Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
363
Перенос тепла в кладке печи происходит вследствие теплопроводности. Существуют два варианта ее описания. Наиболее распространено предположение, согласно которому кладка работает в условиях стационарного режима. При расчете потерь через футеровку дополнительно к основному упрощающему допущению полагают, что между сыпучим материалом и закрытой им поверхностью кладки существует только радиационный теплообмен. Предполагают также, что для системы кладка-нагреваемый материал можно использовать расчетные соотношения, полученные для системы двух бесконечных параллельных поверхностей, разделенных диатермичной средой.
При необходимости детального анализа тепловой работы футеровки полагают, что перенос тепла в ней происходит в результате нестационарной теплопроводности. Считают также, что на границе раздела сыпучий материал - кладка тепло переносится только контактной теплопроводностью, и температура поверхности футеровки равна температуре материала. Изменение температуры внутренней поверхности футеровки во времени носит циклический характер. Время цикла равно времени полного оборота печи. Условно его делят на два периода. В первом периоде поверхность кладки находится в контакте с газовой фазой и постепенно нагревается, получая от нее тепло излучением и конвекцией. Ко второму периоду относят время ее контакта с нагреваемым материалом, в течение которого температура поверхности кладки остается постоянной. Анализ данных расчета поля температур кладки, полученных при решении уравнения теплопроводности с использованием численных методов, показал, что колебания температуры во времени происходят на определенном расстоянии от поверхности футеровки, получившем название глубины проникновения тепловой волны. Колебания температуры, достигающие на внутренней поверхности барабана при входе и выходе ее из-под слоя шихты нескольких сотен градусов, распространяются на глубину порядка 1-5 см. Чем ближе к поверхности, тем выше термонапряжения, возникающие в кладке и тем больше вероятность ее разрушения (сколы, трещины и пр.).
В настоящее время существуют надежные методы расчета параметров теплового и температурного режимов работы вращающихся печей, основанные на использовании ЭВМ. Однако из-за большой сложности и недостаточной изученности механизма теплопереноса в условиях многочисленных технологических процессов анализ тепловой работы конкретных технологических агрегатов базируется в основном на изучении эмпирических данных и оценке тепловых балансов печей.
Температурный режим работы вращающихся печей не меняется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса, и в значительной мере определяется химическим и фракционным составом перерабатываемых материалов. Обычно его выбирают опытным путем и организуют таким образом, чтобы в печи строго соблюдался график нагрева шихты, зада-
364
ваемый по технологическим данным. В качестве примера может быть рассмотрен режим достаточно хорошо изученных печей, применяемых для спекания шихты на глиноземных заводах. В этих печах до температур порядка 550 °С происходят общие для всех вращающихся печей процессы сушки и удаления гидратной влаги, и далее — в интервале 550-1200 °С —реакции образования растворимых соединений алюминия, свойства которых во многом зависят от температурного режима спекания. В процессе нагрева шихта проходит в печи четыре условно выделенные температурные зоны, постепенно превращаясь в спек.
В первой зоне, длина которой составляет около 30 м, происходит нагрев материала от 20 до 300 °С, сопровождающийся его сушкой и обезвоживанием. Температура газов на этом участке печи меняется соответственно от 200 до 700 °С. Длина второй зоны достигает 15-17 м. В ней материалы нагреваются до 900 °С при полном разложении карбоната кальция и изменении температур топочных газов по длине зоны от 700 до 1400 °С. Третья зона расположена в области интенсивного горения топлива (факела). Температура газов здесь максимальна: 1600-1650 °С. Шихта в этой зоне нагревается до 1200-1250 °С и спекается. В четвертой зоне происходит охлаждение спека до 1100 °С.
При неизменном во времени температурном режиме работы печи ее производительность определяется толщиной слоя и физико-химическими свойствами находящегося в нем материала. В среднем по отрасли она составляет 12 т/ч спека.
2.4.2. Нагрев сыпучего материала в обжиговой вращающейся печи
Рассмотрим применение метода математического моделирования для расчета тепловой работы обжиговой вращающейся печи. Вращающаяся печь для обжига сыпучих и кусковых материалов — современный механизированный теплотехнический агрегат, широко применяемый в черной и цветной металлургии, строительной, химической и огнеупорной промышленности.
Постановка задачи. Вращающаяся печь (рис. 4.145) представляет собой длинный барабан 1 (отношение длины к диаметру 1/Dk = 15н-50), опирающийся при помощи бандажей 5 на опорные ролики. Печь устанавливается с уклоном -4—6° к горизонту. Вращение печи осуществляется при помощи венцовой шестерни 6 от электродвигателя через редуктор. В верхний (левый) торец барабана, входящий в пылевую камеру 3, производится подача через загрузочный желоб 7 исходного материала, подвергаемого обработке. Нижний торец барабана входит в откатную головку 2, в которой установлено газогорелочное устройство 4. Вращающаяся печь — это пламенная проходная печь противо-точного типа.
