Глава 23. Регенеративный подогрев воздуха при высоких параметрах

В последние годы в различных отраслях промышлен­ности все больше ощущается необходимость в высоко­производительных аппаратах для нагревания воздуха до вы­соких температур при значительном давлении . Сочетание высоких давлений, производитель­ности и температуры предъявляет ряд новых требований к конструкции регенеративных воздухоподогревателей.

Аппарат, предназначенный для использования при высо­ком давлении, должен иметь соответствующую геометриче­скую форму: применение обычных прямоугольных шахт здесь исключается. Высокая производительность аппаратов требует максимальной интенсификации процессов теплообмена между газообразными теплоносителями и насадкой, другими слова­ми — обеспечения высокого коэффициента теплообмена. Зна­чение последнего в весьма сильной степени зависит от степени равномерности движения как самой насадки, так и пронизы­вающих слой насадки газообразных теплоносителей. Как известно, значение коэффициента теплообмена для движу­щейся насадки (см. работы Пиоро, Нортона и др.) примерно в 10 раз меньше, чем для неподвижной, что объясняется не­равномерностью движения насадки в движущемся плотном слое. Очевидно,, что создание такой схемы движения насадки и газов, при которой неравномерность движения была бы сни­жена, значительно повысило бы коэффициент теплообмена.

Применение же перекрест­ного или многозонного варианта (как обычно делается для регенеративных теплообменников большой производитель­ности) нежелательно, ибо температура отработавших грею­щих газов при этих вариантах не может быть ниже темпера­туры нагрева воздуха, т. е. она будет недопустимо высокой и, следовательно, термический к. п. д. очень малым.

Перечисленные выше задачи решаются в установке, разра­ботанной в Институте тепло- и массообмена АН БССР. Она может быть применена для регенеративного подогрева возду­ха в химической, металлургической, стекольной промышлен­ности, энергетике и т. п. для любых условий, но в первую очередь для теплообменников большой производительности, высокого давления и высокой температуры.    .

Разрез и план установки приведены на рисунке.

Установка состоит из двух шахт: нижней 1, где насадка нагревается при контакте с высокотемпературными греющи­ми газами, и верхней 2, где нагревается воздух при контакте с горячей насадкой. Между двумя шахтами находится «бу­ферная» зона 3, благодаря которой переток газов из одной шахты в другую сводится к минимуму. Между двумя жалю-зийными решетками 4 движется насадка 5.

Отличительной особенностью данной схемы является коль­цеобразное расположение насадки (разрезына ри­сунке). В центре же цилиндрической шахты находится тру­ба 6, которая служит для пневмоподъема и возврата в систе­му (транспортирующий воздух подводится трубкой 7) насадки, поступающей в трубу 6 из кольцеобразно располо­женного вокруг нее заполненного насадкой объема 5.

В нижнюю шахту 1 поступают греющие газы по трубе 8, пронизывают насадку и удаляются из шахты по трубе 9. В верхнюю шахту 2 поступает по трубе 10холодный воздух и нагретым удаляется из шахты по трубе 11.

Кольцо насадки в обеих шахтах разделено вертикальными перегородками 12 на несколько (в данном случае на четыре) секторов:.в нижней шахте и— в верхней. Благодаря перегородкам 12 газы и воздух последова­тельно проходят отдельные сектора насадки. Ход газов в нижней шахте и воздуха в верхней показан пунктирными линиями на разрезах. Пневмотруба 6 также разделена верти­кальными перегородками на такое же количество секторов (т. е. в данном случае на четыре сектора —, со-

гласно расположенным по отношению к четырем секторам насадки. Благодаря делению кольца насадки и пневмотрубы на четыре сектора происходит независимая циркуляция на­садки четырьмя отдельными потоками. Например, в первом потоке насадка из сектораверхней шахты поступает через буферную зону 3 в секторнижней шахты, из него — в сек­торпневмотрубы 6, по которой насадка в потоке транспор­тирующего воздуха поднимается вверх и поступает в объем 13. Здесь благодаря повороту на 180° и значительному уменьше­нию скорости происходит разделение двух фаз: насадка возвращается в систему — в сектор—верхней шахты, а тран­спортирующий воздух удаляется по трубе 14. Точно так же

К,аквидно из рисунка, движение газов в нижней шахте (разрез а-а) и воздуха в верхней шахте (разрез b-b) взаимно противоположны. Благодаря этому вступающий в верхнюю шахту (сектор) холодный воздух контактирует с насадкой, поступившей из сектора с₄ нижней шахты, т. е. с насадкой, имеющей минимальную температуру, а воздух, проходящий через последний по ходу воздуха секторверхней шахты, контактирует с насадкой, поступившей из первого по ходу газов сектора а.\ нижней шахты, т. е. нагретой до максималь­ной температуры.

Таким образом, обеспечивается возможность нагревания воздуха до высокой температуры и охлаждения греющих га­зов до сравнительно низкой температуры, т. е. высокое зна­чение термического к. п. д., что недостижимо при обычном перекрестном варианте.

Особо важное значение имеет кольцеобразное расположе­ние насадки тонким слоем вокруг внутренней центральной трубы пневмоподъема насадки. Благодаря такому располо­жению насадки и организации ее рециркуляции достигается равномерное движение насадки и равномерное просасывание газов (воздуха) через насадку, т. е. то, что необходимо для получения максимального значения коэффициента теплооб­мена  (минимальных размеров теплообменника).

Кольцеобразное расположение насадки дает еще одно пре­имущество: возможность придать теплообменнику цилиндри­ческую форму и этим облегчает конструирование регенера­тивных теплообменников при высоком давлении нагреваемого воздуха.