1. Анализ накопителя тепла в установках RTO

▍ Определение и функции накопителя тепла
Накопитель тепла, также называемый тепловым наполнителем, является ключевым компонентом установки RTO. Он выполняет роль теплообменника, аккумулируя и передавая тепло. Когда холодные выхлопные газы проходят через горячий накопитель, он отдает накопленное тепло, нагревая газы до требуемой температуры предварительного нагрева, при этом сам охлаждается (холодный цикл). Предварительно нагретые газы поступают в камеру сгорания, и после реакции горячие очищенные газы проходят через холодный накопитель. Накопитель поглощает тепло очищенных газов, охлаждая их, при этом сам нагревается (горячий цикл).

К материалу и структуре накопителя тепла в RTO предъявляются строгие требования:

1. Термостойкость: Поскольку рабочая температура Сотовые керамические регенератор обычно составляет 750–950 °C, материал накопителя должен выдерживать температуры до 1200 °C, поэтому обычно используется керамика.

2. Теплоемкость: Способность аккумулировать тепло зависит от массы, плотности (ρ) и удельной теплоемкости (Cp) материала. Следует выбирать материалы с высокой плотностью и высокой удельной теплоемкостью.

3. Теплопроводность: Необходима хорошая теплопроводность для эффективной передачи тепла.

4. Термостойкость (сопротивление термическому удару): Способность выдерживать циклические перепады температур.

5. Механическая прочность: Для сохранения целостности при рабочих нагрузках.

6. Химическая стойкость: Устойчивость к коррозии под действием компонентов выхлопных газов.

7. Геометрия: Конструкция должна обеспечивать достаточное проходное сечение, равномерное распределение газа, низкое гидравлическое сопротивление и максимально возможную удельную площадь поверхности для увеличения эффективной площади теплообмена.

8. Стоимость и срок службы: Важны экономические аспекты. Срок службы керамических седловидных колец должен составлять 5 лет, а керамических сотовых наполнителей — 10 лет. При этом цена керамических седловидных колец составляет лишь около 1/5 от цены сотовых керамических наполнителей, что дает первым преимущество в соотношении цена/качество.

▍ Требования к материалу накопителя тепла
Материалы накопителей тепла обычно делятся на две категории: керамика и металлы. Металлы (сталь, алюминий и др.) применимы только в условиях низких или умеренных температур. Учитывая высокую рабочую температуру RTO, металлы не подходят. Напротив, керамические материалы демонстрируют превосходную термостойкость, окалиностойкость, коррозионную стойкость, достаточную механическую прочность и экономическую эффективность. Поэтому керамика является основным материалом для накопителей тепла в RTO.

На практике в RTO используются различные керамические материалы: глина, корунд, муллит, циркон, алюминат титана, кордиерит и др. Сотовые накопители чаще всего изготавливают из кордиерита и муллита, а шаровые и обычные керамические наполнители — в основном из оксида алюминия (или высокоглиноземистых материалов) и муллита. С учетом эксплуатационных характеристик и экономических факторов муллитовая керамика является оптимальным выбором.

▍ Основные эксплуатационные характеристики распространенных керамических материалов
Такие керамические материалы, как муллит и кордиерит, обладают отличной термостойкостью и коррозионной стойкостью. Характеристики различных керамических материалов представлены в таблице ниже, где муллитовая керамика демонстрирует свои выдающиеся свойства при высоких температурах:

Геометрические характеристики седловидных колец, а также физико-химические свойства керамических материалов (плотность, удельная теплоемкость, термостойкость) оказывают значительное влияние на производительность установки RTO.

Данные подтверждают превосходные свойства муллитовой керамики. Благодаря своей выдающейся термостойкости и превосходной коррозионной стойкости, муллит стал основным широко используемым керамическим материалом в установках RTO.

▍ Структура и геометрические характеристики накопителя тепла
В современных конструкциях накопителей тепла широко применяется сотовидная керамика благодаря высокой тепловой эффективности и низкому гидравлическому сопротивлению. Использование керамики и сотовой структуры значительно повышает тепловую эффективность RTO. Распространенные формы керамических накопителей тепла включают шары, седловидные кольца, трубки, многослойные пластины (или гофрированные листы) и сотовые блоки. В частности, сотовые керамические накопители могут иметь ячейки различной формы: круглые, треугольные, квадратные, шестиугольные. При оценке производительности накопителя тепла основное внимание уделяется его тепловой эффективности и потере давления газового потока, которые тесно связаны со структурой, размерами и материалом накопителя.

Кроме того, на рынке появились новые типы сотовых керамических наполнителей. Благодаря инновационной конструкции и передовым технологиям производства, эти новые накопители тепла значительно улучшили эксплуатационные характеристики и срок службы, став предпочтительным выбором для установок RTO.