Раздел 7. Утилизация тепла в металлургических печах.

7.1 Теплотехнические основы утилизации тепла, отходящих дымовых газов.

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печей, имеют высокую температуру и поэтому уносят с собой значительное количество тепла.

Из рабочего пространства печей, дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше температура дымовых газов и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. Поэтому необходимо обеспечивать утилизацию тепла, отходящих дымовых газов, воспользовавшись принципиально 2-мя методами:

1. с возвратом части тепла отобранного у дымовых газов обратно в печь

2. без возврата этого тепла в печь

Для осуществления 1-го метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу или (и) воздуху. Для этого используют теплообменники рекуперативного и регенеративного типа, применение которых позволяет повысить к.п.д. печного агрегата, увеличить температуру горения и сэкономить топливо.

2 метод. Тепло отходящих дымовых газов используется в теплосиловых котельных и турбинных установках, т. е. тепло в печь не возвращается, но достигается существенная экономия топлива.

В отдельных случаях оба описанных метода утилизации тепла отходящих дымовых газов используются одновременно.

Регенеративные теплообменники работают при нестационарном тепловом состоянии, рекуперативные при стационарном.

Теплообменники регенеративного типа имеют следующие недостатки:

1) регенераторы не обеспечивают постоянную температуру подогрева воздуха или газа, которая падает по мере остывания кирпичей насадки и ограничивает возможность применения автоматического регулирования печи;

2) прекращается питание печи теплом при перекидке клапанов;

3) при подогреве в регенераторах имеет место потеря топлива через дымовую трубу, при этом величина уноса достигает 5-6% полного расхода;

4) большие объёмы и масса регенераторов;

5) керамические регенераторы всегда располагают под печами.

Рекуперативный принцип утилизации тепла отходящих дымовых газов более совершенен. Рекуператоры обеспечивают постоянную температуру подогрева воздуха или газа и не требуют никаких перекидных устройств – это обеспечивает более ровный ход печи и большую возможность для автоматизации и контроля её тепловой работы. В рекуператорах отсутствует вынос газа в дымовую трубу, они меньшего объёма и массы.

Недостатки рекуператоров: низкая огнестойкость металлических рекуператоров и низкая газоплотность керамических рекуператоров.

7.2Рекуперативные и регенеративные теплообменники.

Регенеративные теплообменники.

Регенератор представляет собой камеру, заполненную кирпичной многорядной решёткой (насадкой), выложенной из огнеупорных кирпичей.Сначала через регенеративный теплообменник пропускают дым, а затем в обратном направлении воздух или газообразное топливо. В этот период регенеративная насадка отдаёт воздуху (газу) ранее аккумулированное тепло. Длительность дымового и воздушного периодов составляет 5-15 мин.

К насадке предъявляют следующие требования :

1. высокий общий коэффициент теплопередачи

2. минимальное аэродинамическое сопротивление

3. максимальная удельная поверхность нагрева

4. минимальная опасность засорения

5. необходимая строительная устойчивость

Материал, из которого выполняют насадки должен иметь соответствующую огнеупорность, термостойкость и обладать определённым сопротивлением деформации под нагрузкой при высоких температурах.

Рекуперативные теплообменники

Любой рекуператор представляет собой теплообменный аппарат, работающий в условиях стационарного теплового состояния, когда тепло постоянно передаётся от остывающих дымовых газов к нагревающемуся воздуху (газу) через разделительную стенку. Полное количество тепла, переданного в рекуператоре определяется по формуле:

Q=K*ΔTср.*F,

где K-суммарный коэф. теплопередачи от дыма к воздуху (газу) Вт/(м*К)

ΔТср - средняя разность температур между дымовыми газами и воздухом (газом), К

F- поверхность нагрева, через которую происходит передача тепла от дымовых газов к воздуху(газу), м².

Теплопередача в рекуператорах имеет 3 основные ступени передачи тепла:

1. От дымовых газов к стенкам рекуперативных элементов

2. Через разделительную стенку

3. От стенки к нагреваемому воздуху или газу

Суммарный коэффициент теплопередачи

К= ,

α_{Д –} коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке Вт/(м²*К)

α_В - коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху Вт/(м²*К)

К рекуператорам предъявляют следующие требования:

1. обеспечение максимальной степени утилизации тепла дымовых газов

2. достаточная стойкость против воздействия дымовых газов с высокой температурой

3. максимальная компактность конструкции

4. наивысший суммарный коэф. Теплопередачи К

5. наименьшее гидравлическое сопротивление рекуператора

6. достаточная герметичность

Р екуператоры изготавливают из металла и керамических материалов.