1.2.1.4 Регенеративные аппараты непрерывного и периодического действия
В регенеративных аппаратах теплообмен осуществляется с помощью неподвижной или перемещающейся твердой поверхности, называемой насадкой. Насадка регенеративных аппаратов выполняется из керамических материалов, кирпичей, металлических листов, шаров и т.д.
В регенераторах с неподвижной керамической насадкой теплоноситель нагревается до высоких температур. В регенераторах с металлической насадкой подогрев теплоносителя лимитируется температурой жаростойкости металла. Регенераторы могут работать по принципу периодического (РГПД) и непрерывного (РГНД) действия.
Схема регенератора периодического действия, используемого в мартеновском производстве, представлена на рисунке 1.48.
РК – рабочая камера, ЛРГ и ПРГ – левый и правый
регенераторы, ПК – перекидной клапан
Рисунок 1.48 – Схема регенераторов
мартеновской печи
При работе мартеновской печи через каждые 3-5 минут происходит изменение направление движения газовых потоков (реверсирование). В первый период в левый регенератор подается воздух, который нагревается до температуры 900-1200˚С и подается в рабочую камеру для сжигания топлива. Продукты сгорания топлива из рабочей камеры подаются в правый регенератор, насадка которого нагревается в течение первого периода. Во второй период с помощью перекидного клапана направление движения газовых потоков меняется.
В качестве материала насадки регенератора используется огнеупорный кирпич: шамотный, высокоглиноземистый, магнезитовый, муллитовый (рисунок 1.49).
Рисунок 1.49 – Насадка регенератора из
огнеупорных кирпичей
К недостаткам РГПД относится громоздкость аппарата, сложность в эксплуатации, изменение температуры воздуха в течение периода подогрева и, как следствие, колебание температуры в рабочей камере (формула 5.8).
На рисунке 1.50 приведена схема регенеративного подогревателя непрерывного действия РГНД.
1 – корпус, 2 – ротор с насадкой, 3 – вал ротора,
4 и 5 – воздушное и газовое окно
Рисунок 1.50 Схема регенератора системы
Юнгстрем
Вращающаяся насадка выполнена из профилированных листов, что позволяет получить большую поверхность теплообмена в единице объема аппарата. Скорость вращения ротора составляет 3-6 оборотов в минуту.
К достоинствам аппарата относится компактность и постоянство температуры подогрева воздуха. К недостаткам РГНД этого типа следует отнести сложность конструкции, расход электроэнергии на вращение ротора, ограничение температуры подогрева воздуха жаростойкостью профилированных металлических листов, перетекание воздуха в продукты горения топлива (газы) через зазоры между корпусом и ротором. Последнее приводит к необходимости увеличения мощности как вентилятора, так и дымососа.
Другим типом регенеративного теплообменника с перемещающейся насадкой является регенеративный аппарат с промежуточным твердым теплоносителем (рисунок 1.51).
ПГ – продукты горения, ХВ и ГВ –холодный и горячий воздух
1 – камера нагрева воздуха, 2 – камера охлаждения ПГ, 3 – ложное дно,
4 – вращающийся диск, 5 – пневмоподъемник (эрлифт),
6 – перемещающаяся насадка (керамическая, металлическая)
Рисунок 1.51 – РГНД с промежуточным твердым
теплоносителем
К недостаткам РГНД с промежуточным твердым теплоносителем относятся высокие требования к герметичности камер нагрева и охлаждения, сложность конструкции, истирание шаров насадки, износ трактов подачи твердого теплоносителя.
Задача теплового расчета регенераторов заключается в определении поверхности и массы насадки.
Порядок расчета регенератора с неподвижной насадкой следующий (рисунок 1.48).
1. За
период нагрева 
насадка поверхностью F воспринимает тепло:
, (1.100)
где 
- средние за период нагрева температуры греющего
теплоносителя и насадки,
- суммарный
(конвекция и излучение) коэффициент теплоотдачи за первый период.
Это тепло воспринимается
насадкой, температура которой возрастает на 
.
, (1.101)
где 
- толщина кирпича,
- теплоемкость и
плотность материала насадки,
- коэффициент
аккумуляции (0,2-0,9).,
2. В
период охлаждения 
насадка передает
тепло нагреваемому теплоносителю:
, (1.102)
где 
- средние за период охлаждения температуры греющего
теплоносителя и насадки,
- коэффициент теплоотдачи
за второй период.
3. В целом за весь цикл количество переданного тепла равно:
. (1.103)
Коэффициент теплопередачи определяется методом нестационарной теплопроводности:
, (1.104)
где 
- эмпирический коэффициент, равный 2,2-3,5 (для кирпичной
кладки 
).
Коэффициент 
определяется отдельно
для горячего и холодного концов насадки и затем усредняется.
Для регенератора с вращающейся насадкой (системы Юнгстрем) коэффициент теплопередачи равен:
, (1.105)
где 
- коэффициенты, учитывающие долю поверхности нагрева,
находящуюся в потоке теплоносителя,
- коэффициент,
учитывающий непостоянство температуры во времени.