Нагревание парами высококипящих жидкостей

Для нагревания до температур выше 150–170ºС вместо водяного пара высоко давления используют пары высококипящих органических жидкостей или ртути.

Из органических жидкостей наиболее распространена дифениловая смесь (73,5% дифениловго эфира и 26,5% дифенила). Но вследствие большой плотности паров смеси количество тепла, выделяющееся на единицу объема пара, для дефинильной смеси и воды практически одинаково. Дифенильная смесь горюча, но взрывобезопасна и незначительно вредное влияние на организм человека.

Ртуть не горюча, но весьма токсична.

Пары высококипящих жидкостей получают в паровом котле, обогреваемом топочными газами, и направляют в теплообменник, где они конденсируются. Конденсат возвращается в паровой котел.

При нагревании горячими жидкостями чаще всего применяется циркуляционный способ обогрева. По этому способу находящийся в замкнутом пространстве жидкий нагревающий агент циркулирует между печью или другим аппаратом, где он нагревается, и теплообменником, в котором он отдает полученное в первом аппарате тепло. Таким образом, нагревающий агент не расходуется, а служит лишь переносчиком тепла от печи к теплообменнику. Нагрев горячего теплоносителя в печи соответствует его охлаждению в теплообменнике (если пренебречь незначительными потерями тепла) и составляет – 10ºС.

Циркуляция может быть естественной или принудительной.

Естественная циркуляция происходит за счет разности плотностей: нагретый охлаждающий агент вследствие меньшей плотности поднимается вверх и поступает в теплообменник, где он охлаждается, и затем снова возвращается в печь. Для обеспечения циркуляции теплообменник должен быть расположен выше печи на 4 – 5 м; однако скорость циркуляции незначительна (около 0,2 м/сек).

Принудительную циркуляцию осуществляют помощью насоса. При этом отпадает необходимость в подъеме аппарата и возможны более высокие скорости циркуляции, что ведет к повышению коэффициента теплоотдачи. В то же время установки с принудительной циркуляцией вследствие наличия циркуляционного насоса сложнее и менее надежны в эксплуатации, чем установки с естественной циркуляцией.

Другой способ нагревания горячими жидкостями заключается в применении обогревательных бань,представляющих собой аппараты с рубашками, заполненными жидкими нагревающими агентами. Рубашка нагревается топочными газами, с помощью электрообогрева или змеевика, по которому пропускается пар высокого давления.

При нагревании горячими жидкостями нагревающими агентами служат обычно вода или высококипящие органические жидкости.

Горячая вода, подогреваемая в водогрейных котлах (обогреваемых топочными газами) или в теплообменниках бойлерах, обогреваемых паром, используется для нагревания до 130–150ºС. Но в таких условиях предпочтительнее нагревание водяным паром. Иногда вода под давлением, близким к критическому (225 ат),применяется для нагревания до 300–350ºС по циркуляционному способу. Такой способ нагревания, называемый обогревом перегретой водой,связан с использованием высоких давлений, что усложняет установку и сильно ограничивает возможность применения различных типов теплообменных аппаратов. Как нагревающий агент вода чаще всего употребляется в виде отброснойгорячей воды, например, конденсата из выпарных аппаратов или других теплообменных устройств. Использование конденсата для нагревания целесообразно особенно в тех случаях, когда его по каким-либо причинам нельзя возвращать в котельную.

Нагревание горячими газами

Горячие топочные газы, образующиеся при сжигании топлива, применяют для нагревания до сравнительно высоких температур (от 400 до 700 – 3000ºС).

Схема обогрева топочными газами показала на рис. 1.

Топочные газы получаются в топке 1, в которой сжигается топливо и куда подается необходимый для горения воздух. Из топки газы поступают в камеру смешения 2, в которую подается воздух для разбавления газов и снижения их температуры. Регулированием подачи воздуха в камеру смешения устанавливается необходимая температура газов перед обогреваемым аппаратом. Пройдя обогреваемый аппарат 3, где они, охлаждаясь, отдают тепло, газы отсасываются дымососом 4 и выбрасываются в атмосферу.

Недостатками этого способа обогрева являются:

1) низкий коэффициент теплоотдачи;

2) малая объемная удельная теплоемкость газов,что вызывает необходимость пропускания значительных объемов газа;

3) неравномерный обогрев, так как отдача тепла газами связана с их охлаждением;

4) трудность регулирования обогрева;

5) загрязнение нагреваемого вещества (при передаче тепла непосредственным соприкосновением).

Вследствие большого объема и высокой температуры газов транспортирование их затруднительно и сопряжено с потерями тепла; поэтому топки для получения топочных газов располагают в непосредственной близости от обогреваемого аппарата.

Кроме топочных газов, полученных в специальной топке, часто используют отработанные газы (от печей, котлов и т.д.) с температурой 300–500ºС. Так как при применении отработанных газов не требуется дополнительного расхода топлива, использование их для нагревания весьма рационально даже в том случае, если газы приходится транспортировать на некоторое расстояние.