Глава 4. Регенеративные теплообменные аппараты

Особенностью регенеративных ТА является то, что теплота в них передается от греющего теплоносителя к нагреваемому с помощью насадки, с которой попеременно контактирует каждый из теплоносителей. Регенеративные ТА подразделяют на непрерывного и периодического действия (рис. 4.1).

В аппаратах непрерывного действия насадка выполняется подвижной в виде вращающегося пакета, набранного из штампованных листов, металлических стержней, шаровой засыпки или подвижного слоя сыпучего материала, вращение насадки или перемещение слоя сыпучего материала происходит в корпусе аппарата, который разделен на камеры для прохождения греющего и нагреваемого теплоносителей.

В периодическом тепловом режиме работает только подвижная насадка. Она нагревается сначала в камере для прохода греющего теплоносителя и затем охлаждается в камере для нагреваемой среды.

Рисунок 4.1 - Схемы работы регенеративных теплообменников

 

На тепловых электрических станциях нашли применение регенераторы с вращающимся ротором. Насадка набирается из штампованных гофрированных листов толщиной 0,6-1,2 мм. Ротор состоит из 24 секторов, через 13 секторов проходят дымовые газы, через 9 - нагреваемый воздух, а 2 сектора перекрываются уплотнительными плитами, препятствующими перетечкам и перемешиванию теплоносителей. Площадь поверхности теплообмена в 1 м насадки достигает 400-500 м, скорость газов 7-8 м/с, скорость воздуха 7-9 м/с, частота вращения ротора 2 об/мин, воздух нагревается до 300-350 ^оС. Большие размеры поверхности, контактирующей с дымовыми газами, позволяют поддерживать температуру поверхности насадки на более высоком уровне, чем в пластинчатых и гладкотрубных рекуперативных воздухоподогревателях.

Регенеративные теплообменники с насыпным подвижным слоем применяются в магнито-гидродинамических генераторах и промышленных печах. При использовании в качестве насадки чугунной дроби диаметром 3-5 мм толщина слоя насадки в направлении потока теплоносителей составляет 30-50 мм, скорость движения дроби 0,05-0,08 м/с. Площадь поверхности теплообмена в 1 м³ насадки ~ 500 м². Воздух нагревается до 300-320 ^оС.

Регенеративные теплообменники с неподвижной насадкой применяют для нагрева дутьевого воздуха до 800÷1200 ^оС и газа, используемого в качестве топлива в доменных, мартеновских, стекловаренных и нагревательных печах до 400÷600 ^оС, в установках разделения воздуха при -150 ^оС и ниже.

В наиболее неблагоприятных условиях при эксплуатации регенеративного воздухоподогревателя (РВП) находятся уплотнения. Из-за значительной разности температур на горячей и холодной сторонах ротора, последний приобретает грибообразную форму. Помимо прогиба ротора РВП, по истечении некоторого времени работы РВП появляется биение фланцев ротора как в осевом, так и в радиальном направлениях.

При работе котлов на твердом и жидком топливах пакеты РВП сильно забиваются золой.

При эксплуатации котла на сернистом мазуте РВП работают в более неблагоприятных условиях, так как золовые отложения являются слипающимися.

ГЛАВА 5. СМЕСИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Общие сведения

В промышленности нашли широкое применение смесительные теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен между теплоносителями происходит непосредственно, без теплопроводной стенки между ними. Для осушения или увлажнения воздуха в установках кондиционирования применяются кондиционеры; очистка воздуха или газа от пыли, золы, смолы путем промывки их водой осуществляется в скрубберах; нагрев жидкости за счет тепла воздуха, газа или пара осуществляется в смесительных подогревателях или конденсаторах; охлаждение больших количеств циркуляционной воды от конденсаторов паровых турбин электрических станций осуществляется в градирнях и т. д.

По конструктивным признакам различают следующие типы теплообменников смешения:

1. Полые или безнасадочные колонны или камеры (рис. 5.1 а), в которых жидкость распиливается форсунками в газовую среду.

2. Насадочные колонны (рис. 5.1 в), в которых соприкосновение газа с жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки (кольца Рашига, куски кокса, деревянные доски, рейки и другие устройства).

3. Каскадные аппараты, имеющие внутри горизонтальные либо наклонные полки или перегородки, благодаря которым жидкость постепенно перетекает с полки на полку, как это показано на рис. 5.1 б.

4. Струйные смесительные аппараты, в которых происходит нагревание воды эжектируемым или эжектирующим паром (рис. 5.1 г).

5. Пленочные смешивающие подогреватели (рис. 5.1 д). Нагревание воды водяным паром в них происходит почти до температуры насыщения пара. Пенные аппараты получили применение для улавливания из газов плохо смачиваемой (гидрофобной) пыли. Принципиальная схема пенных аппаратов приведена на рис. 5.2.

Рисунок 5.1 - Типы смесительных теплообменников

а - безнасадочный форсуночный; б - каскадный; в - насадочный; г- струйный;
д - пленочный с насадкой из цилиндров; 1 - форсунки; 2 - трубы, распределяющие воду; 3 - каскады; 4 - насадка; 5 и 6 - сопла первой и второй ступеней струйного смесителя; 7 - насос; 8 и 9 - вентиляторы; 10 - электродвигатель;
11 - концентрические цилиндры; 12 - иллюминаторы-сепараторы влаги;
13 - подогреватель воздуха

Рисунок 7.2 - Схемы пенных аппаратов

а - однополочного; б - трехполочного; 1 - корпус; 2 - решетки; 3 - гидравлический затвор; 4 - порог

Теплообмен в аппаратах контактного или смешивающего типа связан с массообменом и изучен еще недостаточно. Анализ этих процессов на i-d-диаграмме показывает, что во всех случаях процессы тепло- и массообмена подчиняются следующему правилу. Если парциальное давление паров жидкости в газе больше, чем давление паров над внешней поверхностью капелек жидкости, то происходит осушение газа, если же давления пара находятся в обратном соотношении, то имеет место увлажнение газа.

Вследствие трудности определения поверхности теплообмена таких аппаратов в некоторых случаях расчет их проводят по объемному коэффициенту теплопередачи. При этом уравнение теплопередачи принимает вид:

(5.1)

где k_v - объемный коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м³ активного объема аппарата, Вт/(м³-°С); V - полезный или активный объем смесительной камеры, м³; ∆t - средняя разность температур теплоносителей, °С.