3. Нагревание горячей водой

Вода как нагревающий агент по сравнению с паром имеет ряд недостатков.

Коэффициент теплоотдачи ее ниже, чем у пара; температура ее снижается вдоль поверхности теплообмена, что ухудшает равномерность нагрева и затрудняет его регулирование.

Горячую воду получают в водогрейных котлах, обогреваемых топочными газами, и в паровых водонагревателях – бойлерах.

Она применяется для нагревания до температуры менее 100 ⁰С. В некоторых случаях для обогрева применяют конденсат водяного пара.

Нагревание перегретой водой применяется при давлениях, достигающих критического – 225 атм., которому соответствует температура 374 ⁰С. Однако такой обогрев дорог и сложен, поэтому в настоящее время применяется редко, в основном в процессах, связанных с получением полимерных материалов. Но и в этой отрасли такой нагрев вытесняется нагревом другими высокотемпературными теплоносителями.

4. Нагревание топочными газами

Дымовые, или топочные газы – наиболее давно применяемый нагревающий агент. Они не потеряли своего значения и в настоящее время, т.к. позволяют производить нагрев до высоких температур (1000 ⁰С – 1500 ⁰С) при небольшом давлении. Они применяются и для нагрева через стенку промежуточных теплоносителей, и для нагрева материалов путем непосредственного контакта.

Главные недостатки топочных газов: неравномерность нагрева, сложность регулирования температуры нагрева, низкие коэффициенты теплоотдачи, загрязнение материалов продуктами неполного сгорания топлива.

Из-за низкой удельной теплоемкости газов велики их объемные расходы , транспортирование требует значительных затрат, поэтому их используют непосредственно на месте получения.

Получают топочные газы, сжигая топливо. Наиболее дешев и эффективен, в этом смысле, природный газ, запасы которого огромны в России.

Нагревание топочными газами производится в печах.

При таком нагревании часть тепла передается за счет теплового излучения; часть – за счет конвективного переноса тепла. Расход топлива В при нагреве топочными газами определяют по уравнению:

где Q_П – потери тепла, состоящие из потерь в окружающую среду, потерь на недожог топлива и на диссоциацию газов; I₁ и I₂ – энтальпии газов на входе и выходе печи.

В промышленности строительных материалов наибольшее значение имеет нагрев топочными газами неподвижного зернистого материала, подвижного зернистого материала, движущегося навстречу потоку газов, а также нагрев кипящего слоя. Примером первого вида нагрева может служить сушка и обжиг кирпича, обжиг извести, обжиг магнезита и т.п.; второго — обжиг клинкера и керамзита во вращающихся печах; третьего — обжиг любых мате­риалов в кипящем слое.

При движении газов через неподвижный кипящий слой теплообмен зависит от формы и размера зерен, свойств материала, свойств теплоносителя, температур теплоносите­ля и материала и т.д.

Для расчета теплоотдачи экспериментально получено следу­ющее эмпирическое уравнение теплообмена:

Это уравнение справедливо при R_e = 50—2000.

Здесь ( d_э – эквивалентный диаметр зернистого слоя):

В кипящем слое теплообмен протекает очень интенсивно. Однако расчет теплоотдачи здесь сильно затруднен из-за сложности определения истинной температуры, истинной поверхности теплообмена. Поэтому наблюдаются большие расхождения результатов различных экспериментов

Теплообмен в кипящем слое складывается из конвективного переноса тепла от топочных газов к твердым частицам и переноса тепла за счет теплопроводности внутри самих частиц Переносом тепла излучением здесь можно пренебречь, так разность температур между газом и твердыми частицами очень мала.

Количество тепла Q, переданного в единицу времени ожидающего агента к твердым частицам, определяется по уравнению теплоотдачи:

где F — поверхность теплообмена, равная поверхности частиц в слое. ,

Здесь α (или является функцией, в основном, скорости газов и, следовательно, модифицированного критерия Рейнольдса где w₀ – фиктивная скорость газа, d – диаметр частиц, е — порозность слоя.