Рекуперативные горелки
Рекуперативные теплообменники применяются, главным образом, для предварительного нагрева больших количеств воздуха, поступающего в печи. Обычно они представляют собой металлоемкую конструкцию, расположенную после основной камеры сгорания, и н большинстве случаев установка их экономически выгодна только для печей большой производительности.
Рекуперативная горелка с автономным рекуператором дает потребителям печей любого размера возможность экономить значительные количества топлива.Газовые рекуперативные горелки явились предметом широкой исследовательской программы, принятой фирмой British Gas Corporation [6.101. Былодоказано, чтовтовремя как нагрев воздуха спомощью рекуператоров или регенераторов в больших печах непрерывного действия абсолютно необходим, установка их на небольших печах, в частности печах периодического действия, экономически неэффективна. Фирма British Gas Corporation также утверждала, что эти печи являются наименее экономичными. В печи со средней периодической загрузкой и с термическим КПД около 10% потери теплоты с уходящими газами составляют примерно 70% первичной энергии. Для устранения этого фирма сконцентрировала свои усилия на разработке рекуперативной горелки, выполняющей функции горелки, топки и рекуператора в одной компактной системе. Было также предусмотрено, что установка горелки нового типа должна быть такой же простой, как установка стандартной нерекуперативной горелки.
Рекуперативная горелка, разработанная в результате этого исследования, представлена на рис. 6.18. Она состоит из высокоскоростной горелки со смешивающим соплом, находящейся внутри теплообменника с противотоком для нагрева воздуха. Рекуператор выполнен из термостойкой стали [6.1].
Тепловая мощность этой серии горелок составляет 100—900 кВт, скорость газов на выходе — более 50 м/с. Полное сгорание топлива происходит прежде чем газы поступают в печь.
Для этого типа горелок разработана система контрольно-измерительных приборов, идентичная системе, предназначенной для обычных горелок, с добавлением регулирующего устройства компенсации повышения противодавления, создаваемого в результате более высоких температур воздуха.В целом ряде случаев применение этой горелки позволило получить значительную экономию топлива [в кузнечных горнах, нагревательных печах периодического действия, нагревательных колодцах и печах для термообработки (гл. 4)]. Достигнутые показатели работы могут быть проиллюстрированы данными, полученными для тигельной печи плавки алюминия. Обычно металл в этих печах поддерживают при температуре отливки, которая составляет около 720 °С,
119
Рис. 6.18. Рекуперативная горелка, разработанная фирмой British Gas Corporation:
/ — ВХОД Продуктов горения из печи; 2 — литой огнеупорный блок; 3 — выход продуктов горения из вези; 4 — стенка печи; 5 — сопло горелки
до разливки в пресс-формы, и в связи с этим часто требуется быстрый нагрев. Было проведено несколько экспериментов, включающих: определение времени и количества теплоты, необходимой для нагрева 180 кг алюминия из холодного состояния до 720 °С;
Таблица 6.2. Сравнение рекуперативной и нерекуперативной горелок для тигельной печи плавки алюмииния [в.101
| Сплав LM13 | |||
| Характеристики | Рекуперативная горелка фнрмы MRS | Печь д. ГОрСД K;i CQ смешивающим Соплом | Сплав LM.14, печь Б [Орелка с насадкой |
| Производительность, кг Температура, °С | 180 720 | і во 720 | 140 7 |
Испытания в период расплава холодной загрузки
145
248
16^66
Время плавки, мнн Тепловая мощность, кВт Удельный расход теплоты, МДж/кг Экономия топлива[†], %
Экономия топлива**, %
| 173 | 135 |
| 110 | 175 |
| 6,37 | 8,81 |
| 27,8 | — |
| 61,5 | — |
| 16,35 | 45 | 69 |
| 0,32 | 1.03 | 1,83 |
| 68 | ||
| 82 | — | — |
Испытания в период выдержки
Тепловая мощность, кВт Удельный расход теплоты (при выдержке 1 ч), МДж/кг Экономия топлива*, %
Экономия топлива**, %
| 107 | . | |
| МДж/кг | 3,83 | |
| 57,5 | — |
Испытания с горячим расплавом перед разливкой
85
9,1
Время плавки, мин Удельный расход теплої Экономия топлива**, %
изменение количества теплоты, необходимой для поддержания температуры 720 °С сплава алюминия (180 кг) в тигельной печи;
определение времени и количества теплоты, необходимой для нагрева алюминия до температуры 720 °С при предварительно нагретой тигельной печи.
Результаты, полученные для рекуперативной горелки мощностью 100 кВт, сравнивались с результатами, полученными для стандартной горелки со смешивающим соплом и горелки с насадкой. Они представлены в табл. 6.2. Печь А была того же типа, что и печь, применяемая для испытаний рекуперативной горелки, а печь Б хотя в основном была такой же, имела меньшую производительность.