Нагревание топочными газами

Дымовые, или топочные, газы относятся к числу наиболее давно при­меняемых нагревательных агентов. Топочные газы не потеряли своего значения до настоящего времени, так как позволяют осуществлять на­гревание до высоких температур, достигающих 1000—1100°С, при не­значительном избыточном давлении в теплообменнике (со стороны газов). Наиболее часто топочные газы используют для нагрева через стенку дру­гих нагревательных агентов — промежуточных теплоносителей.

Наиболее существенными недостатками топочных газов являются: неравномерность нагрева, обусловленная охлаждением газа в процессе теплообмена, трудность регулирования температуры обогрева, низ­кие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке [не более 35 — 60 вт/м²град)], возможность загрязнения нагреваемых материалов про­дуктами неполного сгорания топлива (при непосредственном обогреве газами). Значительные перепады температур между топочными газами и нагреваемой средой создают «жесткие» условия нагревания, которые недопустимы для многих продуктов и могут вызвать их перегрев.

Из-за относительно низкой удельной теплоемкости топочных газов их объемные расходы велики и транспортирование требует значительных затрат. Поэтому топочные газы обычно используют непосредственно на месте их получения.

Топочные газы получают, сжигая в топках печей твердое, жидкое или газообразное топливо. Наиболее дешевым и эффективным топливом являются природные газы, запасы которых в СССР очень велики. Кроме того, экономически целесообразно применение в качестве греющих аген­тов отходящих газов некоторых химических и других производств; тем­пература этих газов достаточно высока и иногда достигает 500—600 °С.

Нагревание топочными газами производят в печах. На рис. VШ-4 показана трубчатая печь для нагрева жидких продуктов, работающая на газообразном топливе. Горючий газ, выходя из сопла горелки 1, инжек­тирует необходимое количество воздуха, смешивается с ним и движется через пористую панель 2 из огнеупорного материала. Горение протекает на поверхности излучающей панели при отсутствии пламени. Такие го­релки называются беспламенными.

Образовавшиеся топочные газы поступают в первую по ходу их дви­жения радиантную часть рабочего пространства печи, в которой основная часть тепла передается нагреваемой жидкости, движущейся по змеевику 3, путем излучения. Во второй, конвективной части пе­чи 4 тепло передается жидкости через стенку змеевика главным образом путем конвекции. В конвективной части печи для лучшей утилизации тепла дымовых газов устанавливают дополнительные теплосбменные устройства, например змеевик-перегреватель 5. Газы удаляются через дымовую трубу 6.

Регулирование температуры нагрева топочными газами производят посредством рециркуляции части отработанных газов. Возвращая дымо­сосом или эжектором часть отработанных газов в печь и смешивая их с газами, полученными в топке, снижают температуру газов и одновре­менно увеличивают объем газов, обогревающих теплообменные устройст­ва. Увеличение объема газов приводит к возрастанию их скорости и со­ответственно — к увеличению коэффициентов теплоотдачи от газов к стенке. Для уменьше­ния температуры греющих га­зов в топку печи дополнитель­но подводят воздух, смешивае­мый с газами.

Расход топлива при нагреве топочными газами определяют из уравнения теплового балан­са. Так, если расход газооб­разного топлива составляет В, а энтальпии топочных газов рав­ны I₁ (на входе в теплообмен­ник) и I₂ (на выходе из теп­лообменника), то уравнение теплового баланса имеет вид:

откуда

При этом величина кроме потерь теп­ла в окружающую среду , включает такие статьи расхода тепла, как потери от химического недожога газов и вследствие их диссоциа­ции, а также потери от неполноты сгорания твердого топлива.