Глава 21. Устройство для осуществления теплообмена между двумя потоками газов

В последние годы в различных отраслях промышленности все большее распространение получают регенеративные теп­лообменники, особенностью которых является попеременный нагрев и охлаждение промежуточной насадки (матрицы) при периодическом перемещении ее через поток охлаждаемых га­зов и нагреваемого воздуха (либо теплообменивающиеся по­токи должны чередоваться, проходя через насадку). Насадка регенеративных теплообменников обычно выбирается исходя из метода ее периодического нагрева и охлаждения. Она может состоять из пластин (например, роторный теплообмен­ник типа «Юнгстрем»), набираться из проволочных сеток, вы­полняться в виде засыпки дисперсного материала (например, шариковая  матрица).

Основными недостатками регенеративных воздухоподогре­вателей с твердой насадкой являются:

1) сравнительно низкие значения коэффициента теплопе­редачи — последние определяются главным образом гидро­динамическим режимом работы теплообменника и ограни­чиваются допустимыми (с точки зрения гидравлического сопротивления) скоростями газового потока. В результате воздухоподогреватели получаются крупногабаритными, а их термический к. п. д.  сравнительно мал;

2) необходимость в уплотняющих устройствах с целью предотвращения перетечек газа со стороны высокого давле­ния на сторону низкого. Этот недостаток особенно трудно устраним в теплообменниках с вращающейся насадкой (на­пример, в роторных регенераторах).

Теплообменник состоит из камеры 1, разделенной газонепро­ницаемой перегородкой 2 на две зоны. В одну из зон 3 посту­пают горячие газы (зона нагрева насадки), в другую 4—на­греваемый воздух (зона охлаждения промежуточного тепло­носителя). Дном камеры служит газораспределительная решетка 5, под которую в соответствующие зоны подаются теп­лообменивающиеся газы. Камера заполнена слоем дисперсной насадки, причем размеры зон   подбираются  таким   образом,

чтобы габаритная скорость проходящих через слой.газов со­ответствовала бы оптимальной скорости псевдоожижения вы­бранного дисперсного материала. Промежуточный жидкий теплоноситель прокачивается насосом 6 по замкнутому труб­чатому контуру 7, расположенному в объеме псевдоожижен-ного слоя дисперсной насадки. Для увеличения активной поверхности теплообмена контур может быть выполнен из сребренных труб или в виде змеевика. Таким образом, в нагре­вательной зоне осуществляется подогрев горячими газами циркулирующего по замкнутому контуру промежуточного жидкого теплоносителя, а в охлаждающей зоне тепло отда­ется подогреваемому воздуху.

В предлагаемом теплообменнике использовано одно из основных преимуществ метода псевдоожиженного слоя, а именно: высокие значения коэффициента теплообмена от псев­доожиженного слоя к поверхности теплообменника (к поверх­ности труб циркуляционного контура с жидким агентом). При этом величина коэффициента теплообмена с газовой стороны циркуляционного контура получается соизмеримой со значе­нием этого коэффициента в случае обтекания капельной жидкостью и в зависимости от крупности частиц и гидродина­мической обстановки в псевдоожиженном слое может дости­гать величины 600ч-1000 ккал/м² • час • °С [2]. Использование жидкого промежуточного теплоносителя и метода передачи тепла от газового потока к трубчатой поверхности посредст­вом псевдоожиженного слоя дисперсной насадки обеспечит высокую интенсивность теплопередачи и позволит значитель­но сократить размеры аппарата.

Одна из главных задач предлагаемого метода теплообме­на состоит в правильном выборе жидкого агента, который должен иметь сравнительно высокую температуру кипения и низкую температуру замерзания. Кроме того, необходимо иметь в виду соответствие жидкого агента окружающему его металлу. Перечисленным требованиям, по-видимому, отве­чают жидкие металлы (натрий, калий) и их соединения (NaK), органические высокотемпературные теплоносители (ВОТ) и др. [1] При работе теплообменника в интервале низких температур (например, в условиях предвключенного воздухоподогревателя энергетических паровых котлов) в ка­честве промежуточного теплоносителя может быть использо­вана вода [3].

Промежуточная дисперсная насадка должна быть изго­товлена из термостойкого, мало поддающегося истиранию материала. Крупность частиц обусловливается необходимыми скоростями газовых потоков, а также условиями обеспечения наиболее интенсивной теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к поверхности   теплообмена   (к   поверхности  труб   циркуляционного контура). Высота слоя дисперсной насадки выби­рается исходя из гидравлического сопротивления камеры с учетом конструктивных соображений. Тип насоса опреде­ляется видом жидкого промежуточного теплоносителя. Так, например, для жидких металлов могут использоваться как механические, так и электромагнитные насосы. Следует отме­тить, что мощность, затрачиваемая насосом на циркуляцию' жидкого агента, соизмерима с затратами энергии на привод ротора в теплообменниках с вращающейся насадкой (напри­мер, в воздухоподогревателе типа «Юнгстрем»).