Разработка теплообменного блока для регенеративной горелки

Abstract

Modern regenerative burners for heating and thermal furnaces have rather larger sizes and small heat exchange period time that is connected with a low thermal capacity of the refractory materials applied to production of a nozzle. Considerable decrease in the sizes of nozzle and increase in heat exchange period time can be reached by using of the hidden warmth of metals melting, which can be placed in the closed thin-walled reservoirs. In addition, the paper proposed a design section and a heat exchange unit that enable to solve the problem of reducing the size of the regenerative unit and increase the time of the swap, compared to existing regenerators are used for heating air in regenerative burners. The proposed design can be used to create regenerative burners, a new class of highly effective, high temperature air preheating, and considerable time of swap. Such reservoirs, in which temperature of metal melting is equally, are packed in the sections. The next sections melting temperature differs approximately by 100 0C. It allows to maintain the fixed section temperature, which is equal the temperature of metal melting in this section, and removing from its surface or giving it, by products of combustion, warmth, which is emits in case of crystallization or absorbed when metal kernel melts. The timing of the swap and the mass of metal in one section, based on the joint solution of equations of heat balance and heat transfer between the heated air and the surface of the tanks, allows to determine the overall dimensions of each section, filled with melting or crystallizing of the metal and its heat transfer surface. Fusible kernel mass, sizes of section and heat exchange period time calculations for regenerative block consisting of ten sections with a fusible kernel is given in this work. Calculation proves a possibility of decrease in dimensions of a regenerative nozzle for a 200 kW burner, and increase in heat exchange period time, while air heating temperature remains constant. The proposed technical solution, it is proposed to use a thin-walled container in which are placed the metals with different heat of fusion. Large size regenerative burners hamper their use in heating and thermal furnaces, and fast parecidos leads to a decrease in period of operation of the changeover valve.

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, предлагается 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 все подводимая к металлу теплота расходуется на плавление. Это позволяет поддерживать постоянную температуру секции, удерживая эту температуру равной температуре плавления металла в данной секции, снимая с ее поверхности нагреваемым воздухом, теплоту, или отдавая ей, 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 размены 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.