18.2. Расчет керамических рекуператоров

Керамические рекуператоры применяют для нагрева воздуха до высоких температур (500—900 °С). Достоинствами керамических рекуператоров являются длительный срок службы и сравнительно низкие потери давления по пути движения воздуха и продуктов сгорания. Основным недостатком керамических рекуператоров является их неплотность. По этой причине их не применяют для нагрева газа. Получили распространение два типа керамических рекуператоров: из блоков и с вертикальными трубами.
Конструкция рекуператора из блоков и размеры насадки в зависимости от варианта исполнения приведены на рис. 18.2, а фасонные огнеупорные кирпичи из шамота, приме­няемые для кладки насадок, показаны на рис. 18.3. Основные данные этих рекуператоров следующие:

Проходное сечение для воздуха равно 0,013 м2 в кирпиче Б-1 и 0,006 м2 в кирпиче Б-2.
Конструкция насадки керамического ре­куператора с вертикальными трубами пока­зана на рис. 18.4, а фасонные огнеупорные кирпичи для выполнения насадки — на рис. 18.5. Трубы Т-1 изготавливают из шамота класса А, а Т-2 — из карбошамота. Трубы Т-2 обычно устанавливают в первом или первых двух верхних рядах насадки, которые подвержены действию высоких температур, а также в последнем или последних двух нижних рядах, которые работают в условиях большой разности температур продуктов сгорания и холодного воздуха.
Керамические рекуператоры с вертикальными трубами являются многооборотными по пути движения воздуха. Переход воздуха из одного оборота в другой может быть организован за пределами или в пределах насадки. В последнем случае на определенных участках перегородок между рядами не укладывают кирпичи Т-6.
Возможные схемы расположения труб в насадке и ее характеристика при использовании кирпичей, изображенных на рис. 18.5, приведены на рис. 18.6.
Проходное сечение для продуктов сгорания в одном кирпиче Т-1 или Т-2 равно 0,011 м², а на 1 м² сечения насадки 0,231 м².
Проходное сечение для воздуха через проем в перекрытии, не заложенный одним кирпичом Т-6, равно 0,008 м², а на 1 м² перекрытия 0,168 м².

Рис. 18.2. Насадка керамического рекуператора из блоков; L — ширина насадки равна
274+264 × (число дымовых каналов минус 1) или [ширина насадки равна 344+340 × (число дымовых каналов минус 1)]

Поверхность нагрева на 1 м3 насадки 8,5 м²/м³.
Расчет керамических рекуператоров производят, используя графики рис. 18.1.
При расчете количества воздуха и продуктов сгорания необходимо учитывать не­плотности рекуператора и переток воздуха на дымовую сторону.
Количество воздуха на входе в рекуператор, м³/ч,
V´_в = V´´_в (1+n). (18.15)
Коэффициент расхода воздуха в продук­тах сгорания на выходе из рекуператора
α" = α'(1+n). (18.16)
Количество продуктов сгорания на выхо­де из рекуператора. м3/ч,
V´´_д = V´_д + n, (18.17)
где V´´_в — количество воздуха, которое должно быть подано в печь, м³/ч; V´_д —количество продуктов сгорания перед рекуператором, м³/ч; п — количество воздуха, перетекающего в продукты сгорания, в долях от количества воздуха, подаваемого в печь.
Величина n для рекуператора из блоков равна 0,25, для рекуператора с вертикальными трубами при подаче воздуха вентилятором 0,35, при отсосе воздуха дымососом или инжектором 0,10. Скорости воздуха и продуктов сго­рания на входе и выходе из рекуператора определяют с учетом перетока воздуха в продукты сгорания.
Относительную поверхность нагрева (18.5) или относительный объем насадки рекупера­тора (18.6), а также величину т (18.7), рассчитывают по условному количеству воздуха в рекуператоре, м³/ч:
V_в = V´´_в (1+n (t´´_д -t´_в)/(t´´_в -t´_в)) (18.18)

Рис. 18.3. Форма и размеры кирпичей для керамического рекуператора из блоков:

Рис. 18.4. Насадка керамического рекуператора с вертикальными трубами

Переток воздуха в продукты сгорания увеличивает коэффициент расхода воздуха в них на величинуnα, где α — коэффициент расхода воздуха, на выходе из рекуператора.
Скорости (приведенные к 0°С и 101,3 кПа) продуктов сгорания в насадке принимают 1— 2 м/с при естественной тяге через дымовую трубу, 2—5 м/с при удалении продуктов сгорания дымососом. Скорость воздуха в рекуператоре при нагнетании его вентилятором или отсосе инжекционными горелками 1,5—2 м/с.
Ориентировочная зависимость коэффициента теплопередачи в керамических рекуператорах от скорости движения воздуха приведена на рис. 18.7.
Методика расчета керамического рекуператора иллюстрирована следующими примерами.

Пример1. Определить температуру подогрева воздуха в рекуператоре из блоков с применением кирпичей Б-3 и Б-5 (см. рис. 18.2 и 18.3). Размеры и схема рекуператора, а также количества и температуры сред приведены в табл. 18.1.
В рекуператор поступают продукты сгорания доменного газа с Q_H^P =3,72 МДж/м3 при α=1,1. Утечка воздуха в рекуператоре n=0,25. Коэффициент полезного действия рекуператоров η = 0,9.
Расчет сводим в табл. 18.2.
Гидравлический расчет рекуператора приведен в табл. 18.1.

Пример2. Определить размеры рекуператора с вертикальными трубами (см. рис. 18.4). Количество и температуры сред указаны в табл. 18.4. В рекуператор поступают продукты сго­рания смеси коксового и доменного газов с Q_H^P = 5,85 МДж/м3 при α'=1,1. Утечка воздуха в рекуператоре n=0,15. Коэффициент полезного действия рекуператора η=0,9. Расчет сводим в табл. 18.3. Гидравлический расчет рекуператора приведен в табл. 18.4.

Рис. 18.5. Форма и размеры кирпичей для керамического рекуператора с вертикальными трубами

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

* Давление в начале участка, равное нулю, принято условно. В расчете всей трассы продуктов сгорания в этой графе следует указывать сопротивление всех предыдущих участков трассы.

Рис. 18.6. Схемы расположения труб в насадке рекуператора с вертикальными трубами

Примечания: 1. т и п — число труб в соответствующем направлении. 2. Величина сече­ния для прохода воздуха указана при подаче воздуха со стороны насадки, равной В.

ТАБЛИЦА 18.1 КЕРАМИЧЕСКОГО РЕКУПЕРАТОРА ИЗ БЛОКОВ

ТАБЛИЦА 18.2. РАСЧЕТ КЕРАМИЧЕСКОГО РЕКУПЕРАТОРА ИЗ БЛОКОВ

Продолжение табл. 18.2

Продолжение табл. 18.2

Продолжение табл. 18.2

ТАБЛИЦА 18.3. РАСЧЕТ КЕРАМИЧЕСКОГО РЕКУПЕРАТОРА С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ТРУБАМИ

Продолжение табл. 18.3

Продолжение табл. 18.3

Продолжение табл. 18.3

Продолжение табл. 18.3