Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Теплоотдача и гидравлические сопротивления в насадках регенеративных воздухонагревателей

Известны несколько видов кладки насадок в реге­неративных воздухонагревателях металлургических агрегатов: по Кауперу — прямыми вертикальными каналами; по Симен­су — вертикальными, сообщающимися друг с другом каналами; блочные насадки [61]. В качестве насадки в других типах реге­нераторов могут применяться керамические, алюминиевые, чугунные и стальные шары различного диаметра и разнообраз­ные набивки [16].

Обширные исследования теплообмена в различных типах регенеративных насадок, используемых для высокотемператур­ных воздухонагревателей, проводятся во Всесоюзном институ-

Те металлургической теплотехники [83, 84]. Экспериментальные данные обобщены уравнением 1'и = СНе" (2.51). Значения по­стоянных С, п в уравнении (2.51) для различных типов наса­док приведены в табл. 2.2 с указанием диапазона их применения по критерию Рейнольдса.

Поскольку насадка высокотемпературных воздухонагревателей нагревается продуктами горения, в состав которых входят трех­атомные газы, необходимо при расчете определять суммарный коэффициент теплоотдачи - лс = ак + ал, где зк, ал — соответствен­но коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением.

В каналах регенератора |55]

Здесь Тд, ТС1—средняя температура продуктов горения стен-

Ки; е0 ест, — степени черноты продуктов сгорания при нх соб­ственной температуре, стенки и продуктов сгорания при темпера­туре стенки.

Находим эффективную длину луча при определении степени черноты газов

5Эф = (1 —v)/f^,

Где и — объем кирпича в 1м3 насадки, м3/м3; /1 — удельная поверх­ность нагрева, мг/м3.

В Институте высоких температур АН СССР проведены экс­периментальные исследования высокотемпературного нагрева воздуха в регенераторе с неподвижной шаровой насадкой. Опытные данные по теплопередаче продуктов сгорания и возду­ха в слое неподвижной шаровой насадки обобщены уравнением N11 = 0,ШИ0-9 (2.БЗ) в диапазоне чисел Рейнольдса 200—1200.

На модели вращающегося воздухонагревателя Н. Е. Нинуа провел экспериментальное исследование теплообмена в шарико­вой насадке [60]. Порозность исследуемого шарикового слоя насадки, равная f = 0,5 м, не изменялась в процессе опытов. Обобщение опытных данных позволило автору получить следу­ющие расчетные зависимости по теплообмену:

Ыи = 0,0751?е (/-)°’в8 Но~0,25Рг0,33 при Ие = 160 - н - 300; (2.54)

Ыи = 0,0046І? е1,Б (^-)М8 Но-0'25Рг0,33 при Ие = 300— 1000. (2.55)

Здесь к — высота слоя; йт—диаметр шаров; Но=-^------------ крите-

^ гп

Ш

Рий гомохронности (а'ф — скорость фильтрации, 0)ф=ь2-т-4 м/с; т— время пребывания насадки при нагреве й охлаждении в той либо другой зоне).

В работе [54] обобщены данные по теплообмену в различных профилях набивки регеративных вращающихся воздухоподо­гревателей, используемых для подогрева воздуха котельных установок.

Для расчета теплообмена в набивках с волнистым листом и прямым дистанционирующим листом рекомендуется формула

Ни = 0,027Не0'8Рг°’4ад, (2.56)

А для интенсифицированной набивки

Ни = 0,0368Не°’8Рг°’4С(С;. (2.57)

Здесь С* = (Т/Тст)0,5 — поправка на температурный фактор; С; — поправка на относительную длину канала; Т — температура греющей среды, К; Тст — температура стенки, К.

Коэффициенты гидравлического сопротивления насадок, наиболее часто используемых в высокотемпературных воздухо­нагревателях металлургических печей, представлены в табл. 2.3.

Зависимость коэффициента сопротивления от числа Рей­нольдса для продуктов сгорания и воздуха, проходящих через неподвижную шаровую насадку регенератора, при изменении Не от 200 до 1200 имеет вид [60] £ = 2,4{?е-0’2.

Во вращающемся воздухоподогревателе гидравлическое со­противление слоя шариковой насадки в значительной степени зависит он его геометрических характеристик. По данным рабо­ты [60], коэффициент гидравлического сопротивления

2Ь'и

(2.58)

0 Уф — скорость фильтрации, м/с).

При порозиости / = 0,5 и Re > 250 коэффициент гидравлического сопротив­ления оle зависит от числа Re: ? =

= 22 - ь 24. Определим коэффициент гидрав­лического сопротивления для листовой насадки вращающихся регенеративных воздухонагревателей (54): X = 5,7Re-0’5

(2.59).

Данные по гидравлическим сопротив­лениям других типов набивок, применя­емых во вращающихся регенеративных воздухоподогревателях, представлены в работе [53].

2.7. Коэффициенты местных сопротивлений

Коэффициенты местных гидравлических сопротивлений зависят исключительно от конструкции теплообменного аппарата и его фасонных частей.

В табл. 2.4. приведены коэффициенты местных сопротивле­ний в характерных элементах кожухотрубных теплообменных аппаратов.

Коэффициент сопротивления при внезапном изменении сече­ния канала определяется по кривым на рис. 2.2.

Коэффициенты сопротивлений гибов и колен в зависимости от отношения радиуса гиба к диаметру трубы даны на рис. 2.3,