Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Мазутный факел в прокалочных печах. Многие прокалочные печи отапливаются мазутом. Даже в тех случаях, когда снабжение газом не ограничивается, технологи придерживаются мнения о целесообразности использования мазута. Прокалочной печи требуется короткий, яркий и регулируемый факел. В этом случае, хотя использование пара более удобно, для распыливания мазута желательно использовать воздух. Можно использовать вентиляторный воздух, более дешевый по сравнению с компрессорным. В области исследования мазутных факелов значительный интерес представляют экспериментальные работы ВНИИ металлургической теплотехники, проведенные на стенде. Цилиндрическая камера сгорания имела внутренний диаметр 575 мм и длину 5,5 м, стенки были снабжены калориметрами и футерованы.
На скорость выгорания мазута, распыленного в прямоструйной форсунке паром, влияют следующие условия: качество дробления мазута на капли; условия смешения распыленного топлива с воздухом; наличие подвода тепла к корню факела; теплообмен факела с окружающей средой. Даже весьма тонкое распыливание мазута может растянуть горение, если плохо организовано смешение потока топлива с воздухом и затруднен теплоподвод к корню факела. Процессы горения в начале проходят на периферии факела. При смешении воздуха и топлива горение становится более равномерным по всему сечению. При коэффициенте избытка воздуха 1,03 значительное количество окиси углерода наблюдается на расстояниях свыше 15 калибров от среза горелки.
Как и в случае сжигания газа, максимальный нагрев кладки наблюдается в месте касания факела стенки печи. При закрутке потоков угол раскрытия увеличивается и максимум температуры кладки смещается к срезу форсунки.
На рис. 4.38 показано влияние закрутки воздушного потока в опытах с эмульсионными горелками. Как видим, более интенсивное смешение воздуха и мазута приводит к сокращению длины факела, что характерно для всех видов топлива. Увеличение избытка воздуха также укорачивает факел. Увеличение расхода мазута при прочих равных условиях, наоборот, увеличивает его длину.
Влияние конструкции форсунок на основные характеристики факела изучалось во многих работах. Проведено сопоставление многих горелочных устройств. Прямоструйная форсунка высокого давления дает наиболее длинный факел по сравнению с десятью другими. В случае необходимости качественного распыла мазута целесообразно использование акустических форсунок, которые при незначительных затратах энергии позволяют осуществлять мелкодисперсное и относительно монодисперсное диспергирование жидкостей.
Использование рециркуляционных мазутных форсунок, у которых испарение мазута достигается внутри горелочного камня за счет интенсивной цирку-
115
Рис. 4.38. Распределение относительной теплоотдачи по длине экспериментальной камеры при сжигании мазута в условиях: 1 — с закруткой воздушного потока; 2 — без закрутки воздушного потока
ляции продуктов горения, позволяет практически полностью сжигать мазут в пределах горелочного камня аналогично газовому топливу.
Роль рециркуляции среды в печах. На начальном участке вращающейся печи важную роль играет рециркуляция топочных газов. Во-первых, за счет этого к корню факела с продуктами горения подводится дополнительное количество тепла, обеспечивающее стабилизацию процессов горения. При этом выгорание топлива ускоряется и факел укорачивается. Во-вторых, рециркуляция вносит специфические особенности в конвективный теплообмен.
Исследование рециркуляции среды в цилиндрической камере с потоком вторичного воздуха, показало следующие особенности: стенки камеры ограничивают струю и вызывают рециркуляцию газов; на рециркуляцию влияет ограниченность количества вторичного воздуха.
Энергия вторичного воздуха (его импульс) может использоваться для более быстрого его смешения с центральной струей. Рис. 4.39, б иллюстрирует образование зоны рециркуляции на входном участке печи. Показанная осесимметричная картина течения сильно искажается в действующих печах из-за асимметрии начального поля скоростей потока вторичного воздуха даже в случае малых скоростей этого потока (2-3 м/с). Экспериментально показано, что расположение зон рециркуляции существенно изменяется. Структура потока вторичного воздуха зависит от формы и размеров головки печи.
На рис. 4.39, а изображено течение воды в модели печи. Вторичный поток среды входит в печь с вектором скорости, направленным вниз. Поэтому центральный поток (модель факела) прижимается к нижней стенке печи. В печи образуются две устойчивые и асимметричные зоны рециркуляции. Важную роль играет отношение скоростей первичного и вторичного потоков. Величина изменялась от 26,5 до 14,1. Она почти не влияет на зону рециркуляции под корнем факела. Но верхняя зона постепенно уменьшается до полного исчезновения.
При замене в модели воды на воздух картина в целом повторилась. При высоких отношениях скоростей потоков на конце факела образуется кольцевая зона рециркуляции. По мере уменьшения скорости центральной струи w сна-
116
Ь
Рис. 4.39. Образование зон рециркуляции на начальном участке цилиндрической камеры: а — модель агрегата с осесимметричным полем скоростей вторичного потока; б — поток газа с е симметричен, вторичного потока воздуха нет: 1 — центральный поток; 2 — вторичный поток воздуха (w,/w2 = 20; Dn = 9; Re = (3,4-8,0)-104)
