aitvd curs 8 curs9

7/31/2019 Aitvd Curs 8 Curs9

1/12

AGREGATE SI INSTALATII TERMICE D.N./CURS

CURS NR 8

4.3 Tipuri constructive de recuperatoare de cldur

Criteriile principale de clasificare a recuperatoarelor sunt dup felultransferului de cldur de la gaze la perete i dup natura materialului de construcie.

Dup felul transferului termic recuperatoarele pot fi :- convective, la care transferul de cldur de la gaze la perete are loc,

preponderent, prin convecie ;

- prin radiaie, la care acest transfer se face, mai ales, prin radiaie.Dup natura materialului din care sunt construite recuperatoarele pot fi:- metalice, care sunt construite din produse metalice (evi, table, piese turnate);- ceramice, care sunt nzidite din produse refractare.Recuperatoarele metalice pot fi att convective ct i prin radiaie, n timp ce

recuperatoarele ceramice sunt; de regul, convective.Att recuperatoarele metalice ct i cele ceramice se prezint ntr-o varietate

destul de mare de tipuri constructive.Principalele tipuri constructive de recuperatoare metalice convective sunt:

recuperatoarele din evi netede din oel i recuperatoarele din elemente turnate, cuproeminene aciculare i termobloc.

4.3.1.Recuperatoare metalice

4.3.1.1. Recuperatoare din evi netede din oel

La aceste recuperatoare suprafaa de transfer termic este constituit din pereiiunui fascicul de evi, cele doua fluide circulnd unul printre evi, iar cellalt prin evi.evile sunt din oel carbon obinuit sau din otel aliat, cu proprieti refractare,laminate. Sortimentul dimensional cuprinde diametre ntre 15 i 100 mm i grosimide perete ntre 1,5 i 5 mm. Asamblarea evilor cu plcile tubulare se face prin sudaresau mandrinare, oferind o bun etanare. Asamblarea plcilor tubulare frontale cucarcasa lateral se face cu uruburi, etanarea realizndu-se cu garnituri din azbestlegtura dintre una dintre plcile frontale cu carcasa se face prin intermediul unorcompensatoare de dilatare, elastice.

Recuperatoarele din evi de oel se folosesc la diverse cuptoare de nclzire.Temperatura maxim de intrare a gazelor n recuperator este n jur de 900C, iar aerulse prenclzete la maximum 600C. Din cauza semifabricatelor uzuale folosite la

construirea lor precum i a tehnologiei de execuie relativ simple, acest tip derecuperatoare este destul de rspndit.

1


2/12


Recuperatoarele din evi se realizeaz cu cureni ncruciai, cu dou sau patruramuri de ncruciare, de obicei n contracurent. Pot fi amplasate n canale de fumverticale i orizontale.

Recuperatoarele amplasate n canale de fum verticale se prezint n dou tipuriconstructive de baz :

-cu evile verticale, prin ele circulnd gazele, iar aerul, n cureni ncruciai,printre evi (fig.7.7.) ;

Fig.4.7. Recuperator cu evi verticale, cu patru treceri.

- cu evile orizontale, aerul circulnd prin fasciculul de evi, care formeaz

ramurile de ncruciare, iar gazele circulnd printre evi (fig.4.8.).

Fig.4.8. Recuperator cu evi orizontale, montat n canal de fum vertical

Primul tip este propriu recuperatoarelor mari, iar al doilea mai multrecuperatoarelor mici (asociate cuptoarelor mici), acestea putnd fi amplasate

2


3/12


deasupra cuptorului. La recuperatoarele mari, de primul tip, circulaia gazelor se face,de regul, de sus n jos, iar la celelalte, evident, n sus.

Recuperatoarele amplasate n canale de fum orizontale au evile montate npoziie vertical, formnd de obicei numai dou ramuri de ncruciare. i aici suntdou tipuri de baz :

- recuperatoare cu evi drepte (fig.4.9.), la care fasciculele de evi ce formeazcele dou ramuri comunic, la partea inferioar, printr-o cutie de distribuie, cutiilecolectoare, de intrare i ieire a aerului, fiind la partea superioar.

Fig.4.9. Recuperator cu evi verticale drepte , montate n canale de fum orizontale.

- recuperatoare cu evi curbate n form de U (fig.4.10.).Recuperatoarele cu evi curbe sunt foarte simple, ca execuie i exploatare ; ele

sunt compuse din elemente puine (dou cutii colectoare, placa tubular i fascicululde evi), nu necesit compensatoare de dilatare din cauza curburii evilor, iarmontarea n canalul de fum i scoaterea nu prezint complicaii.

Fig.4.10. Recuperator cu evi n form de U, montate n canale de fum orizontale.

evile recuperatoarelor pot fidispuse n rnduri decalate (dispunere neichier,fig.4.11., a) sau n rnduri aliniate (dispunere n paralel, fig.4.11., b). Dispunerea neichier determin o turbulen mai mare a circulaiei fluidului printre evi,

determinnd i o cretere a valorii coeficientului de transfer termic prin convecie lasuprafaa exterioar a pereilor evilor; de aceea acest mod de dispunere este preferatceluilalt.

3


4/12


La recuperatorul reprezentat n figura 4.7.(care este n contracurent), la parteasuperioar, pe unde intr gazele, s-a prevzut o seciune, mai mic, de intrare a unuidebit redus de aer rece, seciune ce are scopul de a proteja evile i placa tubularcontra supranclzirilor periculoase (aici apar temperaturile cele mai ridicate). Aerul

prenclzit n aceast seciune la o temperatur mai sczut dect a celui ce strbate

partea de baz a recuperatorului se amestec apoi cu cellalt, formnd un amestec detemperatur potrivit.

Fig.4.11. Dispunerea evilor:a) n rnduri decalate(eichier); b) n rnduri aliniate (paralele);

Recuperatoare cu proeminene aciculare

Constau din nite tuburi turnate din font ale cror perei prezint proemineneaciculare, de fapt nite aripioare, fie pe ambele pri fie numai pe o parte.

Prezena proeminenelor confer acestor recuperatoare o arie a suprafeei detransfer termic mai mare, iar construcia turnat din font asigur o rezistentermomecanic mai mare i, deci, temperaturi de lucru destul de ridicate, mai alescnd tuburile sunt turnate din font refractar.

Recuperatoarele aciculare sunt constituite din tuburi de seciune ovalprevzute cu flane la ambele capete care permit asamblarea n paralel a mai multortuburi, care formeaz o trecere, precum i asamblarea cutiilor de distribuie i acutiilor-racord de admisie i evacuare a aerului. Aerul circul prin interiorul tuburiloriar gazele printre tuburi, realizndu-se o circulaie ncruciat.

Suntdou feluri de tuburi: unele cu proeminene pe ambele fee, deci n contactatt cu aerul ct i cu gazele iar altele cu proeminene numai la interior, deci ncontact cu aerul. Acestea din urm au avantajul c suprafaa neted, exterioar, ncontact cu gazele, este mai puin expus depunerilor de funingine i praf.

Forma i dimensiunile tuburilor, precum i a proeminenelor sunt tipizate saustandardizate. n fig.4.12. este reprezentat un element tubular cu proemineneaciculare.

4


5/12


Fig.4.12. Element tubular cu proeminene aciculare.

n fig.4.13. este reprezentat un element tubular cu recuperator acicular.Proeminenele de pe suprafaa interioar sunt dirijate longitudinal, dup direcia isensul circulaiei aerului i au aceleai dimensiuni i dispunere, n timp ce

proeminenele exterioare difer, la cele dou tipuri de elemente, ca dimensiuni idesime. Aceasta difereniere este determinat de tendinele de depuneri diferite pecare le manifest produsele deardere ale diferiilor combustibili: la gazele curate cususpensii puine, decicu pericolul cel mai redus de depunere, se folosesc tuburi cu

proeminene exterioare dese, iar la gazele bogate n suspensii care prezint pericolulde depuneri masive cu formare de crust se potrivesc tuburile fr proemineneexterioare. Evident c proeminenele exterioare sunt dirijate perpendicular fa de axatubului, dup direcia de circulaie a gazelor. Pentru fiecare tip de tub, caracterizat

printr-o anumita seciune i mod de dispunere a proeminenelor, se prevd anumitelungimi.

Fig.4.13. Element tubular curecuperator acicular.

Recuperatoarele aciculare se construiesc n una din urmtoarele scheme:

5


6/12


7/12


Pe lng avantajele artate la nceput, recuperatoarele aciculare prezint iunele neajunsuri cum ar fi etaneitatea sczut (din cauza numrului relativ mare dembinri ntre flanele tuburilor), depunerile de funingine i praf pe tuburi, precum i

pierderile de presiune ale fluidelor n recuperator mai mari. Pentru a se asigura oetanare mai bun, ntre suprafeele n contact ale mbinrilor se pun garnituri de

etanare rezistente la temperaturile de regim. Totui pierderile de aer n acesterecuperatoare variaz ntre 3...5 % lacele mici i 20. . .30 % la cele mari. ntructdepunerile de pe tuburi reduc transferul de cldur, recuperatoarele aciculare trebuiesa fie curate periodic.

Recuperatoare termobloc

Recuperatoarele termobloc sunt blocuri paralelipipedice turnate din font sauoel i care sunt strbtute de dou fascicule de alezaje reciproc perpendiculare, unul

dup direcie vertical prin care circul gazele i cellalt, orizontal, prin care circulaerul. Prin urmare sunt schimbtoare de cldur cu cureni ncruciai simplu (mai rarcu dou ramuri pe partea aerului).

Recuperatoarele termobloc se execut prin montarea a dou fascicule de evi,reciproc perpendiculare, ntr-o carcas paralelipipedic din tabl i care se umpleapoi, prin turnare, cu font sau oel. De asemenea sunt construcii la care se monteaznumai fasciculul de evi orizontal, pentru aer, iar canalele pentru gaze au seciunedreptunghiular, fiind realizate cu ajutorul unor miezuri (fig.4.16).

Fig.4.16. Recuperator termobloc.

Recuperatoarele termobloc se caracterizeaz printr-o rezisten termomecanicmare; pe baza datelor rezultate din exploatare se poate estima c, la o temperatur deintrare a gazelor n recuperator de 800. . .1000C, durata de funcionare fr reparaie

7


8/12


9/12


Un dezavantaj al recuperatoarelor metalice prin radiaie l constituie faptul cgazele prsesc recuperatorul cu temperaturi destul de ridicate, rezultnd, nconsecin, un grad redus de recuperare.

Cel mai simplu tip de recuperator metalic prin radiaie const, n principiu dindoi cilindri concentrici, confecionai din tabl, ce1 exterior fiind izolat termic fa de

mediul ambiant cu material termoizolant (fig.4.17.). Gazele circul prin tubul central,iar aerul prin spaiul inelar dintre cei doi cilindri. Gazele cedeaz cldur prin radiaiecilindrului interior care, la rndul su o transmite, prin convecie, aerului. O parte dincldura primit de cilindrul interior este radiat la cilindrul exterior care retransmite o

parte aerului, restul pierzndu-se spre exterior. ntruct fluxul termic transmis aeruluide cilindrul exterior este practic neglijabil, se poate considera c nclzirea aeruluieste unilateral.

Pentru intensificarea transferului termic recuperatoarele din tuburi concentricese construiesc din trei cilindri concentrici care realizeaz nclzirea bilateral a

stratului de aer, gazele circulnd prin cilindrul central precum i prin spaiul inelardintre cilindrul exterior i cel mijlociu (fig.4.18.).Dimensiunile uzuale, mai importante, ale recuperatoarelor din cilindri

concentrici sunt: diametrul cilindrului interior - 600. . .1 600 mm , limea spaiuluiinelar de circulaie a aerului - 10...70 mm ,grosimea tablei cilindrilor - 4. . .6 mm.Lungimea recuperatoarelor este funcie de parametrii funcionali (debite,temperaturi). Unele recuperatoare pot ajunge i la lungimi de 10 m fapt ce pune,innd cont de dispunerea vertical a recuperatorului, probleme mai dificile derezisten stabilitate i compensri de dilataii termice.

Recuperatoarele prin radiaie se prezint ca schimbtoare de cldur cu cureniaproximativ paraleli, n echi- i contracurent. S-a constatat c cele n contracurent nudetermin o cretere sensibil a temperaturii finale a aerului, n schimb creteapreciabil temperatura maxim a peretelui. n schimb nclzirea bilateral a aerului

are ca urmare o intensificare apreciabil a transferului termic, rezultnd o scderesubstanial a lungimii recuperatorului.

9

Fig.4.17. Schema recuperatorului prinradiaie cu nclzire unilateral.

Fig.4.18. Schema recuperatorului prinradiaie cu nclzire bilateral.


10/12


11/12


Produsele refractare din care se construiesc recuperatoarele manifest tendinde reinere a depunerilor de pe suprafeele n contact cu gazele, ceea ce face necesarcurirea periodic a recuperatorului.

Fig.4.20. Recuperator sistem Chapman-Stein:a- aer; b- vederea unui bloc ceramic; c- vedere parial

Una dintre marile neajunsuri ale recuperatoarelor ceramice este etaneitatea lorredus. Chiar la nzidiri bine executate i cu mortare corespunztoare se manifestetaneiti relativ reduse care duc la pierderi de aer, pierderi ce cresc cu mrimea

presiunii de insuflare a aerului. Din acest motiv la cuptoarele echipate curecuperatoare ceramice se prevd arztoare cu aer aspirat, aspiraia aerului dinatmosfer i circulaia acestuia prin recuperator fiind asigurat de tirajul natural i dedepresiunea din tubul amestector al arztorului. Ca urmare viteza de circulaie aaerului este redus. Recuperatoarele ceramice sunt nzidite din blocuri fasonate saudin piese tubulare.

La recuperatoarele din blocuri fasonate canalele de circulaie a fluidelor rezultdin nzidirea alturat i suprapus a blocurilor care au formcorespunztoare acestuiscop. De exemplu la recuperatorul reprezentat n figura 4.20 (sistem Chapman-Stein),

blocurile sunt strbtute de patru canale verticale, iar feele laterale au concaviticilindrice. Prin nzidire, canalele din blocuri formeaz traseul vertical pentru aer, iar

concavitile genereaz canalele orizontale pentru gaze, rezultnd un recuperator cucureni ncruciai cu dou treceri pe traseul gazelor. Pierderile de presiune pe traseulaerului fiind mici, aerul este aspirat prin recuperator datorit tirajului natural i aefectului de ejecie din arztor. Ca urmare, diferena din presiunea aerului i cea agazelor fiind micii, se mbuntete etaneitatea recuperatorului. Vitezele uzuale decirculaie prin recuperator sunt : pentru aer woa 1 m/s, iar pentru gaze wog 0,5m/s. Acest fel de recuperator prenclzete aerul la 500. . .550C temperatura deintrare a gazelor fiind de 850...950C. Temperaturile sunt limitate de proprietileamotei din care sunt confecionate blocurile. Se folosete la cuptoarele cu propulsie

pentru nclzirea aglelor n vederea laminrii.Recuperatoarele tubulare, cele mai rspndite, au ca elemente constructiveprincipale nite buce de seciune ortogonal (sau ptrat), confecionate din

11


12/12

aitvd curs 8 curs9

Documents