Характеристики регенераторов. Схема работы регенеративной системы отопления печей

Регенератор металлургической печи представляет собой камеру, заполненную многорядной решеткой (насадкой) из огнеупорного кирпича, чаще всего динасового и шамотного, или из других штучных изделий.

В работе регенератора различают два рабочих периода времени – t₁ и t₂. В течение периода t₁ через регенератор проходит горячий теплоноситель – дым, который нагревает кирпичную насадку. Это дымовой период или период нагрева насадки. В течение периода t₂ через регенератор пропускают холодный теплоноситель – воздух или газообразное топливо. Это период дутья или период охлаждения насадки. Насадка отдает ранее аккумулированную теплоту нагреваемому воздуху или газу, т.е. выполняет роль посредника в теплообмене между дымом и воздухом (газом).

Печь потребляет топливо и воздух непрерывно, поэтому она должна иметь как минимум два регенератора для нагрева воздуха и два – для нагрева топлива, если есть необходимость в нагретом топливе. Такая необходимость возникает при отоплении печи низкокалорийным газом, чтобы обеспечить достаточную температуру горения.

При наличии на печи одной пары регенераторов продолжительность периодов нагрева и охлаждения насадки одинакова t₁ = t₂. По два воздушных регенератора имеют мартеновские и нагревательные печи. Регенеративные нагревательные колодцы, работающие на доменном газе, имеют два воздушных и два газовых регенератора. В доменных воздухонагревателях длительность дымового и воздушного периодов разная, поэтому доменные печи оборудованы тремя или четырьмя регенераторами (кауперами). Если число регенераторов "n" больше двух, то , где Dt – длительность операции переключения с дымового периода на воздушный и наоборот. Эту операцию на производстве называют "перекидка клапанов".

Движение газов в регенераторах противоточное, греющий и нагреваемый газы проходят по одним и тем же каналам насадки, но в разные периоды времени и в противоположном направлении.

Таким образом, регенератор, в отличие от рекуператора, – это теплообменник нестационарного режима работы, в котором теплота передается от дымовых газов к воздуху либо топливу с помощью периодического нагрева и охлаждения огнеупорной насадки.

Преимущество регенераторов состоит в возможности работы в условиях более высоких температур, при сохранении герметичности даже при высоком давлении теплоносителей. В доменных воздухонагревателях и в мартеновских печах температура дыма на входе в насадку = 1400-1600 °С, она ограничивается свойствами керамической насадки: огнеупорностью, термостойкостью, шлакоустойчивостью. Температура нагрева воздуха достигает значений = 1300-1400 °С.

Недостатком регенераторов является необходимость перекидки клапанов и колебание температуры нагретого воздуха (топлива). Температурное поле регенератора представлено на рисунке 7.1. При постоянной температуре дыма и воздуха на входе в насадку температуры и изменяются во времени. В начале дымового периода охлажденная ранее насадка поглощает большее количество теплоты, чем в конце периода, когда разность температур дыма и насадки становится меньше. Поэтому на рисунке 6.1 температура дыма на выходе из насадки в начале дымового периода меньше, чем в конце этого периода.

Температура нагрева воздуха выше в начале воздушного периода, когда насадка имеет наиболее высокую температуру, т.е. .

Чтобы не допускать значительного колебания температуры нагрева воздуха или топлива, перекидку клапанов делают через несколько минут. Уменьшение длительности периодов t₁ и t₂ полезно с точки зрения уменьшения объема насадки. Недостатком является снижение срока службы механических перекидных устройств.

– температура дыма и воздуха на входе в регенератор; ‑ температура дыма на выходе из регенератора в начале и в конце дымового периода; – температура нагрева воздуха в начале и в конце воздушного периода; – температура насадки.

Заштрихована область изменения в течение цикла «нагрев – охлаждение»

Рисунок 7.1 – Температурное поле регенератора