Описание и схема работы конвективного рекуператора. Расчет конвективного рекуператора для вагранки производительностью 15 т/ч

4.Описание и схема работы конвективного рекуператора

Конвективный рекуператор  предназначен для нагрева дутьевого воздуха для вагранки производительностью 15 т/ч за счет тепла отходящих газов. Рекуператор устанавливается на фундамент вне вагранки. Состоит из корпуса прямоугольной формы размером (2,8х2,7х9) м,  в который сверху подаются отходящие газы с расходом (25-30)х10³  м³/ч и температурой (600-650)^оС. Теплообменная часть представляет собой кольцевые трубы длиной 8 м, собранные в 5 коллекторов по 5 шт. в каждом. Дымовые газы омывают наружную и внутреннюю поверхность труб, по кольцевому каналу движется воздух по схеме противоток. Размер труб соответственно: 273х3 и 200х3. Диаметр коллекторов для воздуха 400 мм. Для осмотра и очистки теплообменных поверхностей служат люки на боковых стенках и съемная крыша. Корпус рекуператора утепляется минеральной ватой толщиной 60 мм. Данный рекуператор служит для нагрева воздуха до (300^о-350)^оС, который затем может непосредственно  подаваться в вагранку или (что более предпочтительно) в  радиационный встроенный в трубу вагранки рекуператор для дополнительного нагрева воздуха до (500-550)^оС. Дымовые газы из вагранки перед поступлением в рекуператор проходят через искрогаситель сухого типа и группу циклонов. Для уменьшения теплопотерь вся  трасса утепляется минеральной ватой. После  рекуператора дымовые газы с температурой ~ (300-350)^оС поступают в утилизатор (экономайзер) для подогрева воды: а затем с помощью дымососа ВМ-17 выбрасываются через дымовую трубу высотой 25 м в атмосферу. Взрывобезопасность обеспечивается двумя взрывными клапанами на входе и выходе из рекуператора. Запас мощности дымососа позволяет в случае отключения подачи воздуха в рекуператор снизить температуру газов за счет разбавления атмосферным воздухом, через дополнительный патрубок,    300 мм перекрываемый приводной дроссельной заслонкой. При повышении температуры газов на выходе из рекуператора >500^оС заслонка открывается. Дополнительный контроль температуры газов осуществляется перед дымососом. Если температура повышается более 150^оС дымосос отключается. При этом открывается клапан над искрогасителем и вагранка переходит на режим работы открытой вагранки (без дымососа).

В рекуператоре используется примерно 30% тепла, которое имеет отходящие газы, остальное количество может использоваться для подогрева воды в утилизаторе (экономайзере).

5. Расчет конвективного рекуператора для вагранки производительностью 15 т/ч.

Исходные данные ( рис. 2 ) :

1.   Скорость воздуха в трубопроводах диаметром 600 мм составляет при нормальных условиях:

Скорость воздуха в кольцевом трубступени составляет :           

где   

При температуре t= 200^оС

При 300^оС

Скорость ваграночных газов в рекуператоре при нормальных условиях:

при   650⁰С —           при 350⁰С —

При расходе 30000 м/м (8/33 м/с) соответственно:

V_ДО =2,14 м/с;    V_{Д t} = 7,2 м/с;    V_{Д t}  = 4,92 м/с;

при t_Д = 0; 650 и 350⁰С

2.  Количество тепла, которое воздух получает в рекуператоре равно:

где   с_в  —    теплоемкость воздуха при t_в, Дж/м³·К

W_в  —  расход,  м³ /с

Dt — разность температур на входе и выходе из рекуператора.

При нагреве до 200^оС

Q_в2 = 1310 · 4,2 · 200 = 1100400 Вт

При нагреве до максимальной t= 300^оС

Теплосодержание ваграночных газов на входе а рекуператор при t=600^оС

составит при расходе W_Д =6,94 м³/с:

Q_Дн = 1500 · 6,94 · 600 = 6246000 Вт соответственно при t= 650 С и W=8,33м³/c  Q_Дн увеличивается до 8121750 Вт. Расчет ведется по наименьшему количеству тепла, что увеличивает запас. В этом случае остаточное количество тепла ваграночных газов на выходе из рекуператора:

Q_Дн = Q_Дн - Q_в2 = 6246000 - 1650000 = 3596000 Вт.

Температура ваграночных газов составит на выходе

При принятой конструкции рекуператора потери тепла в окружающую среду незначительны (<3%).

3.   Схема работы рекуператора - противоток

Разности температур нагреваемого воздуха и теплоносителя соответственно:   

принимаем Dt_кон = 375⁰С

Средняя логарифмическая разность температуры соответственно:

4.   Коэффициент теплопередачи для воздуха при конвективном теплообмене (излучение при t<600 С незначительно) определяется по формуле (для турбулентного режима):

или (по рекомендациям [I])