Особливості застосування теплоакумулюючих елементів з фазовим переходом в регенеративних теплообмінниках скловарних печей

Abstract

Підвищення температури повітря горіння в регенеративних теплообмінниках є одним з найбільш ефективних засобів підвищення ККД скловарних печей та зниження витрати палива в них. Величина втрат із димовими газами в печах залишається доволі високою і становить 25–40 %. Внаслідок цього виникає питання у модернізації утилізаторів димових газів скловарних печей, мета якої – збільшення кількості відібраної теплоти від димових газів без суттєвої зміни габаритних розмірів, а також аеродинамічних характеристик теплообмінників. Одним із таких заходів є використання теплоакумулюючих елементів з фазовим переходом в насадці регенераторів. Особливістю таких матеріалів є наявність «залишкової» теплоти фазового переходу, тобто така насадка буде отримувати та передавати більше теплоти на цю величину в порівнянні з традиційною. Однак при вирішенні цього завдання виникає питання вибору плавкої вставки, яка б задовольняла умовам роботи насадки регенеративних теплообмінників скловарних печей. В роботі проаналізовані теплофізичні властивості деяких неорганічних речовини, характеристики яких дозволяють використовувати їх в якості плавкої вставки для елементів насадки. Однак, на даний момент, практичного використання для високотемпературних установок (регенеративні теплообмінники доменних печей металургійного виробництва) набули неорганічні сполуки сульфату барію BaSO₄ та сульфату натрію Na₂SO₄ в поєднанні із магнезитовими та периклазовими вогнетривами. Такі матеріали показали хорошу температурну стабільність та стійкість при циклічних теплових навантаженнях. Дослідження можливості використання матеріалів з фазовим переходом для теплоакумулюючих елементів насадок пов'язано з необхідністю математичного моделювання складних теплообмінних процесів в робочому просторі регенеративних теплообмінників за умов квазістаціонарного режиму їх роботи. Тому остаточні висновки щодо ефективності модернізації регенеративних теплообмінників шляхом використання насадки з фазовим переходом можливо зробити тільки за результатами додаткових досліджень, в яких буде визначено вплив цілого комплексу різних факторів, що впливають на експлуатаційні характеристики теплоакумулюючих елементів даної конструкції.

Increasing the air temperature in regenerative heat exchangers is one of the most effective means of increasing the efficiency of glass furnaces and reducing their fuel consumption. The value of losses with flue gases in furnaces remains quite high and amounts to 25–40 %. As a result, the question arises in the modernization of flue gas utilizers of glass furnaces, the purpose of which is to increase the amount of heat extracted from flue gases without a significant change in overall dimensions, as well as the aerodynamic characteristics of heat exchangers. One such measure is the use of heat storage elements with a phase change in the packing of regenerators. A feature of such materials is the presence of «residual» heat of the phase transition, i.e., such a packing will receive and transfer more heat by this amount compared to the traditional one. However, when solving this problem, the question arises of choosing a fusible material that satisfies the operating conditions of the packing of regenerative heat exchangers of glass furnaces. The paper analyzes the thermophysical properties of some inorganic substances, the characteristics of which make it possible to use them as a fusible material for packing elements. However, at the moment, inorganic compounds of barium sulfate BaSO₄ and sodium sulfate Na₂SO₄ in combination with magnesite and periclase refractories have acquired practical use for high-temperature installations (regenerative heat exchangers of blast-furnace metallurgical production). Such materials have shown good thermal stability and stability under thermal cycling. The study of the possibility of using materials with a phase transition for heat storage elements of packings is associated with the need for mathematical modeling of complex heat exchange processes in the working space of regenerative heat exchangers under conditions of a quasi-stationary mode of their operation. Therefore, the final conclusions about the effectiveness of the modernization of regenerative heat exchangers by using packing with a phase change can only be made based on the results of additional studies, which will determine the influence of a whole complex of various factors that affect the performance of heat storage elements of this design.