Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Смесь топлива с первичным воздухом взрывоопасна. Пределы взрывоопасности для природного газа — от 4,5-5,0 до 14,0-15,0 %; для мазута — 1-10 % (масс.); для угольной пыли — 0,1-2,0 кг/кг воздуха, причем наиболее опасна концентрация 0,5 кг/кг воздуха, или 0,65 кг/м3.
Во избежание быстрого выхода из строя горелки топливо должно воспламеняться на расстоянии 0,5 м от среза сопла для природного газа и 0,25 м — для угольной пыли. Если есть опасность перегрева продукта в зоне обжига или спекания, то ось горелки должна точно совпадать с осью печи. Существенны отклонения оси горелки даже на 2-3°.
На рис. 4.36 показаны схемы трех типов горелочных устройств при сжигании газового топлива с первичным холодным воздухом, которые используются в практике отопления вращающихся печей. Априори трудно рекомендовать
107
Рис. 4.36. Способы организации диффузионного факела природного газа: а — закручен внешний поток воздуха; б — закручен внутренний поток газа; в — закрутка потоков отсутствует
лучшую схему для конкретной печи. Необходимо учитывать многие факторы, и только после тщательного анализа тепловой работы агрегата выбирать наилучшую схему. Важно проследить изменение характеристик факела: его длины, светимости, настильности, положения максимума температур и других — при переходе от одной схемы к другой.
Исследования факела и опыт работы показывают, что при переключении от схемы на рис. 4.36, а к схеме на рис. 4.36, в максимумы тепловыделения и температур смещаются в глубину туннеля, т.е. удаляются вниз по потоку газов. При этом закрутка газа оказывает гораздо меньшее влияние по сравнению с таковой воздуха (для природного газа), хотя первая и вторая схемы имеют место на практике. Конструктивно, а также благодаря наличию запаса потенциальной энергии газа, проще организовать закрутку последнего.
Интенсификация процессов смешения газа и воздуха необходима для повышения локальных тепловыделений в единице объема и увеличения температуры в данной зоне. Она является мощным рычагом управления параметрами факела.
На практике чаще используется схема изображенная на рис. 4.36, в, дающая ярко выраженный диффузионный факел, длину которого при заданной мощности и определенных параметрах печи определяет диаметр газового сопла. Факел имеет фронт горения в виде относительно тонкого слоя на границе струй воздуха и газа, по обе стороны от фронта проходят струйные течения и диффузионные процессы.
На рис. 4.37 показаны типичные характеристики факела по длине печи. Скорость горения топлива определяет поле удельной мощности тепловыделения (кривая 2) и содержание С02 в продуктах сгорания (кривая 1). Эти данные необходимы для расчета теплообмена в таких печах по зональным методам.
Контроль за положением максимума скорости горения можно вести по уровню ультрафиолетового излучения. Экспериментально было показано, что скорость выгорания топлива вполне отражает уровень ультрафиолетового излучения (кривая 3), определяемого, главным образом, высвечиванием возбужденных радикалов СНХ.
В печах спекания глиноземсодержащих шихт и цементных печах требуется удлиненный факел. Дополнительные средства удлинения факела заключают-
108
со2, %
Рис. 4.37. Характеристики топливного факела по его длине: 1 — концентрация СО,, %; 2 — скорость выгорания, пропорциональная изменению концентрации С02 на единицу длины; 3 — интенс! н ультрафиолетового излучения, имп/с
ся в ряде искусственных приемов, например, в примешивании части отходящих газов к воздуху или подаче уловленной пыли в факел. Подача пыли, кроме того, увеличивает производительность печей до 15 % и выше. Следует иметь в виду возможность недожога топлива при чрезмерном удлинении факела.
При скоростной киносъемке газового факела установлено, что факел в хвостовой части разорван на клочки-вихри, величина которых соразмерна с диаметром факела. При этом пробы газа могут показать содержание кислорода до
6 %. В случае быстрого охлаждения газов в печи скорости реакций горения замедляются, и уходящие газы могут содержать горючие компоненты при наличии свободного кислорода.
Длина факела в условиях ограниченного пространства. Вопросы оценки длины факела рассмотрены в п. 1.1.2. Течение, возникающее в замкнутом пространстве, может быть описано уравнениями Навье-Стокса и непрерывности —дифференциальными уравнениями в частных производных с условиями движения, зависящими от времени. При этом вязкость зависит от координаты. Ввиду сложности математического аппарата, пока практически используются только физические модели.
Во вращающихся печах условия сжигания топлива отличаются от условий образования свободного факела в неограниченном объеме. В печах, имеющих форму длинного цилиндра, дополнительно действуют два фактора: ограничение в развитии факела со стороны стенок печи и подача первичного и вторичного воздуха с определенной скоростью и температурой, что приводит, с одной стороны, к интенсификации процессов смешения, а с другой, — к растягиванию факела за счет более высокой температуры вторичного воздуха. В прямоструйных горелках центральная газовая струя движется в спутном коаксиальном потоке первичного воздуха. Обе струи почти затоплены в медленно движущемся потоке вторичного воздуха. На начальном участке газовой струи доминирует струйная турбулентность, поэтому в начале факел развивается по законам спутных, а затем — затопленных струй. По поводу спутных
