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
314 Гл. VIII. Нагревание, охлаждение и конденсация теплообмена, трудность регулирования температуры обогрева, низкие коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке [неболее35— 60вт/(м2■ град)], возможность загрязнения нагреваемых материалов продуктами неполного сгорания топлива (при непосредственном обогреве газами). Значительные перепады температур между топочными газами и нагреваемой средой со- здают «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 непосредст- венно на месте их получения. Топочные газы получают, сжи- гая в топках печей твердое, жид- кое или газообразное топливо. Наиболее дешевым и эффектив- ным топливом являются природ- ные газы, запасы котдрых в СССР, очень велики. Кроме того, эко- номически целесообразно приме- нение в качестве греющих аген- тов отходящих газов некоторых химических и других производств; температура этих газов достаточно высока и иногда достигает 500— 600 °С. Нагревание топочными газа- ми производят в п е ч а х. На рис. УШ-4 показана трубчатая печь для нагрева жидких про- дуктов, работающая на газооб- разном топливе. Горючий газ, вы- ходя из сопла горелки 1, инжек- тирует необходимое количество воздуха, смешивается с ним и движется через пористую панель 2 из огнеупорного материала. Горение протекает на поверхности излучающей паиели при отсутствии пламени. Такие горелки называются беспла- менными (стр. 629). 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 теплообменные 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 состав- Рис. VII1-4. Печь для нагрева жидких продуктов, работающая на газе: