Нагревание топочными газами

Во многих процессах, протекающих при высоких температурах (до 1000 °С), используется нагревание топочными газами, образующимися при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в топках или печах различной конструкции.

Основными недостатками дымовых газов являются низкие коэффициенты теплоотдачи и, следовательно, требуемые большие поверхности нагрева, падение температуры в процессе теплообмена, трудность регулирования температуры обогрева. Из-за относительно низкой удельной теплоемкости топочных газов их объемные расходы велики и транспортирование требует значительных затрат. Поэтому топочные газы обычно используют на месте их получения.

Рисунок 8.5 – Трубчатая печь: 1 – топка; 2 – топочная камера; 3 – окно; 4 – вентилятор; 5 – змеевик; 6 – шахта; 7 – боров

Непосредственное нагревание топочными газами осуществляется в трубчатых печах, а также в печах для реакционных котлов или автоклавов.

Трубчатая печь для нагревания жидких продуктов представлена на рис. 8.5. Топочные газы образуются в топке 1, куда вводится твердое, жидкое или газообразное топливо и необходимый для горения воздух. С целью понижения температуры газов в топочном пространстве в топочную камеру 2 через окно 3 вентилятором 4 нагнетается воздух. Топочные газы омывают змеевик 5, расположенный в шахте 6, а затем удаляются через боров 7.

Первая по ходу движения топочных газов часть печи называется радиантной, так как в ней основная часть тепла передается змеевику за счет излучения, а вторая – конвективной, в ней тепло передается трубам главным образом за счет конвекции.

Рисунок 8.6 – Схема обогрева с рециркуляцией дымовых газов: 1 – топка; 2 – окно; 3 – дымоход; 4 – вентилятор; 5 – дымовая труба; 6 – обогреваемый змеевик

Нагревание дымовыми газами, протекающее в «жестких» условиях при небольших перепадах температур, может привести к недопустимым перегревам продуктов у стенок обогреваемых аппаратов. Для смягчения условий нагревания применяют нагревание с рециркуляцией дымовых газов. Это дает возможность снизить температуру дымовых газов при одновременном повышении коэффициента теплоотдачи от газов к стенке обогреваемого аппарата.

В нагревательной печи с рециркуляцией топочных газов (рис. 8.6) часть отработанных топочных газов непрерывно отсасывается вентилятором 4 и через дымоход 3 и окно 2 направляется на смешение с дымовыми газами, выходящими из топки.

Расход топлива Gт при нагревании дымовыми газами определяют из теплового баланса:

Gт(I1–I2) = Gс(t2–t1) + Qпот ,

или

, (8.3)

где I1и I2 – энтальпия дымовых газов на входе и выходе из теплообменника; Qпот – общие потери тепла, включающие, кроме потерь тепла в окружающую среду, потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, потери тепла от химической неполноты сгорания топлива, а также потери тепла с уходящими газами.