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.

глава 4. регенеративные теплообменные аппараты - student2.ru

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.

глава 4. регенеративные теплообменные аппараты - student2.ru

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

глава 4. регенеративные теплообменные аппараты - student2.ru глава 4. регенеративные теплообменные аппараты - student2.ru

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:

глава 4. регенеративные теплообменные аппараты - student2.ru (5.1)

где kv - 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.

Наши рекомендации