34. Конструкции рекуператоров

Требования, предъявляемые к рекуператорам:

• обеспечение максимальной степени утилизации тепла дымовых газов;

• достаточная стойкость против воздействия дыма с высокой температурой;

• максимальная компактность конструкции;

• наивысший коэффициент теплопередачи (К);

• наименьшее гидравлическое сопротивление рекуператора;

• хорошая герметичность.

Рекуператоры изготавливают из металла и керамических материалов. Металлические рекуператоры по характеру теплообмена можно разделить на конвективные (игольчатые и трубчатые) и радиационные. Нередко выполняют комбинированные – радиационно-конвективные металлические рекуператоры. Преимущества металлических рекуператоров:

• высокий коэффициент теплопередачи (К) ;

• компактность конструкции;

• нет необходимости в глубоких подземных боровах, можно располагать рекуператоры над печами;

• улучшенная герметичность.

Сварные металлические рекуператоры можно применять для подогрева газов. Основной недостаток металлических рекуператоров – низкая стойкость к высокой температуре дымовых газов.

Керамические рекуператоры чаще всего работают в условиях, когда учитывается и конвекция и тепловое излучение дымовых газов. Они более громоздки, имеют низкий коэффициент теплопередачи, мало герметичны и совершенно не пригодны для подогрева газа. Размещают их только под печами. Однако керамические рекуператоры могут работать при температурах дымовых газов 1200–1400^оС и подогревать воздух до температуры 800–850^оС.

Расчет рекуператоров

Обычно целью расчета является определение размеров рекуператора, необходимых для обеспечения подогрева требуемого количества воздуха (газа) до необходимой температуры. В отдельных случаях приходится решать и обратную задачу.

48.Порядок расчета

• Составление теплового баланса

Для газоплотных рекуператоров потери тепла составляют ≈ 10 %, для негазоплотных (керамических) утечки воздуха могут достигать 15÷30 %. Решая систему уравнений, определяют конечную температуру дымовых газов – .

,

.

Необходимое количество тепла, передаваемое через поверхность рекуператора:

для газоплотных конструкций

для негазоплотных ,

где V_в и V_д – объем дымовых газов и воздуха, м³/ч;

ΔV_в – количество воздуха, ушедшее в дымовые каналы, м³/ч.

• Определение – средней разности температур (см. выше)

• Определение суммарного коэффициента теплопередачи (К)

Для определения величины К целесообразно задаваться скоростью движения дыма и воздуха. Для металлических рекуператоров ω_д= 3–5 м/с, ω_в= 7–10 м/с; для керамических рекуператоров ω_д= 1.2–2 м/с, ω_в= 0.7–1.0 м/с. Зная скорости, определяют локальные коэффициенты теплоотдачи – , или и затем К.

• Определение общей поверхности нагрева (F) и размеров рекуператора

Для определения поверхности нагрева используют выражение , отсюда . Зная общую поверхность нагрева, определяют размеры рекуператора.

Рассмотрим расчет рекуператора на примере.

ПРИМЕР

Рассчитать игольчатый рекуператор для двухзонной методической печи, отапливаемой смесью коксового и доменного газов , в которой расход топлива (при работе рекуператора) составляет 2160 м³/ч; температура подогрева воздуха 300^оС; ^оС, ⁰С; состав дымовых газов: 15 % ; 15 % ;70 % . Из расчёта горения топлива м³/ч; м³/ч.

Решение

1. Выберем трубы с иглами только на воздушной стороне, длиной 880 мм. Примем скорость движения воздуха V_в=6 м/с, дыма – V_в=3 м/с

2. Составим тепловой баланс рекуператора. Для выбора теплоёмкости дымовых газов предположим, что ^оС.

Теплоёмкость дымовых газов при

оС	оС

Потери тепла в окружающую среду 10 %. Уравнение теплового баланса:

;

кДж/ч,

откуда ^оС .

3. Определим (считаем, что движение газа происходит по схеме перекрёстного противотока). Пренебрегая поправкой на перекрёстный ток, , определим .

Определим, по какому закону изменяется температура

, т.к. .

закон изменения температуры носит линейный характер, следовательно

4. Определим К, применяя график. При м/с, дыма – м/с

К = 36 Вт/м²С.

5. Определим общую поверхность нагрева и размеры рекуператора из выражения:

,

^2..

Условная поверхность нагрева каждой трубы длиной 880 мм без наружных игл (определяется по таблице) составляет 0.25 . Следовательно, общее число труб рекуператора составит:

труб.

Необходимое общее сечение для прохода воздуха

м².

Необходимое сечение для прохода дыма

м².

Следовательно, 88 труб должны быть распределены на секции так, чтобы по воздуху на каждую секцию приходилось труб, а на пути движения дыма – .

Ориентировочно должно быть труб на пути воздуха:

.

На пути движения дыма:

.

Сечение для прохода воздуха 0.008 м и сечение для прохода дыма 0.060 м берутся из таблиц.

Таким образом, в рассчитываемом рекуператоре должно быть предусмотрено 88/25 = 3.6 секций (хода) по 25 труб в каждой. Воздух последовательно проходит 3 секции по 8 труб в каждой. Принимаем, что в секции будет 26 труб по 2 ряда, в ряду 13 труб.