Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 211
Скачиваний: 4
С02= 8 0 —85%, скорость выгорания снижается до конца видимого факела (С 02%= 95—98%). Изолиния С 02%= 95—98% ограничи
вает с внешней стороны третью зону горения. Оставшаяся часть горючих элементов сравнительно медленно догорает вне видимого факела.
Сопоставлением видимой части факела при горении топлива в свободной струе и керамическом туннеле было установлено, что
Рис. 3.5. Зоны фа |
Рис. 3.6. Влияние турбулизации |
кела |
потока на размеры видимого |
|
факела |
характер выгорания топлива в обоих случаях одинаков. В обоих случаях горение по оси факела заканчивалось на расстоянии приб лизительно (12— 13) d от его основания.
Распределение концентраций углекислоты СО* л) в продуктах
сгорания ( СО = ———— ) по оси факела носит название кривых
СОгтах
выгорания. Такие кривые приведены на рис. 3.6 соответственно для горения в свободной струе (кривая 1) и туннеле (линия 2), а также в керамическом туннеле с охлаждаемыми стенками (кривая 3). Сопоставление этих графиков указывает на их большое сходство, это позволяет сделать заключение, что сжигание в туннеле не при водит к заметному изменению размеров факела. Совершенно иная картина наблюдается при сопоставлении кривых выгорания, по строенных для различных скоростей истечения рабочей смеси из кратера.
Влияние скорости истечения смеси шп на характер кривых вы горания иллюстрируется рис. 3.7. Формула, описывающая кривую выгорания, имеет вид
61
-й( — ) Ч ,р/
с о 2%= 1 - *
СО — соотношение концентрации СО2 в факеле СО... = - со. %;
2% С О г ш а х k — коэффициент;
L — расстояние от кратера горелки до рассматриваемой точки в направлении оси факела, м\
dKp — диаметр кратера горелки, м.
Рис. 3.7. Влияние скорости потока иуПо на размеры факела:
/, 2 — для скорости и’П0 19 и 27 м/сек-, 3, 4 — кривые выгорания при скоростях и>„0 17 и 27 м/сек
Согласно рис. 3.7, в пределах конуса зажигания скорость wn (в кратере она принята за 100%) снижается, затем в зоне макси мальной турбулизации потока (вторая зона) она резко возрастает, после чего монотонно снижается до оптимального значения скорости потока дымовых газов в рабочем пространстве печи. Также видно, что с ростом скорости истечения смеси из кратера размеры факела по его оси увеличиваются.
Форсируя нагрузку горелки за счет изменения скорости в ее кратере, нужно помнить, что как только скорость wn в направлении нормали к изолинии СО2%= 0 превысит скорость горения ѵя, про
изойдет отрыв пламени от кратера горелки или его срыв и горение смеси в зоне зажигательного пояса.
Количественная характеристика процесса горения природного газа (СН4= 5 9 —64; Н2= 2 7 —31; СпНт= 1— 1,1; СО= 2,6—3,3; СО2= 0 ,8 — 1,2; О2= 0 ,6 —1,4 и N2= 2 ,2 —4,6) при а = 1,02 — 1,05 пред ставлена кривыми выгорания (рис. 3.8). Сжигание топлива проис ходит в свободной струе (кривая /), керамическом туннеле (ли ния 2) и керамическом туннеле с турбулизирующей вставкой (линия 3). Графики достаточно наглядно показывают влияние тур булизирующей вставки на размеры факела.
62
Анализ выражения С 02%= 1—е |
, а также приведенные |
опытные данные позволяют сделать заключение о влиянии диаметра кратера на длину факела. Как видно, с уменьшением dKp наблюда ется снижение длины видимого факела. Поэтому часто длину фа кела регулируют изменением dKр. При этом при неизменной тепло вой нагрузке должно возрастать общее число горелочных устройств в зоне. Последнее не всегда удается реализовать конструктивно.
Рис. 3.8. Кривые выгорания для природ ного газа
Нужно отметить, что установка кратера горелки в раскаленном туннеле приводит к устойчивому зажиганию рабочей смеси. В этом случае, конечно, при допустимых скоростях истечения смеси из кра тера, направленных по нормали к изолинии СО2%= 0, отрыва фа
кела не наблюдается.
Размеры факела естественным образом связаны с теплонапряжением объема керамического туннеля, и это нельзя не учитывать при проектировании сжигательных устройств промышленных печей.
Вопросы, изложенные в этом параграфе, имеют принципиаль ное значение при проектировании туннельных горелочных устройств и организации процесса сжигания горючих газов
63
3.6. ТЕМПЕРАТУРА В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ
При сгорании топлива с 1 > а ^ 1 в рабочем пространстве про мышленной печи образуются дымовые газы и устанавливается опре деленная температура. В каждой зоне, согласно температурному графику, должна поддерживаться заданная и обеспечивающая на грев металла температура, величина которой может быть проверена расчетно. Последнее делается для того, чтобы в реальных условиях работы температура не оказалась ниже того значения, которое за дается температурным графиком нагрева или термической обра ботки. Поэтому поверочному расчету подвергается зона, где поддер живается наиболее высокая температура газов. Во всех остальных зонах температура газов не рассчитывается, так как в этом нет острой необходимости. Причем, когда сжигается во всех зонах оди наковое топливо при постоянном подогреве воздуха-окислителя, теоретическая температура в них будет одна и та же. Следователь но, возможен лишь тот вариант, когда необходимо снизить ее вели чину в соответствии с температурным графиком. Последнее дости гается автоматическим регулированием за счет снижения подвода рабочей смеси к этим зонам. Ограничивая таким путем теплоприток в зону, можно поддерживать в зоне заданную температуру.
При оценке развиваемой в зоне температуры нужно помнить о ее условности, так как для этой цели используется пирометриче ский коэффициент, значение которого выбирается весьма прибли женно.
Совершенно очевидно, что температура, до которой нагревается металл, диктуется технологией обработки давлением или термообра ботки. Температура же продуктов сгорания топлива в печи никак не может быть ниже ее значения, ибо в противном случае не произой дет нагрев. Так, если температура поверхности металла в конце второй зоны, согласно технологии, а следовательно, и температур
ного графика, равна /м2, то температура дымовых газов в этом месте
печи должна иметь более высокое значение, а именно
/г2=/.мг+А/г,
где А/2 — температурный перепад между газами и поверхностью
металла во второй зоне, 0 С.
Аналогично для печи, состоящей из /-числа зон, температура продуктов сгорания топлива в /-зоне
/гі-- /мгф-А/і.
Для камерной печи эта температура
/г.кам==/м.технЧ'А/,
где /м.техн — температура операции (задается технологической кар той или выбирается в соответствии со справочными данными).
64
Также не вызывает сомнения тот факт, что искомая темпера тура должна удовлетворять условию:
для методических и проходных печей
tri2>: |
(3.53) |
для камерных |
(3.54) |
■м.техн +А^, |
где A t— температурный перепад между продуктами сгорания и по верхностью заготовки или изделия, 0 С.
Численные значения Ah и At, входящие в выражения (3.53) и (3.54), как правило, задаются заранее.
Если при сопоставлении выражений (3.53) и (3.54) окажется, что найденные расчетным путем температуры tvi или /г . к а м соответ ственно удовлетворяют значениям /мі'-рА^і И Д і ; а м , то в зоне будет достигнута заданная технологией температура газов. Тогда в даль нейших расчетах используется не температура hi и ^г.кам, а соответ ственно 4 іг+ Д^ і или ^ м . техн+ Ді . Снижение же температуры tri и г!Г . к ам до значений 4іі+Д^< и /м.техп+ A f выполняется посредством задания требуемого регулируемого параметра с помощью задатчика блока автоматического регулирования температуры, который и поддержи вает ее на нужном уровне в течение работы печи. Вывод параметра температуры и поддержание его в определенных пределах также может осуществляться с помощью блока ручного регулирования температуры в зоне. Хуже если соотношения (3.53) и (3.54) не удовлетворяют расчетным температурам hi и £г.кам- В таких случаях необходим дополнительный подогрев воздуха-окислителя, а в ряде случаев и топлива. Максимальные температуры, до которых возмо жен подогрев воздуха и горючего газа, соответственно равны 700
и 400° С. Реже для повышения температуры в печи прибегают к обо гащению воздуха-окислителя кислородом (обычно до 30%). Конеч но, реализация последних предложений, касающихся повышения температуры газов в зоне, связана с рядом трудностей конструктив ного и технологического характера, поэтому топливо должно выби раться с учетом этих и целого ряда других обстоятельств.
При необходимости расчета величины подогрева горючего газа следует задаться температурой воздуха, после чего из уравнения теплопритока, составленного по приходу теплоты в зону (полагая, что температура продуктов сгорания известна ^п+А^г), расчетным путем находят искомую температуру.
Как уже отмечалось выше, всегда при определении темпера туры дымовых газов в зоне вначале находят калориметрическую температуру tm. Рассмотрим случай отыскания действительной тем пературы продуктов сгорания в печи с естественной атмосферой.
Действительная температура дыма |
|
Іт:==Іт!Цп> |
(3.55). |
где tm— калориметрическая температура сгорания топлива;
г)п — пирометрический к. п. д. зоны (камеры) или всей печи, учи тывающий источники потерь теплоты.
5 З а к . 354 |
65 |
Значения этого коэффициента для различных печей табулиро ваны [1].
Из выражения (3.55) видно, что для определения действитель ной температуры tr вначале необходимо найти калориметрическую температуру tm. Эта температура может быть найдена опытным путем или рассчитана по выражению
2 Q= QHP+ Q B/+ Q T/ ккал/нм3 (Мдж/нм3), |
(3.56) |
где |
|
2 Q = t m Л Ѵісpi |
|
i~L |
|
ИЛИ |
|
^ = _0 н Ч ^ в Ч ^ т 1 оС (0К )і |
(з.57) |
Л ViCpi' |
|
i = i |
|
где QB' и QT' — соответственно количество теплоты, вносимое в ра бочее пространство с холодными воздухом и топли вом, ккал/нм3 (Мдж/нм3) :
QB' — Ѵо'срв' • 20
Q / = 2 Ѵітс'ріт• 20. |
(3.58) |
Если воздух-окислитель и горючий газ подогреваются, то кало риметрическая температура
QHP4~Qъ"Ч- Qтл
(3.59)
ЛѴіСрі
і—і
где QB" и Qi" — соответственно количество теплоты, поступающее в отсек с подогретыми воздухом и топливом.
Для большинства топлив, используемых в печах и прочих энер гетических установках, температура tm может быть выбрана из спе циально составленных диаграмм [30] и [31]. Диаграммы выполнены отдельно для каждого сорта топлива и представляют собой зави симость 2 Q = f (t m; tB"\ U") и а = \ (рис. 3.9, линия 1). Линии 2—8 отвечают коэффициенту избытка воздуха а > 1. При построении при нята параболическая зависимость теплоемкости ср' от температуры продуктов сгорания. Помимо изолиний сс, на графиках нанесены изотермы ів", отвечающие различному подогреву воздуха-окисли теля. Точки пересечения изотерм с линиями <x=const рассчитыва лись по формуле (3.59). При построении коэффициент избытка воз-
. 4
духа учитывался выражением Л УіаСрг'.
і—і
66