Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
107
5-7. НАПРАВЛЕННЫЙ КОСВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕН
Косвенный направленный теплообмен является новым методом интенсификации внешнего радиационно-конвективного теплообмена в нагревательных1 печах. Схема печи, в которой используется указанный принцип, дана на рис. 5-10. На своде печи установлены высокоэффективные плоскопламенные радиационные горелки. Факел и продукты горения движутся плоскими струями с большей скоростью вдоль поверхности
свода. Тем самым создаются благоприятные условия для интенсивной конвективной теплоотдачи от греющих газов к кладке свода. В то же время хороший контакт факела с высоконагретой поверхностью обеспечивает быстроту и полноту горения топлива. Тепло, воспринятое кладкой свода, практически передается одним излучением к поверхности нагреваемого материала.
Можно пренебречь тепловыми потерями во внешнюю среду и считать, что прямая конвективная теплоотдача от факела к нагреваемой поверхности отсутствует. Тогда результирующее тепло, полученное материалом при стационарном состоянии, составит:
где Спр — приведенный коэффициент лучеиспускания, определяемый по формуле
фк.м — угловой коэффициент от кладки на нагреваемую поверхность; ем — степень черноты нагреваемого материала; Т'г и Т"г — абсолютные температуры газов в зоне горения (собственно горящий факел) и зоне теплообмена (слой газов между факелом и нагреваемой поверхностью) ; е'г и е"г—соответствующие степени черноты газов; Ткл и Ти — температуры кладки и материала; ак — коэффициент теплоотдачи конвекцией от факела к кладке..
5-8. ВНЕШНИЙ ТЕПЛООБМЕН В ПЛОТНОМ (ФИЛЬТРУЮЩЕМ),
ПАДАЮЩЕМ И КИПЯЩЕМ СЛОЕ МАТЕРИАЛА
Нагрев кусков в слое по 3. Ф. Чуханову можно рассматривать как внешнюю задачу только при значениях критерия Био Bi<0,6-f-1,0. Напомним, что критерий Bi=aKaa/2A,M, где d3 — эквивалентный диаметр кусков (мож-108
Горелки
Рис. 5-10. Схема проходной печн для нагрева металлических заготовок из цветных металлов (с косвенно направленным радиационным нагревом).
Г аК (Г. Гкл)(1 екл) — /Т _ \*
но считать rf8 примерно на 25% больше размера кусков) ; — коэффи-
циент теплопроводности материала; ак — коэффициент конвективного теплообмена.
При продувании неподвижного (фильтрующего) слоя материала излучающими газами теплообмен идет преимущественно конвекцией, так как из-за малых толщин слоя газов в зазорах роль излучения незначительна. Ввиду переменного сечения зазоров вдоль хода газов скорость газов будет пульсирующей, что способствует турбулизации потока. Коэффициент теплоотдачи конвекции ак по В. Н. Тимофееву определяется по следующим формулам:
iNuCn=0,106Recn (при ReCn<200); (5-35)
NUcn=,0,61Reca (при ReCn>200); (5-36)
здесь Nuc л =='ак4Дг— критерий Нуссельта; ReCn = ^a/vr — критерий Рейнольдса; w — скорость газов, отнесенная к пустой шахте; %?, vr — коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости газа.
Поверхность кусков FM определяется по формуле
м2/м\ (5-37).
где — объем слоя; f — порозность слоя в долях от единицы.
Чем меньше критерий Био, тем тоньше в термическом отношении шаровые частицы насыпного материала, и при значениях Bi<0,1 -т-0,25 мы имеем дело ,с термически тонкими частицами (а не только с геометрически тонкими), все точки материала имеют одинаковую температуру и процесс нагревания называют квазистационарным. Этот случай имеет место в регенеративных дробепоточных воздухоподогревателях или других конструкциях, когда в качестве насадки используются шарики (дробь). При противоточно продуваемом и движущемся плотном слое теплообмен описывается уравнениями.
Nucn = 0,014ReCnPr°'33 (при Recn<200); (5-38)
Ли» = 0,056Re°cfРг0-33 (при Re^ = 200 -н- 700 и Рг = 0,68 -s- 1,1). (5-39)
Сравнивая формулы (5-35) и (5-38), можно определить поправочные коэффициенты к формулам В. Н. Тимофеева:
ф— 0,132Рг0-” (при Reoa< 200); I ф = 0,092 Re^2 Рг0-33 (при Reca>200). J
(5-40)
Разница объясняется худшим газораспределением в подвижном слое, следовательно, теплоотдача в подвижном слое протекает слабее и часто для улучшения всю ма:ссу опускающегося слоя делят на секции.
При поперечно продуваемом слое для Recn= 140-г-1 000, 'W7/W= = 0-4-1 (№т и W — водяные эквиваленты насадки и газов), ^'=280-5-S30°C и *"=210-ь600°С теплообмен может быть рассчитан по формуле [Л. 24].
Ыисл=0,055 Re сл. (5-41)
Внешний теплообмен в потокегазовзвеси (в падающем слое).
Теплообмен в потоке газовзвеси идет путем конвективной и радиационной теплоотдачи от газов к частицам и теплопроводности внутри частиц. Более нагреты.е частицы отдают тепло газовому потоку или менее нагретым частицам при их соприкосновении. Большое значение имеют скорость потока, концентрация частиц в потоке газовзвеси и размеры частиц.
109
Теплообмен рассчитывается в зависимости от аэродинамического режима газовзвеси по формулам [JI. 24]:
NuT=0,194Re°’79 (при 30<ReT< 480); (5-42)
NuT = 0,316 Re°’8 (при ReT = 40'—s— 500). (5-43)
Здесь
NuT = tt^T- и ReT = шот (5-44)
В формулах (5-42) — (5-44) при определении критерия ReT размер частицы di берется по эквивалентному диаметру с поправкрй на геометрическую форму, а скорость потока относительная:
