Пикашов
В.С., Великодный В.А.
Интенсификация теплообмена и экономия топлива в пламенных
печах и других агрегатах путем нанесения покрытий на футеровку с высокой
излучающей способностью.
В простых случаях теплообмена
собственное излучение поверхности согласно закона Стефана-Больцмана прямо
пропорционально возрастает с увеличением излучательной способности (E)
поверхности. Это широко используется на практике для регулирования теплообмена
путем нанесения на поверхность соответствующих покрытий повышающих или
понижающих E поверхности [1].
Однако, во многих случаях, например, в
пламенных печах, где присутствует сложный теплообмен, т.е., излучение
поверхности (футеровки) зависит и от собственного излучения, излучения,
отраженного от других поверхностей и пламени, конвекции к поверхности от
пламени и газов, а также потерь тепла теплопроводностью через футеровку в
окружающую среду.
В пламенных печах ранее принималось, что
они работают в режиме чисто радиационного теплообмена и серого излучения, при
этом предполагалось, что конвективная составляющая от газов к футеровке
незначительна и равна потерям тепла в окружающую среду. Поэтому, эффективное
излучение (собственное плюс отраженное) от футеровки не зависит от её E [2]. Позже было показано, что если учитывать
селективность излучения продуктов сгорания при чисто радиационном теплообмене
повышением E футеровки можно повысить эффективность
теплообмена на 2-3% [3].
Нами на
основе анализа различных моделей теплообмена впервые теоретически,
экспериментально в лабораторных условия и в промышленности на многих объектах
доказано, что изменение E поверхности в зависимости от параметров сложного
теплообмена может увеличить тепловой поток к нагреваемой поверхности, уменьшить
его и, в частном случае, не оказывать влияния.
Нами был разработан огнеупорный состав для
нанесения на огнеупоры, поверхности которых имеет низкую E [4]: высокоглиноземистый бетон, шамот,
магнезит и другие. Как показали эксперименты, покрытие позволяет повысить E с 0,4 до 0,8 при температуре 1500 °С [5,6].
Проведены сравнительные опыты по измерению
излучения от поверхности чашеобразной и плоскопламенной горелок с
рассекателями. Вначале с исходной поверхностью, а затем покрытой составом [7].
Измерялись нормальные и полусферические тепловые потоки по радиусу от
поверхностей при различных расходах газа. При увеличении расхода газа
возрастала конвективная составляющая к поверхности горелки. Получено, что с
увеличение расхода газа от 5 до 35 м3/ч излучение от поверхности
возрастает от 3,6 до 24% для чашеобразной горелки и от 8 до 40% для
плоскопламенной. При этом, при одних и тех же расходах газа температура поверхности
падала на 15-30 градусов.
Разработки были внедрены на многих тепловых
агрегатах заводов Украины, стран СНГ и ПНР. Наибольший эффект получен на печах,
работающих в режиме косвенного направленного теплообмена, т.е., когда пламя
стелется по футеровке. Так, на десятках печей производства этилена,
оборудованных плоскопламенными горелками, получена экономия газового топлива
15-30%.
Экспериментально показано, что повышение E пода в отопительных котлах в летнее время,
когда котлы работают периодически дает отрицательный эффект – расход топлива
увеличивает на 1,5-2%. В зимний период, когда котлы работают непрерывно,
получен эффект 2-3%. На колпаковой печи для отжига металла, которая работает в
нестационарном режиме, повышение E футеровки показало отрицательный эффект. Это
можно объяснить увеличенным расходом тепла при большей E на нагрев футеровки.
Также за рубежом повторили наши
исследования, разработали свои составы, повышающих E поверхности.
Таким образом, в зависимости от видов
теплопереноса, их характера и соотношения увеличение E поверхности может повышать или понижать
эффективное излучение футеровки. Поэтому, прежде чем изменять E поверхности, необходимо выполнить расчеты, используя
соответствующую модель теплообмена.
Литературные источники:
1. 1. Абрамович Б.Г.,
Гольштейн В.П. Интенсификация теплообменя излучением с помощью покрытий – М.:
Энергия, 1977-256 с.
2. 2. Глинков М.А.,
Глинков Г.М. Общая теория печей. 2-е издание. М.: Металлургия, 1967-439с.
3. 3. Невский А.С.
Влияние отражательной способности кладки на величину радиационного теплообмена
// Теплофизика высоких температур. – 1973. -11-№5.-с.1031-1036.
4. 4. Пикашов В.С.,
Еринов А.Е., Великодный В.А. и др. Авт. св-во, СССР, №947141, приоритет ст. 29.
11. 1979г., зареестр. 01.04.1982г.
5. 5. Пикашов В.С.,
Еринов А.Е., Великодный В.А., Полетаев Я.Б. Интенсификация теплообмена в
пламенных печах путем увеличения степени черноты обмуровки // Пром.
Теплотехника.-1980.-2,№4.-с.117-121.
6. 6. Великодный В.А.,
Пикашов В.С. Исследование радиационных характеристик покрытия для чернения
кладки печей // Пром. Теплотехника.-1985.-7,№3.-с.102-105.
7. 7. Пикашов В.С.,
Еринов А.Е., Великодный В.А. и др. Влияние степени черноты огнеупоров на
эффективность излучения радиационных горелок // Химическая
технология.-1982.-№1-с.32-35.
| 
