Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
При постоянных расходах топлива и окислителя справедливы соотношения:
К к
G'r(x) = fpuCfdr = const, М(х) = fpurdr = const.
о о
Принудительная подача воздуха увеличивает конвективный перенос в при-
осевой части рабочего пространства, и уровень скоростей оказывается выше,
273
Рис. 4.114. Зависимость восстановленной концентрации и выгорания топлива от расстояния до среза сопла при различных значениях параметра спутности: 1 — выгорание топлива; 2 — восстановленная концентрация для / = 0,39; 3,4 — то же для / г = 10-4
следовательно, поскольку поток восстановленной массы горючего постоянен, среднеинтегральное значение С/ в приосевой области должно быть ниже. С другой стороны, при принудительной подаче воздуха вследствие уменьшения поперечных градиентов скорости интенсивность турбулентной диффузии уменьшается, а потому поперечный профиль Сг', который во входном сечении имеет ступенчатый характер, деформируется медленнее. Следовательно, значения Сг' на оси в этом случае могут быть выше, чем для свободной подачи воздуха, что проявляется в присопловой части факела (рис. 4.114).
Для регулирования длины факела используются двухканальные горелки, в которых поток горючего газа может перераспределяться между центральным и кольцевым соплами. Проведен расчет факелов двухканальной горелки с равной площадью сечения центрального и кольцевого сопла при изменении доли подачи газа по кольцевому каналу от 0 до 100 % с сохранением общего расхода топлива постоянным. Наиболее интенсивное выгорание топлива происходит при подаче 100 % газа по кольцевому каналу, что объясняется большей, чем при центральной подаче газа, поверхностью контакта между топливом и окислителем при сохранении максимальной начальной скорости газа. Длина факела составляет 12 м (240d0), т. е. 65 % от длины факела при подаче всего газа по центральному каналу. Наибольшая длина факела достигается при равном распределении топлива по каналам. В этом случае работа горелки приближена к работе односопловой горелки с соплом в два раза большей площади.
Температура на оси факела, выгорание топлива и конфигурация факела для указанных крайних случаев приведены на рис. 4.115. На рис. 4.116 показана
274
Рис. 4.115. Температура на оси, выгорание топлива для двухканальной горелки с регулируемой длиной факела:
а — факел минимальной длины; б — максимальной: 1 — нормированная температура (777^) на оси; 2 — выгорание топлива; 3 — внешняя и внутренняя границы фронта пламени (r/R ), х, м
Рис. 4.116. Зависимость длины факела, м, от доли горючего газа, поступающего по кольцевому каналу, %
зависимость длины факела от доли топлива, поступающей по кольцевому каналу.
Метод расчета газодинамики печи в натуральных переменных был применен для определения коэффициента гидравлического сопротивления системы холодильник - печь, величина которого зависит от наличия настылей на стенках печи, потерь па трение, высоты слоя материала в пересыпном бункере, поворотов потока воздуха с одновременным изменением сечения в сочленении холодильника с печью. Расчет по известным формулам приводит к значительной погрешности, поэтому для расчета использованы результаты моделирования факела.
Граничные условия для потока воздуха не фиксируются, а пересчитываются на каждой итерации по формуле Бернулли:
uj=.
2(ДР. + Рп)Т
Ро
275
где и. — скорость воздуха в данной точке входного сечения печи; АР. — разрежение в данной точке входного сечения печи; р0, Т0 — плотность и температура воздуха при нормальных условиях.
Гидравлическое сопротивление воздухопровода определяется выражением:
Рв=-(Рр + Рг) +(4.266)
Известны результаты расчетов при различных скоростях истечения и гидравлического сопротивления. Определенный из экспериментальных данных коэффициент расхода воздуха 1,1 достигается при гидравлическом сопротивлении 8,0 Па. По полученным данным и измеренному значению разрежения из формулы (8) определяем ?,(?,= 124,2).
Полученное значение Е, следует использовать для определения гидравлического сопротивления при другом расходе топлива или замене горелки. Математическое моделирование сложного теплообмена во вращающейся печи основано в данной работе на зональном методе расчета с выделением на каждом участке по длине печи зон кладки, слоя материала и газа. Из расчета факела в качестве исходных данных взяты выгорание топлива и степени черноты газовых объемов по участкам печи, полученные интегрированием концентрации на конечно-разностной сетке в пределах каждого участка. В качестве начального приближения используются среднеинтегральные по участкам температуры газового потока.
Показано, что достаточно учитывать теплообмен излучением лишь в рамках рассматриваемого участка и двух соседних с ним (триадная модель). Принято, что температура слоя постоянна в любом поперечном сечении, а скорость эндотермических реакций разложения материала и испарения определяется результирующим тепловым потоком на материал.
Нелинейная система уравнений теплового баланса зон решена методом Ньютона относительно температур с пересчетом матричных коэффициентов на каждой итерации.
