Регенеративные теплообменники

Регенератор, обычно применяемый в металлургических печах, представляет собой камеру, заполненную многорядной решеткой (насадкой), выложенной из огнеупорных кирпичей. Сначала через регенератор пропускают дым, а затем в обратном направлении — воздух или газообразное топливо. В этот период регенеративная насадка отдает воздуху (газу) ранее аккумулированное тепло. Существует оптимальное в теплотехническом отношении время между перекидкой клапанов, т.е. между следующими друг за другом изменениями поступления газообразных сред. У воздухонагревателей доменных печей длительность воздушного и дымового периодов связана следующим образом:

где — длительность перекидки клапанов; — число воздухонагревателей на одну печь.

Для мартеновских и нагревательных печей , причём и в том и другом случае продолжительность периодов лежит чаще всего в пределах от 5 до 15 мин и определяется особенностями работы регенеративной насадки в целом и каждого кирпича в отдельности. В начале дымового периода температура насадки относительно мала и перепад температур между дымовыми газами и кирпичами насадки значительный. Постепенно насадка нагревается, перепад температур уменьшается и наступает такой момент, когда необходима перекидка клапанов. К этому времени насадка настолько нагревается, что температура ее может находиться на пределе стойкости кирпича. Изменение температуры подогрева воздуха (газа) вызвано постепенным охлаждением насадки в течение воздушного (газового) периода. Наиболее высокая температура подогрева воздуха наблюдается в начале воздушного периода, когда температура насадки максимальна.

Требования теплового режима печи в работе регенераторов обусловлены тем, что понижение температуры подогрева воздуха или газа приводит к снижению температуры горения и неблагоприятно влияет на температуру в печи. Поэтому, когда необходимо поддержать температуру в печи достаточно высокой; следует часто делать перекидку клапанов.

Кирпич аккумулирует тепло дымовых газов и передает его нагреваемому воздуху, выполняя тем самым роль посредника в теплообмене между дымом и воздухом. Изменение температуры кирпича в течение дымового и воздушного периодов видно, что в течение дымового периода температура поверхности кирпича интенсивно повышается, а температура центра сначала даже несколько понижается, а потом начинает расти. Это объясняется тем, что к концу воздушного периода температура поверхности кирпича становится ниже температуры его центра. При этом наблюдается отток тепла от середины к поверхности кирпича. В начале дымового периода процесс передачи тепла от центра к поверхности также имеет место до тех пор, пока температура поверхности кирпича не превзойдет температуры его центра.

Количество тепла +Δq, которое кирпич аккумулирует в дымовой период, равно количеству тепла –Δq, которое кирпич отдает воздуху в воздушный период. Внутренние слои кирпича претерпевают значительно меньшие температурные колебания, чем наружные. Поэтому масса кирпича, с точки зрения его теплоаккумулирующей и теплоотдающей способности, работает неодинаково.

К насадке предъявляют следующие требования, определяющие ее экономичность и эксплуатационные качества:

- высокий общий коэффициент теплопередачи;

- - минимальные аэродинамическое сопротивление;

- максимальная удельная поверхность нагрева;

- минимальная опасность засорения;

- необходимая строительная устойчивость.

Материал, из которого выполняют насадку, должен характеризоваться соответствующей огнеупорностью, термостойкостью и обладать определенным сопротивлением деформации под нагрузкой при повышенных температурах.