ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК ДЛЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ ГОРЕЛКИ

Современные регенеративные горелки нагревательных и термических печей имеют достаточно большие размеры и малое время  перекидки, что связано с низкой теплоемкостью огнеупорных материалов, применяемых для изготовления насадки. Большие габариты регенеративных горелок затрудняют их применение на нагревательных и термических печах, а малое время перекидок приводит к снижению  срока эксплуатации перекидных клапанов. Существенно уменьшить размеры насадки и увеличить при этом время перекидки позволяет  использование скрытой теплоты плавления металлов, которая на порядок выше теплоемкости керамики, из которой изготавливают насадку в современных рекуперативных горелках. В предлагаемом техническом решении рекомендуется использовать тонкостенные емкости,  в  которые помещаются металлы с различной теплотой плавления. Из таких емкостей набираются блоки, в которых температура плавления  металла, заполняющего емкости, одинакова, а в соседних блоках отличается примерно на 100 °С. Как известно, при плавлении металлов  их температура остается постоянной, поскольку вся подводимая к металлу теплота расходуется на плавление. Это позволяет поддерживать  постоянную температуру секции, удерживая ее равной температуре плавления металла в данной секции, снимая с ее поверхности нагреваемым воздухом теплоту или отдавая поверхности теплоту продуктов сгорания, выделяющуюся при кристаллизации или поглощаемую  при плавлении металлического ядра. Расчет времени перекидки и массы металла в одной секции, основанный на совместном решении  уравнений теплового баланса и теплообмена между нагреваемым воздухом и поверхностью емкостей, позволяет определить габаритные  размеры каждой секции, заполненной плавящимся или кристаллизующимся металлом и ее теплообменную поверхность. В данной работе  приведен расчет массы плавкого ядра, размеров секции и времени перекидки регенеративного блока, состоящего из десяти секций с плавким ядром. Расчет обосновывает возможность снижения габаритов регенеративной насадки для горелки мощностью 200 кВт и увеличение  времени перекидки, причем температура подогрева воздуха остается постоянной. Кроме того, в работе предложена конструкция секции и  теплообменного блока, которые позволяют решить задачу уменьшения размеров регенеративного блока и увеличения времени перекидки  по сравнению с существующими регенераторами, используемыми для нагрева воздуха в регенеративных горелках. Предлагаемая конструкция может быть использована для создания регенеративных горелок нового класса, обладающих высокой эффективностью, высокой  температурой подогрева воздуха и значительным временем перекидки.

 регенератор,  теплообменный аппарат,  утилизация теплоты,  регенеративная горелка,  плавкое ядро,  плавкая насадка,  скрытая  теплота плавления

1. Бирюков А.Б. Современные аспекты использования регенеративных горелок для отопления пламенных печей // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2015. № 11. С. 31 – 36.

2. Contarin F., Barcellos W.M., Saveliev A.V., Kennedy L.A. Energy extraction from a porous media reciprocal flow burner with embedded heat exchangers // Journal of Heat Transfer. 2005. Vol. 127. No. 2. P. 123 – 130.

3. Contarin F., Barcellos W.M., Saveliev A.V., Kennedy L.A A porous media reciprocal flow burner with embedded heat exchangers // Proceedings of the 2003 ASME Summer Heat Transfer Conference, Las Vegas, Nevada, USA, July 21–23, 2003. Vol. 2. P. 35 – 42.

4. Chatys R. Bloom reheating with regenerative burners // Steel Times. 2000. Vol. 228. No. 2. P. 65.

5. Orman L.J. NKK’s low NOx energy regenerative burner // Steel Times. 2000. Vol. 228. No. 2. P. 62.

6. Malcho M. Evaluating low NOx burners // Steel Times. 2000. Vol. 228. No. 2. P. 64 – 65.

7. Rafidi N., Blasiak W. Heat transfer characteristics of hitac heating furnace using regenerative burners // Applied Thermal Engineering. 2006. Vol. 26. No. 16. P. 2027 – 2034.

8. Nellis G.F., Klein S.A. Regenerative heat exchangers with significant entrained fluid heat capacity // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2006. Vol. 49. No. 1 – 2. P. 329 – 340.

9. Saastamoinen J.J. Heat transfer in crossflow regenerators // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1999. Vol. 42. No.17. P. 3205 – 3216.

10. Erk H.F., Dudukovic M.P. Phase-change heat regenerators: modeling and experimental studies //Aiche Journal.1996. Vol. 42. No. 3. P. 791 – 808.

11. Mitrovic J., Stephan K. Mean fluid temperatures in direct contact heat exchangers without phase change // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1996. Vol. 39. No. 13. P. 2745 – 2750.

12. Chatys R., Orman L.J., Malcho M. Heat transfer enhancement in phase-change heat exchangers // Aviation. 2014. Vol. 18. No. 1. P. 40 – 43.

13. Radchenko N. A concept of the design and operation of heat exchangers with change of phase // Archives of Thermodynamics. 2004. Vol. 25. No. 4. P. 3 – 18.

14. А.с. 366 791 СССР. Гордон Я.М., Швыдкий В.С., Советкин В.Л., Ярошенко Ю.Г. Регенеративный теплообменник // Бюл. изобретений. 1988. № 2.

15. Теплотехнические расчеты металлургических печей: Учеб. пособие для студентов вузов. – 2-е изд. / Б.Ф. Зобнин, М.Д. Казяев, Б.И. Китаев и др. – М.: Металлургия, 1982. – 360 с.

16. Расчеты нагревательных печей / Э.М. Гольдфарб, А.Ф. Кравцов, И.И. Радченко и др. / Под ред. Н.Ю. Тайца. – Киев: Госуд. изд-во технической литературы УССР, 1958. – 420 с.

17. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Справочник / Под ред. Б.Е. Неймарк. – М.– Л.: Энергия, 1967. – 240 с.

18. Тимошпольский В.И. Теплотехнические основы металлургических процессов и агрегатов высшего технического уровня. – М.: Наука и техника, 1995. – 296 с.

19. Тимофеев В.Н., Карасина Э.С. Излучение газов (номограммы) // Изд. ВТИ. 1948. № 9, 10.

20. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М. – Л.: Госуд. энергетическое изд-во, 1960. – 465 с.