и, следовательно, сопротивления при их прохождении через насадку. Величина зазоров по-раз­ному влияет на частные коэффициенты теплоотдачи. При увеличении толщины слоя газов коэффициент конвекции в связи со снижением скорости уменьшается, а коэффициент излучения увеличивается.

От потерь тепла с продуктами горения зависит величина термического к.п.д. Для определения в производственных условиях  необходимо провести анализ отопительного газа и продуктов горения; расчет теплоты сгорания газа (или ее определение в калориметре), коэффициентов избыт­ка воздуха по составу продуктов горения, состава и коли­чества продуктов горения по составу газа, теплоемкости продуктов горения, потерь Тепла с продуктами горения.

М. Б. Равич предложил упрощенную методику тепло­технических расчетов, которая позволяет быстро подсчи­тывать потери тепла с продуктами горения. Анализ показал приемлемость этой методики, а номограммы, приведенные в литературе, позволяют ускорить это определение. До­статочно замерить температуру продуктов горения после регенератора и температуру поступающего в регене­ратор воздуха, а также установить содержание в про­дуктах горения О₂ и СО.

При проектировании коксовых печей большое значение придается расчету регенераторов, обеспечивающих нужное охлаждение продуктов горения и нагрев воздуха. Методика расчетов регенераторов аналогична применяемой при рас­чете теплообменников других видов.