Регенеративный теплообменник с жидкометаллическим теплоносителем

Abstract

This article describes the developed technique for calculating a regenerative nozzle with a liquid-metal coolant, which is based on the processes of heat generation during crystallization and melting of metals. The liquid metal coolant accumulates the heat given off by the flue gases, and after changing the operating mode it is transferred due to crystallization of the fusible core of the nozzle. The operating mode of the nozzle is limited by the minimum time of the transfer of one of the sections obtained during the calculation. After heating the nozzle and melting the metal in all sections of the regenerator that operate on the flue gas, the valves are switched and the heat exchanger is changed to the crystallization (air) mode. At this moment, cold air is blown through the unit of heat-storage elements and, in parallel with this, the melting core (liquid metal) crystallizes, which is accompanied by the release of heat and, accordingly, the persistence of the heating temperature. Because during the melting and crystallization of the metal, an equal amount of heat is released at the same temperature of both processes, it is possible to determine the amount of heat that the fusible core of the heat-storage element can give to the air. Based on the received thermal power of the nozzle and heat necessary for heating the air to the set temperatures, it is possible to determine the time of the overflow and the length of the block. The calculation justifies the increase in the nozzle changeover time with the constant heating of the air, which will positively affect the life of the heat exchanger.

В данной статье приведена разработанная методика расчета регенеративной насадки с жидкометаллическим теплоносителем, в основу которого заложены процессы выделения тепла при кристаллизации и плавлении металлов. Теплота, отдаваемая дымовыми газами, аккумулируется жидкометаллическим теплоносителем, а после смены режима работы передается за счет кристаллизации плавкого ядра насадки. Режим работы насадки ограничен полученным в ходе расчета минимальным временем перекидки одной из секций. После нагрева насадки и расплавления металла во всех секциях регенератора, работающих на просос дымовых газов, происходит перекидка клапанов и смена работы теплообменника на кристаллизационный (воздушный) режим. В этот момент по блоку теплоаккумулирующих элементов продувается холодный воздух и параллельно с этим происходит кристаллизация плавкого ядра (жидкого металла), что сопровождается выделением тепла и соответственно сохранением постоянства температуры подогрева. Благодаря тому, что во время плавления и кристаллизации металла выделяется одинаковое количества теплоты при равенстве температуры обоих процессов, можно определить количество теплоты, которое может отдать воздуху плавкое ядро теплоаккумулирующего элемента. Исходя из полученной тепловой мощности затрачиваемой на нагрев насадки и теплоты необходимой для нагрева воздуха до заданных температур можно определить время перекидки и длину блока. Расчет обосновывает увеличение времени перекидки насадки при постоянстве подогрева воздуха, что положительно скажется на сроке службы теплообменника.