Повышение теплогидравлической эффективности инновационной конструкции выносных рекуператоров промышленных печей. Результаты экспериментальных исследований

Abstract

Рассмотрены современные конструкции и приведены основные характеристики выносных централизованных рекуператоров, которые устанавливаются непосредственно над печью или рядом с рабочим пространством печи. В литературе такие рекуператоры имеют название радиационных для конструкций, набранных из обечаек, или радиационно-конвективных, которые сочетают обечайки с трубчатыми узлами. В Институте газа НАНУ создана усовершенствованная конструкция выносного рекуператора типа RRD с двухходовым движением воздушного потока при сочетании прямоточной и противоточной схем взаимного движения теплоносителей: воздуха и продуктов сгорания. В институте TUKI (Венгрия) проведен первый этап теплотехнических и гидравлических испытаний рекуператора RRD на огневом стенде при сжигании природного газа в опытной печи. Опыты выполнялись при фиксированных расходе Vfl = 205 ± 5 нм³/ч = const и температуре Tfl,en = 720 ± 20 °C = const продуктов сгорания на входе в рекуператор. Получены опытные значения температуры подогрева воздуха и потерь его напора в зависимости от расхода воздушного потока. По экспериментальным данным рассчитаны полный и удельный тепловые потоки, воспринятые нагреваемым воздухом, число Эйлера, теплогидравлическая эффективность рекуператора в зависимости от расхода воздуха. В результате проведенных исследований доказано, что разработанный рекуператор имеет температурные показатели работы, близкие к таковым для рекуперативных горелок. Теплогидравлическая характеристика рекуператора RRD существенно превосходит существующие показатели других рекуператоров.

Розглянуто сучасні конструкції та наведено основні характеристики виносних централізованих рекуператорів, що встановлюються безпосередньо над піччю або поряд з робочим простором печі. У літературі такі рекуператори мають назву радіаційних для конструкцій, набраних з обичайок, або радіаційно-конвективних, котрі поєднують обичайки з трубчатими вузлами. В Інституті газу НАНУ створено вдосконалену конструкцію виносного рекуператора типу RRD з двоходовим рухом повітряного потоку при поєднанні прямоточної та протиточної схем взаємного руху теплоносіїв: повітря та продуктів згоряння. В інституті TUKI (Угорщина) проведено перший етап теплотехнічних та гідравлічних випробувань рекуператора RRD на вогневому стенді при спалюванні природного газу в дослідній печі. Досліди виконувалися при фіксованій витраті Vfl = 205 ± 5 нм³/ч = const та температуре Tfl,en = 720 ± 20 °C = const продуктів згоряння на вході у рекуператор Отримано дослідні значення температури підігріву повітря та втрат його напору в залежності від витрати повітряного потоку. По експериментальним даним розраховано повний та питомий теплові потоки, які сприйняті повітрям, що нагрівається, число Ейлера, теплогідравлічна ефективність рекуператора у залежності від витрати повітря. У результаті проведених досліджень доведено, що розроблений рекуператор має температурні показники роботи, близькі до таких для рекуперативних пальників. Теплогідравлічна характеристика рекуператора RRD суттєво перевершує існуючі показники інших рекуператорів.

The modern designs of recuperators external of furnaces and allocated directly above the furnace or near the furnace working space are under consideration in the paper. Mentioned designs are traditionally titled as the radiation heat exchangers for the case when the design is formed of the shells or as convection-radiation ones when combines the radiation surface (shell or jacket) sections with the bow shaped convection tube bundle. In the Gas Institute, NASU, the improved design of external two-way recuperator of type RRD has been created. This recuperator is distinguished by combination the parallel flow (co-flow) and counter-flow sketches of mutual movement of heat-transfer media: of an air and combustion products flow. In R&D company «TUKI» Ltd (Hungary) the 1st stage of heat engineering and hydraulic trials of the recuperator have been executed at the firing rig by natural gas combustion. The tests have been carried out while the flue gases flow rate Vfl and temperature Tfl at the inlet to recuperator are conserved: Vfl = 205 ± 5 nm³/h = const, Tfl,en = 720 ± 20 °C = const. The experimental values of the air preheating temperature and of hydraulic head’s losses have been obtained in dependence on air flow rate. The total and specific heat fluxes absorbed by preheated air flow have been calculated basing on experimental data along with the Euler number and combined heat and hydraulic efficiency of the tested recuperator. The results of the tests carried out with the RRD type recuperator have been proved that operation temperature indexesis approximated to those for recuperative burners. Combined thermal and hydraulic efficiency of the recuperator under consideration exceeds respective values for existing types of centralized recuperators.