книги из ГПНТБ / Кривандин В.А Керамические рекуператоры
.pdf
В. А. КРИВАНДИН
КЕРАМИЧЕСКИЕ
РЕКУПЕРАТОРЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Москва 1960
ГО° ПУБЛИЧНАЯ |
I |
л ,*г — 9 |
|
*-|АУЧИТЕХН |
иЧ£СКАЯ 1 |
лоу *ТТ |
|
БИБЛИОТЕКА ОБОЯ |
1 |
' tf) |
|
д/
шз4
АННОТАЦИЯ
Рассмотрены материалы, применяемые для изготовления керамических рекупера
торов, конструкции, теплотехнические ос новы работы рекуператоров, а также аэро
динамика и теплообмен в «их. Приведены примеры расчета рекуператоров
Предназначается для инженерно-техни ческих работников различных отраслей промышленности. Может быть использо вана студентами вузов, специализирующи мися в области теплотехники промышлен ных печей.
Автор
КРИВАНДИН Владимир Алексеевич
Редактор издательства А. |
А. Вагин Технический |
редактор И. М. Эвенсон |
|||
|
Редактор Г. М. Глинков |
|
|
||
Сдано в |
производство 28/VH 1959 г. |
Подписано в печать 3/XI |
1959 г. |
||
Бумага |
60 X 927i6 — 5,38 |
бум. л. = 10,75 печ. л. |
Уч.-изд л. 10,12 |
||
Т-11549 |
Тираж 2150 |
Заказ |
1770 |
Цена 5 |
р. 05 к. |
|
|
Металлургиздат |
|
|
|
|
Москва Г-34, 2-й Обыденский пер., 14 |
|
|||
|
Типография Металлургиздата, |
Москва, |
Цветной б., 30 |
|
|
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
Введение .............................................................................................................. |
|
|
|
7 |
|
Глава 1. |
Теплотехнические основы использования тепла дымовых газов |
9 |
|||
I. |
Калория физического тепла и ее ценность ................................ |
9 |
|||
2. |
Экономия |
топлива ................................................................................ |
|
12 |
|
3. |
Влияние степени подогрева воздуха на температуру горения ■••• |
18 |
|||
4. |
Влияние подогрева воздуха на протекание процесса горения-■ |
20 |
|||
5. |
Полнота |
рекуперации .......................................................................... |
|
22 |
|
Глава II. |
Материалы для изготовления керамических рекуператоров • • |
24 |
|||
1. |
Шамотные огнеупоры .......................................................................... |
|
25 |
||
2. |
Карборундовые огнеупоры ................................................................. |
|
26 |
||
3. |
Карбошамотные огнеупоры |
.............................................................. |
28 |
||
4. |
Высокоглинсземистые огнеупоры ..................................................... |
28 |
|||
Глава III. Конструкция и работа керамических рекуператоров ........... |
30 |
||||
1. |
Герметичность керамических |
рекуператоров ................................ |
31 |
||
2. |
Шамотные рекуператоры .................................................................... |
|
37 |
||
3. |
Карбошамотный трубчатый |
рекуператор ................................... |
46 |
||
|
Конструкция ............................................................................................. |
|
46 |
||
|
Герметичность ............................................................................................ |
|
49 |
||
|
Монтаж |
рекуператоров ....................................................................... |
|
51 |
|
|
Работа |
на |
нагревательных колодцах ............................................... |
55 |
|
|
Работа |
на |
методических печах ........................................................... |
61 |
|
|
Работа на сталеплавильной рециркуляционной печи ................. |
62 |
|||
4. |
Карборундовый трубчатый |
рекуператор ...................................... |
77 |
||
|
Работа |
на |
методических печах ....................................................... |
80 |
|
|
Работа на нагревательных колодцах и сталеплавильных печах |
81 |
|||
5.Керамические рекуператоры из высокоглиноземистых мате
риалов ................................................................................................... |
81 |
|
Глава IV. |
Теплообмен в керамических рекуператорах ............................. |
88 |
1. |
Общая характеристика ....................................................................... |
88 |
Суммарный коэффициент теплопередачи ......................................... |
88 |
|
Теплоотдача на воздушной стороне .................................................. |
90 |
|
Теплоотдача на дымовой стороне ..................................................... |
95 |
|
Теплопередача через разделительную стенку ................................ |
99 |
|
Средняя разность температур .............................................................. |
100 |
|
2.Особенность теплообмена на дымовой стороне карбошамотного
рекуператора ........................................................................................ |
108 |
3.Влияние герметичности керамических рекуператоров на их теп
ловую работу ...................................................................................... |
119 |
3
Тепловая работа рекуператора при положительном давлении
|
|
на воздушной |
стороне ................................................................... |
Н9 |
|
|
Тепловая |
работа |
рекуператора при разрежении на воздушной |
||
|
|
стороне |
.............................................................................................. |
|
123 |
Глава |
V. |
Аэродинамическое сопротивление керамическихрекуператоров |
128 |
||
Глава |
VI. |
Расчет |
керамических рекуператоров ............................................ |
133 |
|
|
1. |
Общая |
схема расчета ........................................................................ |
133 |
|
|
Тепловой баланс рекуператора ........................................................... |
133 |
|||
|
Определение средней разности температур ................................... |
134 |
|||
|
Определение суммарного коэффициента теплопередачи ......... |
134 |
|||
|
Определение поверхности нагрева и размеров рекуператора •• 135 |
||||
|
2. |
Примеры расчетов ................................................................................ |
136 |
||
Литература ........................................................................................................ |
|
|
157 |
||
Приложения |
..................................................................................................... |
|
159 |
||
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. ПРИНЯТЫЕ В ТЕКСТЕ
Q — низшая теплотворность топлива, ккал/нм3; ккал/кг
Нв — теплосодержание подогретого воздуха на единицу топлива,
ккал/м3-, ккал/кг
/в - теплосодержание подогретого воздуха, ккал/нм3 /д — теплосодержание дымовых газов на выходе из рабочего
пространства печи, ккал/нм3 /— теплосодержание дымовых газов при температуре горения,
ккал/нм3
QB — тепло, переданное в рекуператоре воздуху, ккал/час
Q — количество тепла топлива, поступающего в печь при подо греве воздуха, ккал/час
Qo — количество тепла топлива, поступающего в печь без подо грева воздуха, ккал/час
Qr —тепло, теряемое с дымовыми газами из рабочего простран ства печи, ккал/час
Qnm — количество тепла, теряемое через стенки печи, ккал/час <2пол — полезно затраченное тепло, ккал/час
В — расход топлива при подогреве воздуха, м3/час; кг/час Во —то же, без подогрева воздуха, м3/час\ кг/час
Лтор—теоретическая температура горения, °C 6>рак1 — действительная температура печи. °C
и /д — температура дымовых газов соответственно на входе и вы
ходе из рекуператора, °C
/д и — промежуточные температуры дымовых газов и воздуха, °C 'д—температура дымовых газов при выходе из рабочего про
странства печи, |
°C |
^ст 11 ^ст — температура стенки соответственно со стороны воздуха и |
|
дымовых газов, |
°C |
и — скорость горения |
(см/сек) |
Ед — количество дымовых газов |
на 1 |
-и3 или кг топлива, |
нм3/нм3; |
||||
нм3/кг |
на |
1 |
л:3 |
или кг |
топлива, |
|
|
Ев—количество дымовых газов |
|
нм3/нм3-, |
|||||
нм3/кг |
|
|
|
|
|
|
|
Сц и с3 —теплоемкость дымовых |
газов |
и |
воздуха, |
ккал/нм3 |
• |
град |
|
1Ед = ЕдСд — водяное число дымовых газов, ккал/град |
|
|
|
||||
1ЕЬ = Евсв — водяное число воздуха, ккал/град |
|
|
|
||||
F — поверхность нагрева рекуператора, .м2 |
|
|
|
||||
К — суммарный коэффициент |
теплопередачи, |
ккал/м2 |
■ |
час ■ град |
|||
®д и ав — коэффициент теплоотдачи на дымовой и воздушной стороне,
ккал/м2 ■ час■град
S — толщина стенки рекуперативного элемента, м
X — коэффициент теплопроводности, ккал/м ■ час ■ град п — коэффициент избытка воздуха
5
d — гидравлический диаметр канала, Л1
Зэф — эффективная толщина излучающего слоя, л ■* — коэффициент кинематической вязкости, мг/сек а —коэффициент температуропроводности, лР/час 5 — коэффициент местного сопротивления е — степень черноты
w — скорость потока
wd Re —критерий Рейнольдса (Re = —)
Nu — критерий Нуссельта |
ч d |
(Nu = — ) |
|
|
X |
|
wd |
Ре — критерий Пекле (Ре = — ) |
|
|
а |
Рг — критерий Прандтля |
(Рг = ----- ; |
|
а |
— удельный вес, кг/м3
g — ускорение силы тяжести, л/сек2
ВВЕДЕНИЕ
Покидая рабочее пространство промышленных печей, дымо вые газы уносят с собой значительное количество тепла, которое тем больше, чем выше их температура.
Потери тепла с отходящими из печей некоторых типов дымо выми газами приведены в табл. 1 [1, 2, 3].
Таблица I
Потери тепла с отходящими из рабочего пространства дымовыми газами
|
Температура в, |
Температура |
Потери тепла |
|
Тип печи |
рабочем про* |
1 |
дымовых |
с дымовыми |
странстве |
|
газов |
газами |
|
|
°C |
|
°C |
% |
Нагревательные колодцы..................... |
1350-1450 1250—1350 |
55—60 |
|
Методические прокатные печи . . . |
1300—1400 |
900—1100 |
30—45 |
Кузнечные камерные печи ................. |
1300—1400 |
1100-1200 |
55—65 |
Сталеплавильные печи......................... |
1650—1750 |
1550—1600 |
65—75 |
Столь высокие потери тепла приводят к большому перерасхо ду топлива и снижают к. п. д. печного агрегата. Поэтому исполь зование тепла отходящих дымовых газов для подогрева воздуха или топлива является очень важной задачей, для решения ко торой можно применить два принципа — рекуперативный и ре генеративный. Рекуперативный принцип был известен ранее, чем регенеративный, однако вначале конструкции рекуператоров были недостаточно совершенны и поэтому они были менее эф фективны, чем регенераторы.
Рекуператоры обладают рядом преимуществ по сравнению с регенераторами, к числу которых относятся: постоянная темпе ратура подогрева, отсутствие перекидки клапанов и, как следст вие, более ровный ход печи; устранение выноса газообразного топлива в трубу; большая возможность регулирования и конт роля работы печи и, наконец, меньший объем их и вес.
В то же время рекуператоры характеризуются и некоторыми недостатками, основными из которых являются: недостаточная жаропрочность металлических рекуператоров; низкая газоплот-
7
ность, а в некоторых конструкциях и малый коэффициент тепло передачи керамических рекуператоров.
Дальнейшее совершенствование производства и улучшение свойств жароупорных сталей и чугунов позволило расширить пределы употребления металлических рекуператоров, однако во многих случаях их применение пока невозможно. Обеспечивая сравнительно невысокий подогрев воздуха, металлические реку ператоры быстро выходят из строя, особенно при высокой темпе ратуре отходящих газов.
Для керамических рекуператоров, которые располагают толь ко под печами, необходимо сооружать подземные борова и при ямки для обслуживания. Кроме того, керамические рекуперато ры более громоздки, характеризуются меньшим коэффициентом теплопередачи и недостаточной газоплотностью. Керамические рекуператоры нельзя устанавливать в цехах, где возникают со трясения при работе молотов и другого оборудования, и на пе чах, отапливаемых пылевидным, а в некоторых случаях и жид ким топливом. Однако керамические рекуператоры могут рабо тать при значительно более высоких температурах дымовых га зов п обеспечивают значительно более высокий подогрев воз духа.
Поэтому керамические рекуператоры широко применяют для установки на высокотемпературных печах (нагревательные ко лодцы, методические печи и т. п.), где необходимо подогревать воздух до 600—900° при температуре отходящих дымовых газов 1000—1500°. В настоящее время керамические рекуператоры на чинают устанавливать и на сталеплавильных печах.
Необходимо отметить, что применение керамических реку ператоров наиболее целесообразно на высокотемпературных пе чах, характеризуемых низким коэффициентом использования топлива, где их установка дает наибольший теплотехнический и экономический эффект. В то же время керамические рекупе раторы из-за малой газоплотности обычно не применимы для подогрева газообразного топлива.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодар ность рецензенту канд. техн, наук Тебенькову Б. П. и редактору
канд. техн, наук Глинкову Г. М. за ценные замечания, сделан ные ими при просмотре рукописи.
Автор выражает благодарность инж. Костерину В. В., сов местно с которым написан раздел «Работа на сталеплавильной рециркуляционной печи» § 3 главы III, а также инженеру Металлургиздата Вагину А. А. за проделанную им большую рабо ту по подготовке рукописи к изданию.