Регенеративный теплообменник это: Теплообменник — Карта знаний

Теплообменник, классификация теплообменников / Блог им. stem-com / РосТепло.ру

Теплообменники регенеративного типа — Справочник химика 21

    ТЕПЛООБМЕННИКИ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТИПА [c. 592]

    Смешанная задача гидродинамики — движение жидкостей и газов через пористый слой (слой кусковых или зернистых материалов). В зависимости от высоты слоя Н различают два случая ) Н onst (процессы, связанные с движением газа в абсорберах, теплообменниках регенеративного типа, реакторах с неподвижным слоем катализатора, адсорберах, сушилках и печах, а также промывка осадков на фильтре, фильтрация грунтовых вод и др.) 2) Я=т onst, т. е. высота слоя увеличивается во время протекания процесса (фильтрование на промышленных фильтрах и центрифугах и др.). [c.12]

    Затраты на изготовление теплообменников регенеративного типа довольно велики, а поверхность теплообмена на единицу объема составляет сотни квадратных метров. В качестве рабочего веш ества в них применяется насадка из алюминия. [c.205]

    Теплообменники регенеративного типа могут работать в двух режимах непрерывно или единичной операцией, так что теплообменник, насадка которого была нагрета до определенной температуры, используется для нагрева жидкости на определенный период. Теплообменники такого типа применяются очень часто, например, в современных воздухопроводах (аэродинамических трубах), которые работают в течение короткого времени. Для нагрева воздуха в такой трубе до необходимой температуры во время ее действия требуется большой тепловой поток. При помощи электрического нагревателя создать такой поток очень трудно. Целесообразнее накопить это тепло в регенеративном теплообменнике до действия трубы. Граничные условия, описывающие эту единичную операцию регенератора, следующие  [c.594]

    Насадка, обладающая высокой теплоемкостью, периодически поглощает и отдает переносимое тепло. Теплообменники регенеративного типа с кирпичными стенками часто используются в металлургической промышленности как аккумуляторы тепла, например в качестве воздухоподогревателей для доменных печей. Теплообменники, изготовленные из металла, используются также в установках с паровыми котлами и широко применяются в технике низких температур, связанной с разделением тазов путем дефлегмации.  [c.592]

    Рнс. 17-1. Теплообменник регенеративного типа. [c.593]

    Рассмотрим сначала расчет теплообменника регенеративного типа, предположив, что разницей температур во всем твердом материале. насадки можно пренебречь. [c.593]

Регенеративный теплообменник — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Регенеративный теплообменник, иногда просто регенератор (н.-лат., от лат. regenerare — давать новую жизнь, возрождать, перерождать^[1][2][3]), — в теплотехнике, теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется посредством попеременного соприкосновения теплоносителей разной температуры с одними и теми же поверхностями устройства.^[4][5]

Принцип работы

Соприкасаясь с «горячим» теплоносителем стенки регенеративного теплообменника нагреваются, а впоследствии, при контакте с «холодным» теплоносителем — охлаждаются, нагревая его. ^[4][5]

Виды регенеративных теплообменников

• Регенеративные теплообменники с периодическим переключением теплоносителей состоят из одной или нескольких камер, в которые поочерёдно поступают «горячий» и «холодный» теплоносители.^[4][5]
• Регенеративные теплообменники с непрерывным переключением теплоносителей, в которых либо теплопередающая поверхность подвижна и поочерёдно входит в зону омывания теплоносителями, либо неподвижна, но при этом непрерывно вращаются специальные роторы с патрубками или иными каналами для «горячих» и «холодных» теплоносителей.^[4][5]

Разновидности регенеративных теплообменников

К регенеративным теплообменникам относятся:

• Доменные воздухонагреватели (кауперы) — классические регенеративные теплообменники с периодическим переключением теплоносителей.
• Роторные рекуператоры (роторные рекуперативные теплообменники) или просто роторные теплообменники — относятся к классу регенеративных теплообменников с непрерывным переключением теплоносителей. Наиболее широкое применение данные устройства получили в системах приточно-вытяжной вентиляции. В роторном теплообменнике передача тепла от горячего газа к холодному осуществляется через вращающийся цилиндрический ротор, состоящий из пакета тонких металлических пластин. Горячий газ нагревает пластины, после чего они перемещаются в поток холодного газа, тем самым передавая ему тепло.^[6] Роторные теплообменники также устанавливают в крупных котельных установках для утилизации тепла уходящих из котла дымовых газов (нагрева воздуха на входе в котёл).

Примечания

виды, устройство и принцип работы

Теплообменник – это аппарат (охладитель/нагреватель/конденсатор), предназначенный для передачи тепла между двумя средами, обладающими различными температурными показателями. Принцип работы теплообменника зависит от вида и конструктивного устройства агрегата.

Виды теплообменников по принципу передачи тепла

В зависимости от способа теплового обмена между рабочими средами, теплообменники подразделяют на оборудование поверхностного и смесительного типа.

Принцип работы теплообменника смесительного типа заключается в передаче теплоты между теплоносителями при непосредственном контакте (смешении). Область применения данного типа теплообменников намного уже, чем теплообменных установок поверхностного типа, широко эксплуатируемых в промышленности, ЖКХ, на коммерческих объектах.

Поверхностные агрегаты относятся к двухконтурным теплообменникам, состоящим из пары герметичных контуров, по которым перемещаются нагреваемая и греющая среда. Теплообмен между рабочими средами происходит через поверхность труб, пластин, листов или стенок – конструктивных элементов теплообменника, изготовленных из теплопроводных материалов: углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов цветных металлов и проч.

Поверхностные регенеративные и рекуперативные теплообменники

Теплообменные аппараты с поверхностным типом функционирования:

• Теплообменники регенеративные. Рабочие среды контактируют с поверхностью теплообмена поочередно.
• Теплообменники рекуперативные. Теплоносители постоянно обмениваются теплотой через стенки контуров при неизменном направлении потоков сред.

Типы рекуперативных теплообменников:

• кожухотрубные,
• секционные,
• погружные,
• пластинчатые,
• спиральные,
• оросительные,
• витые,
• прочие.

Компания НЗТО специализируется на проектировании и изготовлении кожухотрубных теплообменников порядка 20 лет – мощная производственная и развитая научная база предприятия – залог выпуска надежного оборудования, четко соответствующего промышленным нормативам. Купить теплообменники в Москве или в других городах вы можете, позвонив по телефону 8-800-555-81-91 или сделав онлайн-заказ на нашем сайте.

РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

В то время как в рекуператорах, где тепло передается напрямую и немедленно через какую-либо перегородку, от горячей к холодной текучей среде, оба из которых протекают одновременно через теплообменник, работа рекуперативного теплообменника включает временное хранение тепла, передаваемого в упаковке , которая обладает необходимой теплоемкостью. Одним из следствий этого является то, что в регенеративных теплообменниках или термических регенераторах горячая и холодная жидкости проходят через одни и те же каналы в насадке, поочередно, обе жидкости омывают одну и ту же площадь поверхности.В рекуператорах горячая и холодная жидкости проходят одновременно через разные, но смежные каналы.

При работе терморегенератора горячая жидкость проходит через каналы набивки в течение периода времени, называемого «горячим периодом», по окончании которого горячая жидкость отключается. Теперь происходит реверсирование, когда холодная текучая среда попадает в каналы набивки, первоначально вытесняя любую горячую текучую среду, все еще находящуюся в этих каналах, тем самым очищая регенератор.Затем холодная жидкость протекает через регенератор в течение периода времени, называемого «холодным периодом», в конце которого холодная жидкость отключается и происходит еще одно реверсирование, при котором горячая жидкость очищает каналы набивки. любой оставшейся холодной жидкости. Затем начинается свежий жаркий период.

В жаркий период тепло передается от горячей жидкости и накапливается в набивке регенератора. В последующий холодный период это тепло регенерируется и передается холодной жидкости, проходящей через теплообменник.

Рабочий цикл состоит из горячего периода, за которым следует холодный период работы с необходимыми реверсами. После многих циклов идентичной работы температурные характеристики теплового регенератора в одном цикле идентичны таковым в следующем. Когда это условие реализуется, говорят, что теплообменник достиг «циклического равновесия» или «периодического устойчивого состояния». Если вводится ступенчатое изменение одного или нескольких рабочих параметров, в частности, расхода и температуры жидкости на входе для любого периода работы или продолжительности горячего и холодного периодов, регенератор претерпевает ряд переходных процессов. циклов до тех пор, пока не будет достигнуто новое циклическое равновесие.

В наиболее распространенной работе регенератора противотока или противотока горячий газ проходит через регенератор в направлении, противоположном направлению холодной жидкости. В менее эффективном параллельном потоке или совместном потоке горячая и холодная жидкости проходят через каналы насадки в одном направлении (†).
(†) Теоретически можно представить себе регенератор с поперечным потоком, в котором горячая и холодная жидкости текут в направлениях, перпендикулярных друг другу. Это редко, если вообще реализуется на практике, хотя рекуператоры с поперечным потоком являются обычным явлением.

Периодическая работа регенераторов может использовать периодическую работу системы, к которой подключен теплообменник. Например, в жарком климате дневное тепло можно накапливать в упаковке, пропуская через нее теплый атмосферный воздух: затем это тепло можно рекуперировать, продувая холодный ночной воздух через ту же упаковку в вечернее время, чтобы обеспечить хотя бы некоторые дополнительные утепление жилого помещения в доме. Хаузен (1976) предполагает, что горло и носовые ходы действуют как регенераторная набивка в холодную погоду.Когда животное вдыхает холодный воздух, он нагревается, проходя через нос и горло, прежде чем воздух достигает легких, тем самым защищая легкие от воздействия низких температур. Когда животное выдыхает, одни и те же проходы в носу и горле нагреваются воздухом, выходящим из легких. Понятно, что температура горла и тканей носа также регулируется током крови через него.

В общем, однако, требуется непрерывная подача нагретой текучей среды, так что прерывистая работа регенератора, присущая его конструкции, должна быть каким-то образом скрыта.

Наиболее очевидный метод реализации «кажущейся» непрерывной работы состоит в использовании двух или более регенераторов, работающих в противофазе друг с другом, так что пока один регенератор подает нагретую жидкость, другой регенератор (ы) накапливает тепло от теплоноситель. Очевидно, простой способ сделать это — заключить набор регенераторов в систему каналов или труб, снабженных клапанами, чтобы облегчить переключение регенераторов в конце периода работы. Когда один набор клапанов закрывается при реверсировании, другой набор открывается: поток горячего газа, например, перенаправляется от одного регенератора к другому путем закрытия такого набора клапанов и открытия другого. Одновременно поток холодного газа переключается от другого регенератора симметричным образом. (См. Рисунок 1.) Такая конструкция называется системой регенераторов с неподвижным слоем , в отличие от роторного регенератора , который будет описан ниже.

Процесс сторнирования может быть более сложным.Ниже приведены важные соображения.

• В некоторых случаях требуется, чтобы регенератор (ы) был очищен перед тем, как, например, подача нагретой жидкости переключится с одного регенератора на другой. В этом случае период холода одного регенератора продлевается, чтобы поддерживать подачу нагретой жидкости к внешнему процессу, к которому присоединен набор регенераторов. Между тем, горячий период другого регенератора завершается, и этот регенератор полностью очищается перед началом его холодного периода. Затем на этот регенератор ложится бремя подачи нагретой жидкости от другого регенератора, чей конец периода охлаждения может начаться. Такие устройства неизбежно усложняют клапаны и воздуховоды, связанные с набором регенераторов: кроме того, должен быть предусмотрен подходящий выхлоп для текучих сред, продуваемых из регенератора, которые, например, не могут попасть в поток нагретой текучей среды.

  Рис. 1. Устройство регенератора с неподвижным слоем.

• Там, где текучие среды являются газами, нередко давление потока холодного газа, например, значительно выше, чем давление разбрызгиваемого горячего газа.В этом случае в конце холодного периода необходимо дать время во время реверсирования для декомпрессии регенератора, прежде чем разрешить начало горячего периода. Точно так же в начале «холодного» периода должно быть отведено время для повышения давления холодного газа в регенераторе, прежде чем может начаться собственно холодный период. Опять же, для устранения этих сложностей необходимо предусмотреть дополнительные клапаны и трубопроводы.

В высокотемпературных регенераторах желательно вообще не иметь никаких клапанов на горячем конце регенераторов.Там, где этого нельзя избежать, клапаны часто очень дороги, возможно, требуя водяного охлаждения, чтобы избежать неисправности при высоких температурах. Однако часто бывает так, что горячий конец регенератора присоединяется к печи или котлу, куда предварительно нагретый воздух для сжигания топливного газа подается напрямую, и откуда после реверсирования горячий газ, часто являющийся отходами сгорания топлива, отводится непосредственно в регенератор. Таким образом, не требуется никаких клапанов между регенератором и топкой или котлом.Необходимое всасывание горячего газа через регенератор достигается путем присоединения выходного канала для этого газа на холодном конце регенератора к дымоходу, который, если он достаточно высокий, будет обеспечивать необходимый восходящий поток. Клапаны безопасно используются на холодном конце регенератора для переключения теплообменника с выхода дымохода для отработанных газов на подачу холодного воздуха для холодного периода работы регенератора, или наоборот. Непрерывная подача предварительно нагретого воздуха для горения достигается за счет присоединения нескольких регенераторов к печи или котлу, работающих по мере необходимости в противофазе друг относительно друга.

В подогревателе воздуха Ljungström или роторном регенераторе пористая насадка вращается вокруг оси. В своей простейшей форме набивка разделена на две газонепроницаемые секции, и горячий и холодный газы проходят одновременно в направлении, параллельном этой оси, обычно в противотоке, через эти разные участки набивки. Когда набивка вращается в потоке горячего газа, она накапливает тепло, как в период нагрева в регенераторе с неподвижным слоем. Эта тепловая энергия буквально переносится в поток холодного газа при вращении насадки.Попадая в другой газовый поток, тепло регенерируется и передается холодному газу, как в холодный период работы системы с неподвижным слоем.

Невозможно обеспечить полностью газонепроницаемые уплотнения на стыках каналов, по которым проходят горячие и холодные жидкости, соответственно, и подвижных поверхностей вращающейся теплоаккумулирующей массы набивки регенератора. Однако, если требуется предотвратить загрязнение предварительно нагретого воздуха, например, продуктами сгорания, которые поставляют необходимую тепловую энергию, давление воздуха преднамеренно повышается, в результате чего любая утечка под уплотнениями роторного регенератора попадает в поток горячих продуктов сгорания.

Когда ротор впервые переходит от горячего газа к потоку холодного газа, например, масса горячего газа в пустотах насадки регенератора переносится путем вращения в поток холодного газа и должна быть удалена из регенератора, как в стационарный режим работы. В некоторых случаях жизненно важно, чтобы этот уносимый газ не загрязнял поток холодного газа, нагреваемого теплообменником. В этих обстоятельствах в насадке предусмотрен дополнительный сектор, так что газы, выпускаемые из регенератора, например, в конце горячего периода, могут быть отправлены в отдельный выхлоп, возможно, возвращены в поток горячего газа.

Существует другой вариант роторного регенератора, в котором набивка остается неподвижной, но вместо этого вращаются кожухи на обоих концах набивки, через которые горячая и холодная жидкости проходят по отдельным каналам.

Математическое моделирование тепловых регенераторов

Взаимосвязь между теплотой, передаваемой между жидкостью и твердой насадкой, и теплотой, поглощаемой этой насадкой, определяется уравнением

(1)

С другой стороны, соотношение между тепловой энергией, передаваемой между твердой насадкой и жидкостью, и теплотой, поглощаемой жидкостью, проходящей через регенератор, определяется уравнением

(2)

Эти уравнения в равной степени применимы к горячему и холодному периодам работы регенератора, для которых соответствующие параметры могут быть разными.Поэтому мы обозначаем объемный коэффициент теплопередачи в жаркий период, например, в холодный период.

Граничные уравнения относятся сначала к температуре газа на входе T _{f в} , где предполагается, что T _{f в} (t) = постоянная в каждый период работы. Затем мы указываем, что уравнения (1) и (2) учитывают движение газа от y = 0 до y = L как в горячем, так и в холодном периодах работы регенератора. Чтобы указать, что распределение температуры твердого тела в начале периода такое же, как в конце предыдущего периода, и чтобы учесть операцию противотока регенератора, граничные условия записываются в форме

(3)

(4)

где P — продолжительность жаркого периода, а P — продолжительность холодного периода.

Наиболее важное предположение, воплощенное в этой модели, состоит в том, что сопротивление теплопередаче на поверхности твердого тела и сопротивление, обусловленное конечной проводимостью насадки в направлении, перпендикулярном потоку жидкости, могут быть объединены в «объем». или «сосредоточенный» коэффициент теплопередачи α, где, используя развитие [Hausen Hausen (1942)], определяющее уравнение дается следующим образом:

(5)

где δ — толщина насадки, λ _δ — ее теплопроводность.

Функция Φ пытается воспроизвести эффект очень быстрых изменений температуры внутри упаковки сразу после реверсирования, в начале жаркого или холодного периода. Это функция безразмерных параметров Ω и Ω ‘, где

(6)

В том случае, когда насадку можно рассматривать как простую плоскую стенку толщиной δ

(7)

за

(8)

где

(9)

тогда

(10)

Аналогичные выражения доступны для случая, когда упаковку можно рассматривать как совокупность твердых цилиндров или как слой сфер. Следует сослаться на более позднюю работу Хаузена [(Хаузен (1976)]. Случай полых цилиндров рассматривается в статье Разелоса [Разелос (1967) и др.]).

В этой модели также предполагается, что теплопроводностью в направлении, параллельном потоку жидкости, так называемой «продольной проводимостью», можно пренебречь. Эта проблема обсуждается в статье Банке и Ховарда [Банке и Ховард (1964)]. Кроме того, идеализировано, чтобы поток жидкости был равномерным через поперечное сечение набивки в обоих периодах работы.Однако обычно допускается, что соответствующие теплофизические свойства как жидкости, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, могут изменяться в пространстве и во времени в зависимости от температуры. Равным образом разрешается рассматривать случай, когда массовые расходы текучих сред в одном или обоих периодах работы регенератора могут изменяться со временем.

Модель значительно упрощена в так называемой «линейной модели», в которой дополнительно предполагается, что соответствующие теплофизические свойства как жидкости, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, не изменяются в пространстве и во времени, а являются постоянными. С другой стороны, они могут быть разными в жаркий и холодный периоды. Точно так же предполагается, что расход газа постоянный, хотя в целом. В этих упрощающих обстоятельствах можно преобразовать уравнения (1) и (2) в формы

(11)

(12)

Здесь вводятся безразмерные параметры η для времени и ξ для длины, где

(13)

При установке t = P и y = L каждый период работы регенератора определяется в терминах двух безразмерных параметров, названных Хаузеном [Hausen (1929)] «сокращенный период»,, и «уменьшенная длина», Λ.Уравнения (14) ниже определяют их для работы в жаркий период:

(14)

Для холодного периода соответствующие уравнения имеют вид

(15)

В этой линейной модели также можно рассматривать температуру на входе горячего периода T _{f в} = 1,0 и температуру на входе «холодного» периода T _{f в} = 0,0 (†).

† Это эквивалентно настройке

где τ _f и τ _s — «реальные» температуры жидкости и твердого тела, а T _f и T _s — соответствующие безразмерные температуры .

В рамки этого текста не входит описание множества и разнообразных методов решения этих дифференциальных уравнений, которые разрабатывались в течение нескольких лет. Достаточно сказать, что существует два класса методов решения: «открытые» методы и «закрытые» методы. В открытых методах предполагается начальное распределение температуры твердого тела T _s (ξ, 0) в начале горячего периода. Затем модель регенератора проходит через множество циклов путем решения уравнений (11) и (12), например, через последовательные горячие и холодные периоды работы.Это моделирование теплообменника затем разрешается работать, пока не будет достигнуто периодическое установившееся состояние. В закрытых методах просто предполагается, что распределение температуры твердого тела T _s (ξ, 0) ⁽ⁿ⁾ , в начале n-го цикла равно таковому, T _s (ξ, 0) ^{(n + 1)} , в начале следующего цикла, при циклическом равновесии. Затем уравнения решаются, часто в форме интегральных уравнений, как краевая задача. Никакие переходные циклы до установления равновесия не моделируются.Оказывается, что закрытые методы полезны для решения ряда линейных задач, но они становятся чрезвычайно сложными при решении нелинейных задач, то есть когда разрешается, чтобы соответствующие теплофизические свойства как жидкости, так и твердого тела, включая коэффициенты теплопередачи, могут изменяться в пространстве и во времени в зависимости от температуры и / или когда массовые расходы текучих сред в одном или обоих периодах работы регенератора могут изменяться со временем. В этих случаях легче адаптировать открытые методы.

Конструкция насадки регенератора

Насадка регенератора значительно различается от одного типа применения к другому.С одной стороны, выбор теплоаккумулирующей массы определяется суровыми или иными условиями эксплуатации, в которых должен работать регенератор. С другой стороны, возможные рабочие схемы с такими насадками лучше всего понимаются в контексте безразмерных параметров Λ и Π. Можно показать, что для данной уменьшенной длины Λ максимальные тепловые характеристики достигаются за счет использования как можно меньшего значения уменьшенного периода.

Соотношения

представляют собой теплоемкость насадки в жаркий и холодный период соответственно.Эффективная поверхность раздела между жидкостью, протекающей через регенератор в любой момент, и теплоаккумулирующей набивкой — это продукты и для жарких, и для холодных периодов. Чем больше эти интерфейсы, тем больше должна быть теплоемкость за период для размещения задействованной тепловой энергии.

Другими словами, отношения

должны совпадать с периодами, которые дают достаточно малые значения и ‘, чтобы можно было получить как можно более хорошие тепловые характеристики регенератора.

Это можно рассматривать с другой стороны: можно получить экономию в размере регенератора, если использовать тонкие насадки, где отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, велико. В этом случае достаточно малые значения и Π ‘получаются при работе регенератора с короткими периодами времени, то есть с короткими временами цикла.

С другой стороны, суровые условия эксплуатации могут потребовать, чтобы набивка регенератора была изготовлена ​​из подходящих материалов, изготовленных с надежной геометрической компоновкой.В этом случае отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, вполне может быть относительно небольшим, и в этом случае подходящие значения Π и ‘могут быть получены с использованием длинного цикла. раз, что позволяет избежать быстрого переключения регенераторов в используемой системе.

Дело усложняется еще больше, если сам процесс реверсирования регенератора идет медленно. Например, если необходимо создать давление в резервуаре регенератора в начале холодного периода, а затем сбросить его давление в конце холодного периода, как в случае с каменками Cowper , используемыми для предварительного нагрева дутья (воздуха) для производства чугуна общее время цикла должно быть достаточно большим, чтобы время, необходимое для этих реверсий, не составляло чрезмерно большую долю от общего времени цикла. В этом случае отношение площади к массе, A / M для горячего периода, A ‘/ M’ для холодного периода, должно быть достаточно малым, чтобы генерировать достаточно малые значения и ‘с более длинными горячими и необходимы холодные периоды эксплуатации.

Очень высокотемпературные регенераторы

Регенераторы с неподвижным слоем , работающие с температурами на входе горячего газа, превышающими 1200 ° K, оснащены насадками, изготовленными из огнестойких огнеупоров или керамических материалов особого качества, способных противостоять воздействию любых вовлеченных коррозионных материалов. в горячем газе.Таким образом, в регенераторах стекловаренных печей нередко использовались насадки с высоким содержанием глинозема, которые способны справляться с коррозионным воздействием извести, поташа, кремнезема, сульфата натрия и ванадия, которые могут попадать в насадку регенератора из стекловаренного производства. процесс. В печах Каупера, используемых для предварительного нагрева дутья для процессов производства чугуна и плавки цинка, насадка часто зонируется: в верхней части регенератора используются материалы, способные выдерживать воздействие очень высоких температур, а далее в регенератор — высокой степени сжатия. используются нагрузки, например, кремнезем.В нижней части регенератора обязательно должны быть материалы, обладающие механической прочностью и стабильностью объема, способные выдержать большой вес набивки, расположенной выше. В этих обстоятельствах часто используются различные алюмосиликатные огнеупоры.

Мало того, что материалы набивок должны быть способны выдерживать воздействие коррозионных материалов, но также должна быть устроена такая геометрия набивок, чтобы эти возможно грязные газы могли свободно проходить через регенератор.Следует избегать блокировки каналов. В этих обстоятельствах необходимо использовать различное геометрическое расположение огнеупорных материалов. В таких случаях часто используются конструкции «квадратный дымоход» или «закрытая корзина» (рис. 2).

Можно сделать так, чтобы каналы были достаточно широкими, чтобы обеспечить свободный проход для грязных газов, но чтобы набивка не была выровнена для образования проходов в дымоходе: эту роль выполняют «открытое переплетение корзины» или «шахматное переплетение открытой корзины». Ширина канала может достигать 200 мм.

Там, где газы очень горячие, но относительно чистые, как в печах Каупера, часто используются шестиугольные кирпичи с проходами шириной всего 50 мм. Эти проходы образуются в теле и по углам кирпичей (рис. 3). В дизайне Freyn chequerwork эти проходы имеют круглую форму, но возможны и другие формы. Эти огнеупорные кирпичи уложены слоями таким образом, что образуются каналы трубчатой ​​формы, через которые газы могут иметь свободный проход.

Рисунок 2. Схема компоновки плетеной корзины.

Рис. 3. Типовая конструкция теплоаккумулирующего кожуха для дутьевых печей (размеры в миллиметрах).

В обоих типах устройств толщина набивки за доступной площадью поверхности нагрева определяется механической прочностью, необходимой для набивки, а также коррозионными условиями, в которых она должна работать. В тяжелых условиях необходимо использовать толщину до 200 мм; в менее суровых условиях, которые могут возникнуть в химической промышленности, достаточно кирпичей толщиной 50 мм.

Возможные компоновки упаковки имеют два важных последствия. Их можно понять в контексте описательных безразмерных параметров, описывающих регенераторы и их работу.

1. Длина уменьшенная,

   является мерой эффективной площади поверхности нагрева по отношению к расходу теплоемкости горячего / холодного газа. Очевидно, что чем больше нагрузка на регенератор M _f C _p , тем больше должна быть площадь поверхности нагрева A для обслуживания этой нагрузки.Действительно, для данных условий эксплуатации тепловой КПД увеличивается с Λ. Высокотемпературные регенераторы, в которых используются плетеные корзины или гексагональные насадки типа Фрейна, физически очень велики, а в некоторых случаях настолько велики, что они построены как неотъемлемая часть печи, с которой они должны работать. Это является следствием того, что насадка имеет низкое отношение площади поверхности к объему в диапазоне 20–30 м ^–1 . Требуемая большая площадь поверхности предполагает большой объем упаковки. На рис. 4 представлена ​​схема пары регенераторов в системе Сименс, например стекловаренная печь. В устройстве печи Каупера есть три или четыре регенератора, удерживаемых в сосудах цилиндрической формы, которые отделены от доменной печи, которую они должны обслуживать (см. Рисунок 5). Они все еще большие, возможно, 30 м в высоту и 10 м в диаметре.

2. С другой стороны, коэффициенты

   будет небольшим для насадок с низким отношением площади поверхности к объему, как описано выше.Следствием этого является то, что достаточно малые значения и ‘могут быть получены с использованием относительно больших времен цикла. Печи Cowper нередко работают с холодным периодом P ‘от 30 до 60 минут и горячим периодом P от 50 до 110 минут для трехкамерной конструкции: это включает в себя возможность реверсирования продолжительностью от 5 до 10 минут. минут за цикл. Точно так же регенераторы печей типа Сименс обычно работают с общим временем цикла около 40 минут.

Такие большие регенераторы обязательно дороги. В условиях высоких температур, когда газы относительно чистые, за последние десять лет стало обычным делом использовать регенеративную горелку . Здесь набивка регенератора состоит из керамических сфер, материалы которых выбраны в соответствии с условиями эксплуатации. Сферы обычно имеют диаметр 1–3 см, что дает соотношение площади к объему в 10 раз больше, чем, например, в массивных регенераторах для стекловаренной печи. Отношение площади к объему в диапазоне 100–300 м. ^–1 дает небольшие компактные регенераторы.Конкретный размер определяется нагрузкой M _f c _p , которую регенератор должен поддерживать. Слой высотой 0,6 м и диаметром 0,18 м не является редкостью, хотя слои меньшего или большего размера могут использоваться для различных тепловых нагрузок.

Потому что соотношения

будет больше для слоев керамических сфер с отношением площади поверхности к объему в диапазоне 100–300 м ^–1 , необходимо реверсировать регенераторы гораздо быстрее, чем в случае массивных высокотемпературных регенераторов. Горелки работают попарно; в жаркий период горячие выхлопные газы вытягиваются из печи, к которой прикреплена горелка, через слой сфер. Одновременно во время холодного периода другая горелка работает в топку, используя воздух для горения, предварительно нагретый регенеративным слоем. Регенераторы и их горелки переключаются через промежуток времени от 30 до 180 секунд. Комбинированную горелку и регенератор можно сделать наиболее компактной за счет включения регенератора в корпус каждой горелки.Небольшая газовая горелка непрерывного действия, используемая, например, в сталелитейной промышленности для отжига полосовой стали, может включать шесть или более пар таких горелок. Они могут работать в противофазе таким образом, что реализуется «очевидная» непрерывная работа, если в любой момент реверсируется только одна пара горелок.

Рисунок 4. Расположение пары регенераторов Сименс.

Регенераторы умеренных температур

При более умеренных температурах (400–600 ° C) обычно используются роторные регенеративные подогреватели воздуха. В таких регенераторах Ljungström цилиндрическая пористая насадка вращается вокруг своей оси (см. Рисунок 6). Упаковочные материалы часто изготавливаются из стальных листов с насечками для образования большого количества волнообразных каналов. Таким образом стимулируется турбулентный поток горячего и холодного газа, протекающего через регенератор, тем самым улучшая характеристики теплопередачи. Металлические листы расположены радиально в съемных блоках, удерживающих несколько таких листов, что облегчает быстрое и простое обслуживание.

Такое металлическое покрытие обеспечивает высокое отношение площади к объему, превышающее 200 м ^–1 . Тем не менее, они должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать соответствующие температуры, а также, возможно, агрессивные условия эксплуатации. Если, например, горячие отходящие газы имеют высокое содержание SO ₂ , для защиты стальной набивки при рабочих температурах ниже кислотной точки росы таких газов может использоваться поверхность нагрева, покрытая стекловидной эмалью.

Еще более высокое отношение площади к объему может быть достигнуто путем создания регенератора из набора секций секторной формы вязанной проволочной сетки из другого материала, в зависимости от температуры и других рабочих условий.Для температур на входе горячего газа 400 ° C можно использовать сетку из нержавеющей стали, а для температур до 800 ° C рассматривались керамические или глиноземные волокна. В регенераторах, требующихся выдерживать температуры на входе горячего газа 800 ° C или более, могут использоваться другие предварительно изготовленные сверхпрочные керамические набивки: здесь набивка может состоять из сот керамического материала, расположенных как попеременно плоские и волнообразные слои. Такие конструкции обеспечивают высокое отношение площади поверхности к объему, необходимое для достижения компактности конструкции регенератора и, в то же время, обеспечивают свободный проход для потока газов через регенератор.Они также достаточно прочные, чтобы выдерживать жесткие рабочие температуры и суровые условия эксплуатации.

Рис. 5. Эскиз кауперовской печи, используемой для предварительного нагрева воздуха в доменной печи для производства чугуна.

Снова коэффициенты

будет большим для описанных выше насадок роторного регенератора. Поэтому нередко набивка вращается со скоростью 2–3 оборота в минуту, что дает периоды нагрева / холода продолжительностью 30 секунд или меньше. Таким образом, генерируются небольшие значения Π и Π ‘, что способствует повышению эффективности регенератора на 80% и более.

Регенераторы с более низкой температурой

Работа регенераторов при низких (окружающих или даже более низких) температурах дает большую гибкость при выборе упаковочных материалов. В ротационных регенераторах для систем кондиционирования воздуха используются различные насадки, которые включают полиэтилентерефталатную пленку и гофрированную вязаную проволочную сетку. Такие насадки наматываются на шпиндель ротора, давая нагревательных колес различного диаметра от 1,25 до 2,5 м. Иногда используются гофрированные алюминиевые листы, а также различные сотовые конструкции (см. Рисунок 7).

Были разработаны различные насадки для рекуперации скрытой и удельной теплоты одного из газов. В их состав входят неметаллические и волокнистые насадки: они могут впитывать влагу, с одной стороны, но инертны по отношению к бактериальному заражению, с другой.

Для работы при очень низких температурах часто используются регенераторы с неподвижным слоем, где насадки состоят из слоев базальтовой или кремневой крошки или просто гравия.Гофрированные алюминиевые листы иногда используются там, где гофры проходят в чередующихся направлениях между листами, которые уложены друг на друга, создавая мелкие пересекающиеся каналы для свободного прохода газов. Однако такое расположение алюминиевых листов может оказаться слишком дорогим.

Рисунок 6. Схема роторного регенератора. (Любезно предоставлено Howden Sirocco Ltd., Глазго).

Рисунок 7. Соты.

Площадь поверхности нагрева, подверженная воздействию нагревающей / охлаждающей жидкости, м ²

а _с термодиффузанты насадки м ² / с

_p удельная теплоемкость жидкости при постоянном давлении Дж / кг · K

L Длина регенератора от входа до выхода жидкости м

М Масса упаковки «за» площадью поверхности, А кг

M _f Масса газа, остающегося в пустотах упаковки кг

массовый расход жидкости через регенератор кг / с

P Продолжительность жаркого периода с

P ‘продолжительность холодного периода с

T _f Температура жидкости K

T _с Температура твердой упаковки K

t раз с

y расстояние от входа в регенератор м

α коэффициент поверхностной теплоотдачи Вт / м ² K

Коэффициент объемной теплопередачи Вт / м ² K

δ толщина насадки регенератора м

κ _с Температуропроводность насадки м ² / S

λ _с теплопроводность насадки Вт / м K

Ом безразмерная продолжительность жаркого периода —

Ом ‘безразмерная продолжительность холодного периода —

ССЫЛКИ

Банке, Г. Д., Ховард, К. П. (1964) Влияние продольной теплопроводности на характеристики теплообменника с периодическим потоком, ASME Trans, серия A, Jour. Англ. для Power , апрель 1964.

Hausen, H. (1929) Über die Theorie des Warmeaustauches in Regeneratoren (Теория теплообмена в регенераторах), Z. angew. Математика, мех. , 9, июн 1929, 173–200 (перевод библиотеки RAE № 270, сентябрь 1948 г. У. Ширли), июнь 1929 г.

Hausen, H. (1942) Vervolistandigte Berechnung des Warmeaustausches in Regeneratoren (Улучшенные расчеты теплопередачи в регенераторах), Z.VDI-Beiheft Verfahrenstechnik, 2, 31–43, перевод Института черной металлургии, июнь 1943 г.

Hausen, H. (1976) Теплопередача в Counteijlmv, параллельный и поперечный поток . Английский перевод отредактировал А. Дж. Уиллмотт, McGraw-Hill.

Разелос П., Лазаридис А. (1967) Сосредоточенный коэффициент теплопередачи для периодически нагреваемых полых цилиндров, Int. J. Тепломассообмен , 10, 1373–1387. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (67)

-0

Факторы загрязнения в теплообменниках — ресурсы

Факторы загрязнения, которые должны использоваться при проектировании теплообменников, обычно указываются клиентом на основе его опыта эксплуатации установки или процесса.При неконтролируемом уровне загрязнения могут быть сведены на нет все преимущества тщательной конструкции теплообменника. Коэффициент загрязнения представляет собой теоретическое сопротивление тепловому потоку из-за накопления слоя грязи или другого загрязняющего вещества на поверхностях труб теплообменника, но они часто завышаются конечным пользователем в попытке минимизировать частоту. уборки. В действительности, если используется неправильный коэффициент загрязнения, очистка может потребоваться чаще.

Механизмы засорения различаются в зависимости от области применения, но в целом их можно разделить на четыре общих и легко идентифицируемых типа.

Общие типы обрастания

• Химические обрастания : когда химические изменения в жидкости вызывают осаждение слоя загрязнения на поверхности трубы. Типичным примером этого явления является образование накипи в чайнике или бойлере, вызванное отложением солей «жесткости» на нагревательных элементах, поскольку растворимость солей снижается с повышением температуры. Это выходит за рамки контроля разработчика теплообменника, но может быть сведено к минимуму путем тщательного контроля температуры стенки трубы в контакте с жидкостью.Когда возникает этот тип загрязнения, его необходимо удалить с помощью химической обработки или механического удаления накипи (проволочные щетки или даже дрели для удаления накипи или иногда струи воды под высоким давлением).
• Биологическое загрязнение : это вызвано ростом организмов внутри жидкости, которые откладываются на поверхностях теплообменника. Опять же, это находится вне прямого контроля разработчика теплообменника, но на это может повлиять выбор материалов, поскольку некоторые из них, особенно цветные латуни, ядовиты для некоторых организмов.Когда происходит этот тип загрязнения, его обычно удаляют с помощью химической обработки или механической чистки.
• Загрязнение отложениями : это когда частицы, содержащиеся в жидкости, оседают на поверхности, когда скорость жидкости падает ниже критического уровня. В значительной степени это находится под контролем разработчика теплообменника, так как критическая скорость для любой комбинации жидкость / частица может быть рассчитана, чтобы можно было разработать конструкцию с минимальными уровнями скорости выше критического уровня.Установка теплообменника вертикально также может минимизировать эффект, поскольку сила тяжести будет иметь тенденцию вытягивать частицы из теплообменника от поверхности теплопередачи даже при низких уровнях скорости. Когда возникает этот тип загрязнения, его обычно удаляют механической щеткой.
• Коррозионное обрастание : это когда слой продуктов коррозии накапливается на поверхностях трубы, образуя дополнительный слой, как правило, из материала с высокой термостойкостью. Путем тщательного выбора материалов конструкции влияние может быть сведено к минимуму, поскольку теперь производитель теплообменников может получить широкий спектр коррозионно-стойких материалов на основе нержавеющей стали и других сплавов на основе никеля.

Гофрированные трубы

Было показано, что использование гофрированных труб позволяет свести к минимуму эффекты, по крайней мере, двух из этих механизмов загрязнения: образование отложений из-за повышенного уровня турбулентности, возникающей при более низких скоростях, и химическое обрастание. Химическое загрязнение уменьшается, так как повышенные коэффициенты теплопередачи, создаваемые гофрированной трубкой, приводят к тому, что температура стенок трубки приближается к температуре основной жидкости рабочих жидкостей.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации

PPT — Тема 2: Основы теплообменников, Рекуперативные теплообменники Презентация PowerPoint

905 Рекуперация тепла газ-газ с пластинчатым теплообменником AA

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА

Просмотры сообщений:
81

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКОВОЙ СИСТЕМЫ

РЕФЕРАТ

Теплообменники могут быть сконструированы двумя способами: пластинчатого типа. Параллельный поток — горячая жидкость и охлаждающая жидкость движутся в одном направлении. Противоток: — Горячая жидкость и охлаждающая жидкость движутся в противоположном направлении. Поперечный поток: горячая жидкость и охлаждающая жидкость текут под углом 90 (перпендикулярно) друг другу.

Были идентифицированы четыре части теплообменника. Кожух из трубных листов Перегородки в однопроходных теплообменниках имеют жидкости, которые проходят друг через друга только один раз. Многопроходные теплообменники содержат жидкости, которые проходят друг через друга более одного раза за счет использования трубок и перегородок.В регенеративных теплообменниках используется одна и та же жидкость для нагрева и охлаждения. В безрегенеративных теплообменниках используются отдельные жидкости для нагрева и охлаждения.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

3. ПРОЦЕДУРА ИЗГОТОВЛЕНИЯ

4. ОБСУЖДЕНИЕ

5. ОБСУЖДЕНИЕ

0005.РЕКОМЕНДАЦИЯ

8. СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменник — это устройство, основной целью которого является передача энергии между жидкостями. (Дж. Р. Велти и Р. Э. Уитсон «Основы мгновенного тепломассопереноса», 2, ^{, изд.} , 1975 г.).

Существует много типов теплообменников, а именно кожухотрубный, трубчатый и пластинчатый теплообменники, спирально-пластинчатый теплообменник и т. Д.

В промышленных процессах тепловая энергия передается различными способами, включая теплопроводность, например, электрическое сопротивление, воду, теплопроводность, как в теплообменниках, котлах и конденсаторах, излучение, как в печи, сушилки лучистым теплом, а также специальные методы, такие как электрическое отопление. .

Теплообменник является очень важным агрегатом или системой в небольших отраслях промышленности, а также в перерабатывающих отраслях, конструкция которых была тщательно разработана. Разработчики теплообменников должны постоянно осознавать разницу между идеальным состоянием и реальными условиями механического выражения их конструкции и окружающей среды.Результат должен удовлетворять эксплуатационным требованиям процесса (таким как гибкость доступности и ремонтопригодность) и обеспечивать это экономически. Самый распространенный материал для теплообменника — углеродистая сталь.

Использование простого кожухотрубного теплообменника для объяснения процесса. Горячая жидкость течет через трубку, а холодная и более вязкая жидкость течет через кожух. Две жидкости собираются и охлаждаются принудительно конвективным воздухом, который подается вентилятором. Коэффициенты теплопередачи на межтрубной и межтрубной сторонах имеют сопоставимое значение, и оба они должны быть большими, чтобы достичь удовлетворительного общего коэффициента.Скорость и турбулентность жидкостей в межтрубном пространстве так же важны, как и скорость потока в трубе.

Целью этого проекта является ограничение эффективной системы теплообменников, которая на разумных основах поможет в проведении операций по передаче тепла в наших лабораториях и на малых предприятиях. Были учтены затраты на материалы и труд, а также время.

ЗАГРУЗИТЬ МАТЕРИАЛ ПРОЕКТА

СТРОИТЕЛЬСТВО ТЕПЛООБМЕННИКА ПРОИЗВОДСТВО ТРУБКИ И ОБОЛОЧКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

Поделиться:

• Нажмите, чтобы поделиться в Twitter (Открывается в новом окне, чтобы поделиться)
• (Открывается в новом окне)

Связанные

Теплообменники

Открытая левосторонняя навигация

Аэрокосмическая промышленность

• Учиться

  Закрыть боковую навигацию

  Узнать больше

  • Учиться

  • Подключенный самолет

    Закрыть боковую навигацию

    • Подключенный самолет

    • Авиакомпании и грузовые перевозки

    • Деловая авиация

    • Правительство и оборона

  • Вызовы

    Закрыть боковую навигацию

    • Вызовы

    • Мандаты встречи

    • Безопасность

    • Прогнозная статистика

    • Готовность к миссии

    • Эффективность

    • Продуктивность

    • Производительность

    • Время безотказной работы

    • Удобство и удобство использования

    • Комфорт

  • Поддерживаемые платформы

    Закрыть боковую навигацию

    • Поддерживаемые платформы

    • Авиакомпании и грузовые перевозки

    • Бизнес-джет

    • Защита

    • Авиация общего назначения

    • Вертолеты

    • Космос

    • БПЛА и городская авиамобильность

    • Самолеты по производителям

  • Программы

    Закрыть боковую навигацию

    • Программы

    • Приложения для подключения к кабине

    • Приложения для кабины пилотов и полетов

    • Приложения для обслуживания

  • Товары

    Закрыть боковую навигацию

.