Рекуператоры металлургических печей

Использование физической теплоты воздуха Q_ф.в и газообразного топлива Q_ф.т снижает расход топлива, так как она получена за счет охлаждения дымовых газов перед выбросом их в атмосферу, т.е. для нагрева компонентов горения не расходовалась дополнительная химическая энергия топлива. Этот способ сокращения расхода топлива получил название: утилизация теплоты уходящих газов в рекуператорах или регенераторах.

Эффективность утилизации теплоты уходящих газов оценивают степенью рекуперации (регенерации)

,

которая показывает, какую долю теплоты уходящего дыма удается возвратить в рабочее пространство с нагретым воздухом и газообразным топливом.

Рекуператоры применяют, в основном, в нагревательных печах различного назначения. Регенераторы нашли применение как в плавильных, так и в нагревательных печах.

6.1 Схемы рекуператоров: прямоток, противоток, перекрестный ток

Рекуператор – это теплообменник стационарного режима работы, в котором теплота непрерывно передается от дымовых газов к нагреваемому газу (воздуху либо газообразному топливу) через сплошную твердую стенку. Площадь поверхности этой разделяющей стенки называют поверхностью теплообмена F, м². Чаще всего стенка имеет цилиндрическую форму, т.е. выполняется в виде трубы, внутри которой протекает один теплоноситель, а снаружи – другой.

По схеме движения горячего и холодного теплоносителей различают рекуператоры прямоточные, противоточные и перекрестного тока (рис.6.1).

По преобладающему виду теплоотдачи от дымовых газов к стенке рекуператоры могут быть конвективными, радиационными и конвективно-радиационными.

В зависимости от материала стенки различают керамические и металлические рекуператоры.

Материалом для металлических рекуператоров служат хромоникелевые стали типа Х18Н10Т, Х25Н20С2 с допустимой температурой дыма перед рекуператором 1100-1200 °С, либо хромистая сталь типа Х17 с допустимой температурой дыма не более 1000 °С. Толщина стальной стенки S = 2-3 мм. Температура нагрева воздуха (или газа) в существующих рекуператорах не превышает 400-500 °С.

а) б) в)

а – прямоток; б – противоток; в – перекрестный ток

Рис. 6.1 – Схемы движения теплоносителей в рекуператоре

Керамические рекуператоры выполняют из карбошамотных или шамотных восьмигранных трубок длиной 300-350 мм, с толщиной стенки S = 10-12 мм, а также реже из шамотных пустотелых блоков. В керамических рекуператорах нагревают только воздух ввиду их негерметичности. Максимальная температура дыма перед рекуператором 1250-1300 °С, нагретого воздуха – 800-850 °С. Более высокая температура воздуха – единственное преимущество керамических рекуператоров, недостатками их являются:

· неплотные соединения трубок между собой, через которые происходит утечка воздуха, изменяющаяся в процессе службы и нарушающая нормальное сжигание топлива;

· большие габаритные размеры из-за высокого теплового сопротивления керамической стенки, в связи с чем коэффициент теплопередачи в 4-5 раз меньше, а поверхность теплообмена во столько же раз больше, чем у металлического рекуператора.