> Техника, страница 76 > Регенеративные и рекуперативные пeчи

Регенеративные и рекуперативные пeчи

Регенеративные и рекуперативные пeчи, печи, в которых отходящие из рабочего пространства газы (дым) используются для подогрева воздуха или же воздуха и газа в специальных устройствах—регенераторах и рекуператорах; таким образом «возрожденное» в них тепло возвращается в рабочее пространство для повышения температуры горения, сосредоточения жара в более тесном пространстве, вследствие чего повышается t° нагреваемого материала, сокращается время нагрева, повышается производительность печи и сокращается расход топлива на нагрев.

Р. и р. п. различаются между собою способом подогрева воздуха и газа, когда он служит топливом в т. н. «газовых печах» (смотрите Печи). В регенераторах нагревается насадка из огнеупорного кирпича, охлаждающая дымовые газы, идущие затем в дымовую трубу; «перекидкой клапанов» эта насадка переводится на нагрев воздуха или таза, а дым нагревает другую насадку, до тех пор охлаждавшуюся. Таким образом насадки регенераторов работают периодически, вследствие чего необходимо их иметь две <в случае нагрева только воздуха) или четыре <если подогревается воздух и газ). Передача тепла от дымовых газов кирпичу и от последнего газам производится непосредственным соприкосновением (конвекцией). В рекуператорах тепло дыма непрерывно передается нагреваемым газам через стенку канала, по одну сторону которой идет дым, а по другую—нагреваемый воздух или газ (передача тепла теплопроводностью); влияние более или менее значительной толщины стенки и той или иной теплопроводности материала стен ки сказывается в том, что t° нагрева газов и охлажденного дыма в рекуператорах ниже, чем в регенераторах, при одной и той же t° поступающего дыма. Фактически самые высокие t° газа и воздуха (до 1 200° иногда) получаются в регенераторах, рекуператоры же применяются для достижения сравнительно умеренных температур нагрева воздуха (редко выше 400°, часто только 200—250°). Это обстоятельство отражается на высоте t° в рабочем пространстве печи и применении последней для того или иного процесса. Регенеративные печи строятся в тех случаях, когда характер процесса требует развития самых высоких ί°, часто недостижимых совсем без подогрева газа и воздуха. Первые газовые регенеративные печи были построены В. Сименсом в 1858 г. в Англии для стеклоплавильного производства и для нагрева пудлингового железа до сварочного жара; несколько позже в этих печах впервые была получена (Мартеном во Франции) сталь в жидком состоянии (t° в рабочем пространстве 1 800°, подогрев газа и воздуха—до 1 200°). И в настоящее время главная область применения регенеративных печей—стаде- и стекловарение. Там, где можно обойтись без этих печей, строят рекуперативные печи, обходящиеся дешевле как постройкой, так и содержанием.

Р. и р. п. применяются для всякого рода материалов, разнообразных процессов различной производительности, и потому конструкция и размеры их отличаются большим разнообразием и не поддаются общей характеристике. Наиболее разработаны в конструктивном отношении регенеративные сталеплавильные печи (смотрите Мартеновское производство), а из рекуперативных—применяемые в железоделательном производстве нагревательные печи.

Расчет регенераторов и рекуператоров. В рекуператорах при данной разности температур отдающего тепло дыма и нагреваемого воздуха единица нагревательной поверхности рекуператора передает воздуху определенное количество тепла, давая постоянную t° нагрева; по количеству воздуха, его теплоемкости в пределах повышения его t° определяется количество передаваемого ему тепла и поверхность нагрева рекуператора; вес материала, передающего тепло, не играет роли или, вернее, чем он меньше, тем лучше для работы рекуператора, так как тем тоньше будут стены труб или каналов, через которые передается тепло. Они

Поверхность нагрева в м2 на! 000 000 Са1/ч.

1° воздуха.		200°	300°	o о о	500°	600°	700°
1. Топливо—нефть или пылевидный уголь*
1° дыма	650°.	13	20	34	56	—	—
ί° »	750°.	10	18	28	43	68	—
t° »	900°.	9	15	22	32	43	63
t° »	1 100°.	8	13	18	26	34	45
	2. Топливо—		генераторный газ“
1° дыма	650°.	15	25	38	60	—	—
t° »	760°.	13	23	33	48	70	—
t° »	870°.	13	20	30	40	55	75
t° »	980°.	12	19	27	37	48	64
t° »	1 090°.	12	18	25	35	46	58

* Избыток воздуха 10%.

делаются обычно из кирпича или чугуна. Для чугуна расчет прост, хотя и не точен, так как разные обстоятельства влияют на работу рекуператора. В табл. 1, составленной по диаграммам Trinks’a, даются размеры поверхности рекуператора, требующейся на 1 000 000 Cal, получаемых печью в 1 час при различных степенях нагрева воздуха дымом разных температур, для различных видов сжигаемого в печи топлива. В основу расчета положен коэфициент теплопередачи 12,1 Cal /ж² ч. °С, достигаемый при естественной тяге; вентилятор, позволяющий увеличить скорость движения газов в каналах, повышает теплоотдачу или позволяет сократить требуемую поверхность нагрева, но, с другой стороны, при расчете не была принята потеря тепла в рекуператоре, и потому Trinks рекомендует увеличивать получаемое расчетом число на 25%. Для кирпичных рекуператоров расчет затрудняется разной толщиной теплопередающих стен и различием свойств кирпича—его теплопроводности, в значительной мере зависящей от пористости и химического состава кирпича. В рекуператорах старого типа простенки, передающие тепло воздуху, делаются толщиной не менее полукирпича (112—123 миллиметров), что создает

Фигура 1.

алу с лучшей теплопроводностью—карборунду (смотрите), железу, специальной нержавеющей стали.

На фигуре 1 изображен тигельный горн с рекуператорами Германсена, в котором каждый пустотелый кирпич (квадратного сечения) имеет два неглубоких желобка на внешней поверхности, образующих при складывании кирпичей узкую щель с осью, перпендикулярной длине кирпича и длине рекуператора; по этим щелям движется тонкой струйкой подогреваемый воздух, а дым идет в перпендикулярном направлении через широкое сечение кирпича, делая1 или 2 оборота. Т. к. дымовые каналы могут засоряться пылыо, против каждого ряда кирпича в наружной стенке сделаны отверстия, закрываемые огнеупорными пробками, что позволяет чистить рекуператор на ходу. Даваемая им высота нагрева может быть доводима до 450—500°. На фигуре 2 представлена рекуперативная почь америк. фирмы Чепман-Стейн; в толще стен фасонного кирпича сложной формы оставлены узкие каналы (фигура 3), по которым идет вертикальной струей (без поворотов) нагреваемый воздух, в то время как дым проходит горизонтальными ходами, образуемыми кирпичом при его установке.

Дым делает 3 оборота, нагревая воздух до 650—800° при t° в печи 1 230° (нагрев слитков перед прокаткой). Печь отапливается холодным коксовальным газом, смешивающимся с горячим воздухом при самом входе в печь.

Карборунд применяется в рекуператорах в виде коротких труб, заменяющих собою чугунные с тем преимуществом, что они не страдают от высокой ί° дыма и имеют такой же коэф. расширения, как и шамотовый кирпич, вследствие чего соединение их с кладкой стен не нарушается при нагревании и охлаждении, как это случается всегда с чугунными трубами; перед шамотом

Газ

Воздух

Дым

Фигура 2

©чень низкую теплопередачу. В новейших конструкциях рекуператоров прибегают к трубчатому кирпичу с возможно тонкими стенками, •тделяющими воздух от дыма, или же к матери-

карборунд имеет то преимущество, что значительно лучше проводит тепло (при 600—800° в 12—10 раз лучше). Еще выше в этом отношении железо и сталь, которые к тому же мо-

гут применяться в виде очень тонких листов; лишь легкая окисляемость железа .мешала до последнего времени его применению в рекуператорах. Развитие производства нержавеющей (хромистой) стали сделало это возможным. На фигуре 4 и 5 показан рекуператор, установленный при нагревательной печи и сделанный наполовину из мягкого железа 1

и наполовину из специальной хромистой стали 2 (в нижней половине, подверженной действию более высокой темп-ры); 3—· вход дымовых газов, 4— их выход, о — вход дутья, 6—его в выход. Нагрев производится 4 аппаратами, из которых каждый (фигура 5) состоит из образуемых вертикальными перегородками (в 2 миллиметров толщиной) каналов, по которым вперемежку движетсядым (вертикально) и воздух (горизонтальными струями). Все 4 аппарата имеют в высоту 3,6 м, при внешнем диам. 1,8 м; через них проходит в минуту 183 м³ воздуха, нагреваемого до 650°, в то время как дым охлаждается от 860 до 245°. Теплопередача выражается 24,8 Cal/м² ч.°С, то есть она в два раза больше, чем для чугунных труб. Дым отсасывается вентилятором, что позволяет легко регулировать нагрев воздуха и держать его в определенных пределах 1°.

Регенераторы аккумулируют тепло из дыма с тем, чтобы затем передать его воздуху (и газу); в первый период работы кирпичи в них постепенно согреваются, почему t° уходящего из-под насадки дыма повышает-

Фигура 5.

ся. Для того чтобы она не сделалась слишком высокой, то есть степень регенерации не стала очень низкой, необходимо, чтобы в насадке было сосредоточено определенное весовое количество кирпича. Во второй период при нагревании воздуха кирпичи насадки охлаждаются, почему постепенно понижается t° воздуха, а вследствие этого и ί° в печи; очевидно нужно иметь определенное количество кирпича, для того чтобы понижение в печи не перешло за известный, допустимый как минимум предел. Правда, частой пере броской клапанов, то есть переходом от одного периода к другому, можно устранить резкое падение t° нагрева воздуха (и газа), но, во-первых, частый перевод представляет известные неудобства (потеря газа, наполняющего регенераторы и дымовые ходы, оставление печи на несколько секунд без подогрева); во-вторых, этим средством не устраняется отход слишком горячего дыма. Следовательно расчет регенераторов должен производиться по весу кирпича, причем необходимо предусматривать наличие достаточной поверхности нагрева в насадке и то, что расчетный вес насадки должен быть «используемым» весом, то есть участвующим в теплообмене. Для этого нужно считать только ту массу кирпича, которая распределена на толщину всего-65 миллиметров в верхних, наиболее нагретых частях насадки; при более умеренной t° активным слоем считается 25 миллиметров с каждой стороны, то есть всего 50 миллиметров толщины.

Принцип расчета, то есть определение веса кирпича по допускаемому падению t°, см. Мартеновскоепроизводство и Коупер. При расчете регенераторов даже в новейших иностранных литературных источниках допускаются грубые ошибки в пользовании теплоемкостями, а именно берутся средние от 0 до ί⁰„ тогда как нужно брать их в тех пределах t°, в которых изменяется нагрев кирпичей насадки. Ниже дается теплосодержание шамотового кирпича (с 40% А1₂0₃) при указанных t° по исследованию Colm’a (1924 год), результаты которого хорошо согласуются с более ранними (1914 год), опубликованными Неуп’ом, Ваиег’ом и WetzePeM.

1° кирпича, °С.	200°	400°		<х> о о		800°
Теплосодержание, Cal.	38,7	88,9		140,7		196,3
(° кирпича, °С.	1 000°		1 200°		1 400°
Теплосодержание, Cal.	256,3		316,3		379 1

Если при нагреве от 0 до 400° и от 0 до 1 400°· передается кирпичу соответственно 88,9 и 379 Cal, а от 0 до 200° и от 0 до 1 200°—38,7 и

316,3 Cal, то нагрев от 400 до 1 400° и от 200 до 1 200° требует соответственно 290,1 и 277,6 Cal, что указывает на среднюю теплоемкость в этих пределах <° 0,2901 и 0,2776-или в среднем (если 1 200 и 1 400°—крайние-1° насадки в верхнем ряду, а 200 и 400°— внизу) 0,284. Эту теплоемкость и можно рекомендовать для расчета насадок сталеплавильных печей, обладающих наивысшей средней t°. Для насадок с более низкой 1° следует брать меньшее значение (в кауперах 0,28), однако все же не ниже 0,27 в обычных случаях применения регенераторов (вмести 0,22—0,24). Обычная форма и размеры огнеупорного кирпича, уложенного на ребро по· Сименсу или Кауперу, хорошо удовлетворяют условиям теплопередачи, но предложено много патентованных форм кирпича и способов их укладки в насадках, по поводу которых необходимо сказать, что если они в том же объёме регенераторов дают меньший или же одинаковый вес насадки, как и обыкновенный кирпич, то применение их не имеет смысла, так как стоимость всякого фасон-

лого кирпича выше обыкновенного. При обычной толщине кирпича принимаемый для расчета вес дает и достаточную поверхность нагрева; она была бы недостаточна при более толстом кирпиче (80 миллиметров и более), если бы вес его считался активным.

Лит.: Т г i n k s W., Промышленные печи, гл. 4, стр.134—162, пер. с нем., Л., 1931; Ру миллиметров ель К., Расчет регенераторов, «Гипромез», М., 1931, 4, стр. "93; Heiligenstaedt W., Regeneratoren, Rekupe-ratoren, Winderhitzer, Leipzig, 1931; Seigle J., Theoretical Considerations Respecting Certain Features in the Working a. Efficiency of Reversing Regenerators, «Journal of the Iron a.Steel Institute», L., 1924,i,p. 257—312; Detrance et Sanger, Etude sur les appareils r6gdnerateurs de clialeur & inversions, «Revue de Metallurgies, P., 1931, Juin, p. 305—323. M. Павлов.