Регенераторы

5.1. Определения.

Регенераторы – теплообменники, в которых передача теплоты осуществляется за два цикла:

1) Цикл нагрева.

За время цикла материал насадки нагревается и аккумулирует тепло.

2) Цикл охлаждения.

За время цикла аккумулированное насадкой тепло отдается нагреваемому теплоносителю.

5.2. область применения:

1) При производстве чугуна для подогрева воздушного дутья, подаваемого в домовую печь.

2) В теплоэнергетике для подогрева воздуха, идущего на горение в котел.

3) В газотурбинных установках для подогрева воздуха с целью повышения коэффициента полезного действия.

4) В химической промышленности для обмена теплотой между различными химическими продуктами.

5.3. виды насадок регенераторов:

1) насадка Каупера – колодец выложенный из огнеупорных блоков, размером 50 – 60 мм, образующих __________ вертикальные каналы. Горизонтальная поверхность блоков в теплообмене не участвует. Обладает большой прочностью.

2) Насадка Сименса – тоже система вертикальных каналов из огнеупорных кирпичей, но с отверстиями в боковых стенках, которые увеличивают поверхность теплообмена. Обладают меньшей прочностью и большим коэффициентом теплоотдачи из-за турбулизации потока.

3) БНИ–12–2 - блочная насадка из высокотемпературной керамики с круглыми отверстиями диаметром 41 мм.

4) Гофрированные стальные листы.

5) Тонкая алюминиевая лента (в установках разделения воздуха).

6) Керамические тары.

5.4. конструкции регенераторов.

1) Воздухоподогреватель доменной печи

1. Цилиндрический корпус (Ø=10 м, h=60 м).

2,3 – Горелки для сжигания разного вида топлива (природный газ, коксовый газ, доменный газ).

4 – Воздуховод горячего воздуха, и камера сгорания.

5 – Воздуховод холодного воздуха.

6 – Отвод дымовых газов.

7,8 – Клапана.

а, б, в, г – насадки регенератора, выполненные из огнеупорных материалов различной огнеупорности.

Max t-ра:

а – дипасовый кирпич – 1900 ⁰С

г – шамотный кирпич – 1400-1500 ⁰С

Основные параметры: р_изб = 6 атм

Расход дутья 2,4 м³/мин на 1м³ объема печи

Температура подогрева воздуха 1250 – 1400

При снижении температуры горячего воздуха более чем на 150 воздухоподогреватель включают на разогрев, а горячий воздух для печи берут из соседнего подогревателя, который перед этим разогревался. Обычно ставят 4 – 5 подогревателей возле 1 печи.

Недостатки:

- усложнение эксплуатации, связанное с переключением регенераторов

- громоздкие

2) Вращающийся регенератор Юнгстрема (Швеция, 1923 г.)

1 – Корпус

2 – Вращающаяся насадка регенератора из гофрированных листов, имеющих продольные каналы для прохода газа

3 – Перегородки (нижняя, верхняя) для разделения теплоносителя.

4,5,6,7 – Патрубки для входа и выхода теплоносителя.

8 – Электропривод, обеспечивает вращение насадки со скоростью 3-6 м/с.

Применяется в котельных для использования тепла уходящих газов.

Недостаток: смешивание воздуха и газов

3) Регенеративный подогреватель вентилятор – дымосос.

1 – полая, оребренная лопатка

2 – вода

3 – корпус

4 – перегородка, разделяющая теплоносители

5 – эл.. привод

Вращающиеся лопатки работают по принципу тепловой трубы.

4) Регенеративный подогреватель для газотурбинных установок.

1 – кольцевая насадка из стальной проволоки

2 – цилиндрический корпус

3 – эл. Привод

I – газ, II – воздух.

Температура подогрева до 600 ⁰С, давление до 1,2 МПа

5) Регенеративный теплообменник с подвижной зернистой насадкой.

1. насадка, керамические шарики одинакового размера

(диаметр 1 5 мм)

2. корпус горячей части теплообменного аппарата

3. жалюзи, не пропускающие частицы с потоком теплоносителя

4. корпус холодной части теплообменного аппарата

5. эжектор (струйный насос)

6. компрессор

7. пневмопривод для транспортировки частиц в воздушном потоке

8. циклон для отделения твердых частиц от воздуха

Применяется в химической промышленности для нагрева воздуха, газов, паров органических жидкостей до 1500 и выше.

Поверхность теплообмена в расчете на единицу массы определяется диаметром частиц (1 м³ на 1000… м² поверхности).

Основное достоинство теплообменников 2,3,4 – температуры и расход постоянны во времени.

Основные недостатки 2,3,4 теплообменников - смешение теплоносителей, протекающих через уплотнительные зазоры.

Для устранения перетечек:

· Устанавливают по возможности равные давления теплоноситей

· Обеспечиваюь повышенное давление того теплоносителя, подмес в который нежелателен

·?

5.5. особенности теплообмена в регенераторах.

1. идеальный регенератор – регенератор, насадка которого выполнена из материала с λ стремящимся к бесконечности.

2. реальный регенератор – материал насадки λ = const.

3. изменение температуры во времени по толщине насадки идеального регенератора.

Условия: имеется насадка бесконечной длины

С двух сторон омывается потоком

Условия теплообмена симметричны относительно оси насадки, т.е. температурное поле внутри насадки симметрично относительно этой же оси. Следовательно, можно рассматривать только половину толщины насадки.

Температурное поле внутри насадки:

Нагрев:

Охлаждение:

4.Изменение температуры во времени по толщине насадки реального рекуператора.

Нагрев:

Охлаждение:

Повторный нагрев:

5. Среднеобъемная температура насадки идеального и реального регенеративных теплообменников:

1) в идеальном регенераторе в любой момент времени среднеобъемная температура равна температуре на поверхности.

2) в реальном регенераторе среднеобъемная температура в насадке всегда меньше температуры на поверхности, т.к. температура внутренних слоев насадки всегда меньше температуры поверхности.

Из 1) и 2) следует, что количество теплоты, аккумулированной идеальной насадкой больше

Отличие температуры на поверхности от среднеобъемной температуры для реального регенератора, как в период нагрева, так и в период охлаждения снижает эффективный температурный напор и, следовательно, уменьшает тепловую мощность регенератора.

6. Коэффициент аккумуляции теплоты – η_а.

Коэффициент аккумуляции равен отношению количества теплоты, воспринятой реальной насадки регенеративного теплообменника, к теплоте, аккумулированной идеальной насадкой при одних и тех же внешних условиях (одинаковые температуры теплоносителей, коэффициенты теплоотдачи, время нагрева).

Для кирпичных регенераторов

Для металлических насадок

Исследования показали, что зависит от критерия Фурье:

- коэффициент температуропроводности,

	0,2		5,0
	0,18	0,42	0,9

7. Тепловой расчет регенеративного теплообменника.

Задача: определить суммарную поверхность и массу насадки реального регенератора, при условиях:

Материал насадки –

Толщина –

	Нагревание	Охлаждение
Средняя температура теплоносителей
Средняя температура насадки на поверхности
Время процесса

Тепловые потери в окружающую среду отсутствуют.

Количество теплоты, которое передается за полный цикл - .

Примечание: Средняя температура на поверхности насадки за период охлаждения и период нагрева не одинакова( ).

Допущения:

1. теплофизические параметры материала насадки не зависят от температуры.

2. коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ в течение периодов нагрева и охлаждения не меняются.

1) определяем количество теплоты, которое передается насадке

, т.к. F – поверхность с одной стороны насадки.

2) тепло, аккумулированное насадкой (?) с повышением температуры поверхности насадки на

, где

Отличие реальной насадки от идеальной (температура на поверхности насадки и внутри нее не одинакова) учтено коэффициентом η_а.

Особенности конструкции насадки учитывает эмпирический коэффициент φ = 2,2 – 3,5.

3) в период охлаждения тепло, аккумулированное насадкой, передается нагреваемому теплоносителю.

Перепишем полученные уравнения:

+

Уравнение в виде Ньютона – Рихмана:

Поскольку,

Дата добавления: 2014-12-16