Глава 20. Регенеративный подогрев воздуха с применением промежуточного дисперсного теплоносителя

Применяемые для высокотемпературного подогрева возду­ха в металлургической и других отраслях промышленности кирпичные регенераторы обладают рядом недостатков, в част­ности значительными колебаниями температуры подогрева и громоздкостью. Имеют большие недостатки и применяемые для этой цели керамические рекуператоры.

Некоторые исследователи предложили подогрев воздуха с применением в качестве промежуточного теплоносителя ди­сперсной насадки, циркулирующей плотным слоем в замкну­той системе, состоящей из двух шахт: в первой — нагревается горячими газами насадка, во второй — насадка отдает полу­ченное в первой шахте тепло просасываемому через нее воз­духу. Такой метод нагрева воздуха был предложен 3. Ф. Чуха-новым. В этой схеме газы и воздух по отношению к насадке движутся по противотоку, в результате чего может быть по­лучен высокий термический к. п. д.   установки.

Однако такая схема может быть конструктивно осущест­влена лишь для установок малой производительности. Для установок большой производительности (50—100 тыс. кг воз­духа в час) применение противотока практически невоз­можно.

Были сделаны предложения по применению в регенератив­ных теплообменниках перекрестного варианта, который кон­структивно легко осуществляется, но обладает чрезвычайно большим недостатком — низким термическим к. п. д.: темпе­ратура отходящих газов при применении этого варианта выше температуры нагрева воздуха. Следовательно, при необходи­мости нагрева воздуха до высокой температуры температура отработавших газов получается также чрезмерно высокой, а это требует такого количества газов, что делает установку экономически невыгодной. Поэтому целесообразнее применять установки, где можно было бы комбинировать противоток с перекрестным током.

Дисперсная насадка, циркулирующая в системе по замкну­тому циклу, движется не общей массой, а независимыми друг от друга отдельными вертикальными слоями или полосами. Греющие газы, проходя через эти слои последовательно, на­гревают отдельные полосы насадки, в результате чего полу­чается ступенчатое распределение температур в слоях — слои, первыми вступающие в контакт с газами, нагреваются, разу­меется, до более высоких температур, чем последующие. Воз­дух во второй шахте движется противоположно движению газов в первой шахте: от слоя с минимальной к слою с макси­мальной температурой. В результате процесс приближается к противоточному. Это дает возможность нагреть воздух до высокой температуры при низкой температуре отходящих га­зов, т. е. при высоком термическом к. п. д. установки.

Представленная на рисунке схема воздухоподогревателя со­стоит из двух параллельных установок, каждая из которых содержит шахту нагрева насадки 1 и шахту нагрева воздуха 2, разделенных буферной зоной 3. Выпуск насадки из шахты / производится несколькими парами течек 4 — по числу полос или зон (в схеме принято четыре зоны). Возврат насадки в систему (в шахту 2) производится четырьмя парами пневмо-труб 5. Движущиеся в обеих шахтах отдельные полосы на­садки 6, 7, 8, 9 находятся в совершенно разных температур­ных условиях (число полос или зон может быть и отличным от четырех).

Примерный расчет такой установки для нагрева до 1000 ^СС воздуха за счет тепла греющих газов, имеющих тем­пературу 1500 °С, показал, что средняя температура насадки по всему объему в зоне 6 равна 1140 °С, в зоне 7—860, в зоне 8—580, в зоне 9—300 °С. (Здесь принята нумерация зон по ходу греющих газов в шахте 1). В шахте нагрева 2 воздух движется также горизонтально (т. е. перекрестно вер­тикальному движению насадки), но противоположно направ­лению движения газов в шахте 1: воздух входит в низкотемпе­ратурную зону 9, последовательно проходит зоны 8, 7 и 6 и выходит из зоны 6, в которой температура насадки макси­мальна—средняя температура по всему объему равна 1140°С.

Различная температура насадки в отдельных зонах вслед­ствие раздельной циркуляции насадки в каждой из них в со­четании с взаимно противоположным движением газов и воздуха в шахтах / и 2 создает возможность нагревания воздуха до 1000 °С при температуре отходящих газов JUU С, т. е. процесс приближается к условиям противотока. В пневмо-трубу 5 вентиляторами 10 подается воздух.

В потоке воздуха насадка поднимается по пневмотрубам и поступает в шахту 2 через распределители насадки 11. Воздух, служащий для подъема насадки, нагреваясь в результате контакта с горячей насадкой в пневмотрубах 5 до высокой температуры при­соединяется по трубе 12 к основному потоку воздуха, который нагревается до необходимой температуры в шахте 2. Горячие газы вводятся в шахту 1 по трубе 13 через жалюзи 14 а отра­ботавшие газы выводятся из нее по трубе 15.Холодный воздух вводится в шахту 2 трубой 16 и выводится из нее нагреть™ по трубе 17. Как видно из схемы, газы в шахту / и воздух в шахту 2 поступают во взаимно противоположных направле­ниях.    Примерно   80%   воздуха   направляется   в   шахту   г,

Буферная зона 3 сводит к допустимой минимальной вели­чине переток воздуха, обусловленный разностью давлении, из шахты 2 в шахту 1. В буферной зоне благодаря перегород­кам установленным на малом расстоянии друг от друга обра­зуется несколько узких продольных (по всей ширине буфер­ной зоны) щелей 18, по которым насадка переходит из шах­ты 2 в шахту 1. В то же время суммарное сечение перегочных щелей настолько незначительно, что даже при большой раз­ности давлений в обеих шахтах переток воздуха ничтожен Данная установка предназначена для работы при невысо­ких давлениях газообразных теплоносителей.

присущ один из основных недостатков — низкий коэффициент теплопередачи из-за значительного термического сопротивле­ния при передаче тепла от теплообменивающихся газов к на­ружной поверхности трубок. Отсюда низкая интенсивность работы и значительные габариты теплообменника.

Нами предлагается высокоинтенсивный регенеративный воздухоподогреватель с псевдоожиженной дисперсной насад­кой   и  жидким   промежуточным   теплоносителем   (см.   рис.).