7 (Лекции), страница 3

Ониобеспечивают максимальную рабочую температуру 1000— 1050 °С.Радиационные трубы могут работать на газовом, жидком топливе и вместо горелок(форсунок) могут быть оборудованы электронагревателями, размещаемыми внутри труб.Радиационная труба (рис. 8.8) состоит из следующих элементов: корпуса, которыйодновременно служит камерой, где происходит сгорание топлива, и экраном, излучающимэнергию в рабочее пространство печи; газогорелочного устройства 9 и рекуператора 4.Рекуператор, который устанавливают в трубе, повышает коэффициент использования тепладо 25 % за счет возвращения в радиационную трубу теплоты уходящих продуктов сгорания.В случае, когда температура уходящих газов будет 400—700 °С, возникнет (так как потеритеплоты составят ~35 %) необходимость вторичной утилизации теплоты, которуюосуществляют с помощью второго рекуператора 1, устанавливаемого вне корпусарадиационной трубы.13Рис.

8.8. Радиационная трубаТруба 7 крепится к кожуху печи 2 с помощью уплотнительного короба 3 иустановочной плиты 8. Опора 6, соединенная с поворотным коленом 5, передает нагрузку отмассы трубы кладке печи. Розжиг горелки производят запальником 10. Для обеспечениягазоплотности рабочего пространства предусмотрен компенсатор 11,Радиационные трубы изготовляют из жароупорных труб диаметром от 80 до 200 мм, столщиной стенки 4—15 мм.

Габаритная длина радиационных труб от 1 до 3,5 м. Корпус трубможет иметь различную форму, отсюда и происходит название радиационных труб: прямые(пролетные), тупиковые, Р-, Ф-, U-, W-образные, кольцевые и др. (рис. 8.9, а—д).Прямую трубу (цилиндрического типа) применяют преимущественно вертикальногорасположения. Чтобы процесс горения закончился на необходимой длине трубы, на нейделают вмятины, улучшающие условия смешения и горения (см.

рис. 8.9, /с). Петлевуютрубу (рис. 8.9, з), как правило, устанавливают в горизонтальном положении, причем так,чтобы оба прямых участка были обращены к нагреваемым изделиям. Для исключенияпрогиба трубы, при длине рабочей части более 1200 мм, предусматривают подвески.Главные требования, предъявляемые к корпусу радиационных труб, — герметичность ивысокая их стойкость.

Горелки внутри трубы должны быть установлены соосно с осевойлинией корпуса.Конструкции радиационных труб не лишены недостатков. Одни трубы просты визготовлении, но имеют низкие теплотехнические показатели, другие — наоборот. Поэтомувыбирать тип радиационной трубы нужно, учитывая конкретные тепловые режимы иконструктивные особенности печей. С учетом всех преобразований энергии топлива вэлектрическуюнатепловыхэлектростанциях,потерьэлектроэнергиивсетяхипреобразователях радиационные трубы позволяют полнее использовать природный газ, чем14при сжигании в котлах ТЭС.

Трубы конкурентноспособны с электрическими нагревателямидаже и по расходу нихрома на единицу продукции.ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫНАЗНАЧЕНИЕ АППАРАТОВДля отопления нагревательных и термических печей расходуют значительноеколичество природного газа и мазута. Печи эти работают с весьма низким термическим КПД(20-1-40 %) вследствие больших потерь тепла с отходящими продуктами сгорания,достигающими иногда 65 % от общего количества подводимого в печь топлива.Эффективный способ повышения термического КПД печи — возврат в рабочеепространство теплоты, уносимой отходящими дымовыми газами. Осуществляют это путемнагрева в рекуператорах воздуха или газа, используемых для отопления печи.

Рекуператорыустанавливают на пути отвода дымовых газов над сводом или в боровах печей. Врекуператорах тепло от горячей среды (дымовых газов) передается другой, холодной среде(воздуху, горючему газу).К теплообменным аппаратам, используемым для нагрева воздуха, относят ирегенераторы. Их устанавливают главным образом в сталеплавильных и крупныхнагревательных печах для подогрева воздуха и газа до высоких температур. Регенераторыдороги и сложны в изготовлении и управлении.Подогрев воздуха обеспечивает экономию топлива за счет внесения физическойтеплоты в печь.

При этом повышается теоретическая температура горения топлива, чтоусиливает теплоотдачу от газов к нагреваемым изделиям и тем самым увеличиваетпроизводительность печи.Рис. 9.2. Схемы движений потоков врекуператоре:а — прямоток; б — противоток; в —перекрестный ток; г — комбинированныйток15ИГОЛЬЧАТЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫОсновной элемент игольчатого рекуператора — чугунная труба овального сечения снаружными и внутренними (или только внутренними) иглами (рис. 19). Воздух движетсявнутри трубы, а дымовые газы омывают трубу снаружи.Трубы нормализованы, их выпускают длиной 880, 1135 и 1640 мм. Двустороннеигольчатые трубы промышленность выпускает двух типов: 17,5 и 28, что соответствуетрасстоянию между осями игл на дымовой стороне.

Чем меньше шаг между иглами, тем ихбольше,ивышекоэффициенттеплоотдачи,нотрубыимеютиповышенноеаэродинамическое сопротивление по пути движения воздуха.Для всех типов рекуперативных труб совершенно одинакова конструкция внутренней(воздушной) игольчатой поверхности с иглами высотой 20 мм и расстоянием между осями14 мм.Тепловая эффективность двусторонне-игольчатых труб значительно выше, чемодносторонне-игольчатых, но они быстрее выходят из строя и легко засоряются сажей,содержащейся в продуктах сгорания. Поэтому применяют комбинированные секциирекуператора, в которых из односторонне-игольчатых труб монтируют первые ряды состороны входа дымовых газов в рекуператор.Рис.

19. Труба рекуператора снаружными и внутренними игламиСекцию рекуператора из нескольких труб, через которую проходит воздух, не меняянаправления, называют «ходом» (рис. 20). Выбор числа «ходов» игольчатого рекуператоразависит от обеспечиваемого давления дутья и определяется конечной температурой воздухаи возможностью компактного объединения труб.

Наиболее часто применяют двухходовуюустановку рекуператора, которая обеспечивает температуру подогрева воздуха до 400 С. Длянагрева воздуха до 200 °С обычно используют одно ходовую схему.16Рис.9.4.Двухходовойигольчатый рекуператорНаиболее эффективно устанавливать игольчатые рекуператоры так, чтобы дымовыегазы проходили через трубы в вертикальном направлении, а вся конструкция была доступнадля осмотра, чистки и ремонта.Игольчатые рекуператоры имеют большое число стыков между фланцами труб ипоэтому требуют особой тщательности и уплотнения при монтаже с помощью монтажнойрейки.

Увеличение числа труб с 10 до 100 сопровождается повышением утечки воздуха с3…5 до 20…30 %.Из повреждений игольчатых труб наиболее часто встречается растрескивание ипрогар первых по ходу дымовых газов труб. Срок службы рекуператора в значительной мерезависит от температуры дымовых газов t2 . Если она не превышает 800°С, то трубы излитейного чугуна служат 3…5 лет. При повышении указанной температуры до 1000 °Сстойкость труб снижается до 1 года.

С целью повышения стойкости труб рекомендуетсяснижать температуру дымовых газов до 800°С путем разбавления потока холоднымвоздухом.Стойкость рекуператора может быть повышена при отливке труб из чугуна,легированного хромом или кремнием.Игольчатые рекуператоры (из всех металлических) позволяют получать самыевысокие коэффициенты теплопередачи, доходящие до 100 Вт/м2°С).ТЕРМОБЛОЧНЫЕ РЕКУПЕРАТОРЫЧугунно-стальные рекуператоры (термоблоки) (рис.

21) представляют собой пучокстальных труб, пространство между которыми залито чугуном. При изготовлениирекуператоров стальные трубы вваривают в трубные доски. Между рядами труб вставляютпесчано-глинистые стержни, а затем остальное пространство заливают чугуном. После17удаления стержней в отливке образуются каналы для прохода дымовых газов. Трубы длявоздуха или газа и каналы для дымовых газов располагают под углом 90°, что надежноразделяет оба потока. Вследствие высокой газоплотности в этих рекуператорах возможноподогревать не только воздух, но и газ.Рис.

21. Чугунно-стальнойрекуператорМонолитная конструкция термоблока обеспечивает достаточную газоплотность дажепри появлении трещин в чугунной отливке, так как залитые в чугун стальные трубыобразуют своеобразный каркас, обеспечивающий целостность рекуператора. Инымисловами, термоблочные рекуператоры более совершенны по тепловой устойчивости, чемигольчатые, что обеспечивает их большую стойкость.Применение в отливке термоблока окалиностойких труб и хромистого чугунапозволяет значительно увеличить срок службы рекуператора, особенно на кузнечных печах.Однако термоблоки обладают большой относительной массой (на единицу переданноготепла), в 3…4 раза превышающей аналогичную величину у рекуператоров с двустороннеигольчатыми трубами.С целью снижения массы термоблоков используют комбинированные рекуператоры,в которых первая секция представляет собой обычный термоблок 1, а последующие — изигольчатых или газовых труб 2 (рис.

22). Срок службы таких рекуператоров более 10 лет. Вслучае прогара одной или нескольких труб их можно заварить без демонтажа рекуператора.18К недостаткам следует отнести и трудность обеспечения хорошего контакта чугуна состенками стальных труб, особенно в блоках больших размеров.Рис.22.КомбинированныйрекуператорЭти рекуператоры могут эксплуатироваться при температурах дымовых газов 1200—1300 °С, что позволяет получить коэффициент теплопередачи 20…25 Вт/(м2 • °С).Необходимо указать также на повышенную склонность термоблоков к заносудымовых каналов сажистым углеродом. Причина этого — узкие каналы (25—30 мм) ибольшая масса монолитного металла в них, которая прогревается сравнительно медленно.Отложения сажи существенно снижают коэффициент теплоотдачи и температуру подогревавоздуха. Их не наблюдают при температурах дымовых газов 900—1000 °С, так как в этихусловиях сажа выгорает и каналы самоочищаются.

Термоблочные рекуператоры не следуетустанавливать на низкотемпературных термическихРЕКУПЕРАТОРЫ ИЗ ГЛАДКИХ СТАЛЬНЫХ ТРУБВ рекуператорах из гладких стальных труб (рис. 23) воздух или газ может двигатьсявнутри труб, а дымовые газы снаружи, или наоборот. Трубы с помощью сварки укрепляютна трубных досках. К ним же прикрепляют компенсаторы и патрубки из листовой стали,служащие для подвода и отвода воздуха.Для изготовления рекуператоров используют стальные трубы диаметром от 15 до 100мм с толщиной стенки 2—5 мм, которые достаточно газоплотны и могут быть использованыдля подогрева газа.19Рекуператоры из стальных труб чаще устанавливают на крупных нагревательныхпечах, где нецелесообразно применять термоблоки из-за их массивности и игольчатыерекуператоры по причине низкой газоплотности.