Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
При резком уменьшении размера выходного сечения горелки кривая изменения концентрации сажистых частиц идет более полого, но при а ->1 все равно намечается тенденция к более быстрому уменьшению этой концентрации. Таким образом, в условиях стендовых опытов (при относительно малых значениях D0) время пребывания относительно мало, вследствие чего возможен вынос сажистых частиц за пределы зоны стехиометрических концентраций и растягивание светящейся части пламени.
76
Рис. 4.28. Зависимость относительной концентрации сажистых частиц по оси факела цт/(цт)а _04 (отнесенной к концентрации \хт при ат = 0,4) от коэффициента расхода воздуха вдоль оси факела ат: 1 — Da = 0,05 м, w0 = 300 м/с, S = 2, Io0p = 15,4; 2 —1>0 = 0,6 м, w0 = = 100 м/с, S = 1 ,Ьав = 2,0; 3 — D0 = 0,01 м, w0 = 300 м/ c,H = 2,Lo0 р=15,4Р
На основании этого рассмотрения при огневом моделировании светящихся факелов необходимо ввести следующее условие подобия:
Ц„/(Ц„)„„,- 0.4
L = idem = 1,
(4.95)
где Lx = тмсх/тисх — стехиометрическое число (критерий) подобия, представляющее относительное время пребывания газов в
пределах зоны стехиометрических концентраций (отнесенное к времени пребывания для натуры), которое может быть определено по формуле (4.90) при С = С .
т сх
Опыты в Эймейдене были проведены в стендовых условиях, температура факела не превышала 1600-1700 °С. Необходимо оценить, какие изменения в ходе процесса выделения и выгорания сажистых частиц возникают в высокотемпературных агрегатах и печах, в которых температура факела достигает 1800-2000 °С. В этом направлении были проведены многочисленные опыты. В результате было показано, что при высоких температурах факела ход кривых изменения концентрации сажистых частиц по длине факела несколько круче, чем при более низких температурах. Однако, по данным исследований Б. С. Балабанова и В. Г. Лисиенко, коэффициенты в формуле (4.86) при этом отличаются не очень намного. Так, для газомазутного факела мартеновских печей получили значения:
А = 27,6(0,88/ос'т25 -1);
В = 0,6 при ат < 0,5;
В = 1,5 - 2,5ат при ат > 0,5
При высокой доле мазута в смеси с природным газом в формуле (4.86) получен равным а = 1,38.
(4.96)
ко эффициент а
77
Зная величину ц можно приближенно перейти к уередненной по еечению концентрации |i„:
Правомерность такой связи подкреплена опытами на промышленных факелах В. Г. Лисиенко и Б. С. Балабанова.
Формулы (4.86)-(4.89) справедливы для тех участков факела, на которых а > 0,4. Для близлежащих к выходному сечению горелки участков факела изменение концентрации сажистых частиц по длине печи рекомендуется находить из следующих соображений.
Для мазутного факела интегральный коэффициент поглощения в зоне наибольшей светимости факела (очевидно, при ат < 0,4)
К * 2,38 1/м.
С 5
Сравнивая это значение Кс с формулами (4.19) и (4.83), получаем:
ц0=--^(4.98)
(кпол -0,321)5 5
где ц — усредненная по сечению концентрация сажистых частиц, г/м3 (при нормальных условиях); S— длина луча (диаметр поперечного сечения факела), м.
При половинном угле раскрытия факела р/2 =14° (для нестесненного факела) можно в расчетах по формуле принять
S = 0,5x + D0. (4.99)
Полное описание изменения концентрации сажистых частиц по длине факела можно осуществить, таким образом, с помощью двух формул: до значения ат < 0,4 по формуле (4.98), а при ат > 0,4 по формуле (4.86). При этом для изменения ат по длине факела в условиях рабочего пространства печи автором рекомендуется та же формула (4.35), что и для аг, но в которой коэффициент р = тп находится путем подстановки вместо х значения 1а, рассчитанного или заданного. Естественно, при этом подставляется а = 1. Для не очень стесненного факела можно использовать формулу (4.90). Коэффициент аг в формуле (4.86) находится путем “стыковки” формул (4.86) и (4.98) при ат = 0,4. При этом переход от усредненного значения ц(| к |i0m осуществляем по формуле (4.97).
Для светящихся факелов природного газа (самокарбюрация в толстой струе или реформация) величины ц при ат « 0,4 могут быть оценены по значению
78
еф в пределах еф = 0,3+0,5 (меньшая величина при самокарбюрации. большая
— при реформации).
Величина ц(| (г/м3) при этом определяется по формуле В. Г. Лисиенко:
1-еф 14,381g—^ 1-е„
(4 Л 00)
где ег — степень черноты слоя, получаемая вследствие излучения газообразных продуктов сгорания.
Для высокотемпературных факелов природного газа величина коэффициента полидисперсности частиц сажи кпол « 1.
Формула (4.100) справедлива в диапазоне температур слоя Т = 1600-2800 К и концентрации ц(| = 0+50 г/м3 (при нормальных условиях).
В ряде случаев, стремясь упростить расчетные зависимости, прибегали к различным аппроксимациям кривой изменения концентрации сажистых частиц по длине факела. Так, в работах, проведенных под руководством В. Г. Лисиенко, рекомендовалось использовать полученную экспериментально кривую изменения степени черноты светящегося факела по длине печи и применять правило “сдвига”. Оно заключается в сдвиге экспериментальной кривой еф =/(х) вправо или влево по длине рабочего пространства печи (по оси х) на величину отклонения заданной длины пути подсоса от номинальной, соответствующей первоначально полученной кривой еф (см. рис. 4.13, в). Так, радиационные характеристики факела приближенно связывались с его длиной.
