Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Степень черноты светящегося пламени (факела) зависит от ряда факторов: а) от свойств топлива, главным образом от выхода летучих веществ (твердое топливо), или от содержания в нем углеводородистых соединений и смол (газообразное топливо); б) от подготовки топлива перед сжиганием, например, при сжигании мазута — от степени его по^ догрева и тонкости распыливания, при сжигании пылевидного топлива— от тонкости его помола; в) от способа смешения топлива с воздухом, т. е. от конструкции форсунок или горелок и режима их работы; г) от конструкции топочного пространства и режима его работы, от эффективной толщины газового слоя, от температуры, от интенсивности циркуляции газовых потоков и от других условий.
При расчете все эти факторы трудно оценить. Приближенно считают, что степень черноты факела ег складывается нз степеней черноты светящейся ег.ов н невидимой частей его ег.н.св‘-
Ер = ШЕр.св4" (1—7Л)вг.н.св> (5"2)
где т — опытный коэффициент, учитывающий долю заполнения топочного объема светящимся факелом (определяется по графику ЦКТИ); ег.н.св—степень черноты сгоревших газов,
•г.н.с. = 1 — ; (5-3)
здесь kr — коэффициент ослабления лучей трехатомными газами СОа и НгО; Рп — парциальное давление этих газов; s — эффективная толщина излучающего слоя.
Степень черноты светящихся газов
«г.Св=1-*-*0Л (5-4)
где ксв=кггп+ксаж, причем по эмпирической формуле ЦКТИ
^.« = 0,0055(3,9 —о) (1,67’о.г10-* —0,5) (5-5)
здесь а — коэффициент избытка воздуха в толке; Ср/Нр — отношение масс углерода
и водорода в рабочей массе топлива.
5-3. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПЕЧАХ С БОЛЬШИМ ОБЪЕМОМ СВОБОДНОГО РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА
В рабочем пространстве печи имеет место сложный теплообмен всеми способами: лучеиспусканием, конвекцией (соприкосновением) и теплопроводностью (рис. 5-3). Эти способы теплообмена проявляются одновременно и сочетаются друг с другом; так, конвекция тепла в газах и жидкостях идет одновременно с теплопроводностью (кондукцией), лучеиспускание имеет место одновременно с конвекцией (радиационно-конвективный теплообмен) , или с теплопроводностью (радиационно-кондуктивный теплообмен). Тепло от раскаленных газов передается как непосредственно поверхности нагреваемых изделий лучеиспусканием и конвекцией, так и своду, стенам и поду печи (также лучеиспусканием и конвекцией). Внутренняя. поверхность огнеупорной кладки печи, нагреваясь, передает тепло лучеиспусканием поверхности материала Рнс. 5.3. Схема тепЛообмена в камер-через слой движущихся газов, частич- ной печи.
7—1393 97
Горелка.
Лучеиспускание Теплопроводность Конвекция
но поглощающих это тепло. Таким образом, свод, стены и под играют роль вторичных излучателей. Часть тепла, идущая от газов к своду, стенам и поду, проходит через кладку вследствие ее теплопроводности и теряется в окружающую среду. Изделия соприкасаются с подом печи» и от раскаленного пода тепло отчасти передается также и путем теплопроводности. Наконец, внутрь йагреваемых изделий тепло передается посредством теплопроводности.
Количество тепла, полученное нагреваемым материалом от газов и от кладки:
Qr^Ql + QL+QL’ (5'6>
где QP — тепло, переданное [материалу от газов лучеиспусканием;. Q“M — тепло, переданное материалу от газов конвекцией; Q*M — тепло, переданное материалу от кладки лучеиспусканием.
Свод печи и другие ее ограждения представляют собой как бы рефлектор: кладка поглощает энергию, излучаемую газами, и в свою очередь посылает лучистую энергию на нагреваемый материал. Роль поверхностей косвенного нагрева определяется слагаемым . В металлургических печах излучение кладки в практических условиях может составить 40—60% общего количества тепла, полученного материалом.
5-4. РЕЖИМЫ ТЕПЛООБМЕНА В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ
Режимы внешнего теплообмена в печах по М. А. Глинкову {J1. 2] делят на радиационный, конвективный и слоевой. Если речь идет о радиационном нагреве, то это означает лишь, что лучистый теплообмен имеет превалирующее значение, но одновременно с ним осуществляется и конвективный теплообмен; то же можно сказать и о конвективном нагреве.
Радиационный нагрев в свою очередь делится на три вида: 1) равномерно распределенный теплообмен (рис. 5-4,а), когда падающие тепловые потоки от факела (пламени) на кладку Qr.K и на поверхность, нагреваемого материала Qr.M равны между собой, температурное поле и излучательные свойства факела равномерны во всем объеме; 2) направленный прямой теплообмен (рис. 5-4,6), когда ¦Qr.M>Qr.K и 3) направленный косвенный теплообмен, когда Qr.M<Qr.R (рис. 5-4,в). Поскольку лучеиспускание тесно связано с конвекцией, то правильнее говорить о радиационно-конвективном нагреве, т. е. разделение его имеет условный характер. Поэтому падающие потоки рассматриваются как сумма лучистой и конвективной составляющих.
На рис. 5-4 показаны изменения температуры и скорости газов дл» двух случаев сжигания газа: 1 — в объеме и 2 — в пристенном слое (что важно при направленном косвенном теплообмене).
Роль отдельных видов теплообмена может быть различной. Так, если конвекцией на материал передано всего 10% тепла, то суммарная роль конвекции в теплоотдаче к изделиям может составить 65%, так как тепло, переданное конвективно кладке, трансформировано в тепло, переданное лучеиспусканием от кладки к изделиям. В разных печах по-разному реализуются режимы нагрева. Так, в плавильных печах выгоднее использовать радиационный прямой направленный теплообмен,, когда светящийся факел обладает настильностью, т. е. направляется на шихту. В нагревательных печах в зоне высоких температур выгоднее направленный косвенный теплообмен, когда сильно разогревается кладка свода специальными плоскопламенными горелками, расположенны-98
