Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

е

инедогоревшего кокса. Огнеупорность материала, используемого для обмазки, сама по себе не определяет срока службы набивки. При выбо­ ре последней необходимо учитывать физико-минералогический состав

исвойства получаемого расплава и футеровки, их возможное взаимо­ действие, температурный уровень процесса, а также газовую среду, поддерживаемую в периферийной области циклона.

Стойкость набивки, как и любого огнеупора, в значительной ме­ ре определяется ее плотностью, которая достигается обжигом. Однако условия обжига набивных огнеупорных масс в циклоне отличаются тем, что температура, необходимая для получения плотной структу­ ры, не может быть достигнута по всей толщине футеровки из-за боль­ шого градиента температур, обусловленного охлаждаемыми шипами

итрубами. Таким образом, хорошо обжигается только верхний слой. После его оплавления процесс эрозии набивки значительно ускоря­ ется, так как жидкий шлак легко проникает в поры низлежащих сло-

236

ев, которые представляют собой массу практически необожженного огнеупора.

Вследствие этого с течением времени обмазка замещается слоем гарниссажа, стойкость которого предопределяется условиями охлаж­ дения.

Приварка длинных шипов (Іш> 2 0 мм) нецелесообразна, так как в нормальных условиях толщина гарниссажа не превышает 10— 15 мм, и до этих значений шип быстро обгорает.

Уменьшение длины шипа оказывает значительное влияние на снижение температуры в нем и является эффективным средством уве­ личения срока его службы. В то же время плотность ошиповки слу­ жит основным фактором, определяющим температурный уровень на­ бивки, а следовательно, и срок ее службы [152].

В разработанной Ю. Л. Маршаком расчетной схеме принимается, что экранная труба развернута в плоскость, и набивка так же, как и шлаковое покрытие, имеет плоскую поверхность. Поэтому предло­ женные им расчетные зависимости могут быть полностью использо­ ваны и для циклонных камер, изготовленных из ошипованных ци­ линдрических обечаек или трубчатых змеевиков.

Средние значения плотности теплового потока, приходящегося на ошипованную тепловую поверхность плавильного циклона, прини­ маются в пределах (80—120)-10~3 ккал!м2-час. Верхний предел ука­ занной величины следует принимать при переработке тугоплавких материалов, когда температура газов, выходящих из циклона, должна поддерживаться на уровне 1500—1550°.

Средняя температура расплава, вытекающего из циклона, рас­ считывается по уравнениям, указанным выше.

Что же касается выбора состава набивной массы, методов ее при­ готовления и нанесения ее на ошипованную поверхность, а также тех­ нологии приварки шипов, то такие рекомендации подробно освещены в работах [152, 162].

Приведенные нами исследования по теплоотдаче от штейна и шла­ ков (табл. 13) к водоохлаждаемой металлической стенке показали, что тепловые потоки не зависят от расхода жидкости, протекающей через кессонированную поверхность [163].

С повышением температуры расплава от 1200 до 1360° тепловые потоки возрастают на 20—25%, а для плоской стенки, покрытой шла­ ковым гарниссажем и штейном, находятся в пределах (45—60)-

• ІО3 ккал/м2 ■час. Наибольшее значение характерно для штейна, наи­ меньшее — для шлака при одинаковой их температуре.

Необходимо подчеркнуть, что независимо от геометрии поверх­ ности кессона (кольцевого, плоского или трубчатого) и химического состава расплава теплообмен в основном определяется тепловым со­

237

противлением твердого слоя гарниссажа, на который приходится более 80% суммарного теплового сопротивления.

В проведенных опытах толщина твердого слоя гарниссажа при

Приведенные значения тепловых потоков позволяют определить расход воды, необходимый для охлаждения кессонов, омываемых рас­ плавом (шлаком или штейном), а также оценить ожидаемые потери тепла через такую поверхность.

ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛОННЫХ КАМЕР

Надежное моделирование циклонных процессов пока не разрабо­ тано ни экспериментально, ни теоретически. С этой целью изучалась работа серии различных по размеру геометрически подобных цик­ лонных камер при сохранении практически инвариатных значений всех характеристик перерабатываемого материала, теплового и техно­ логического процессов.

В результате были получены данные о влиянии диаметра циклон­ ной камеры на ее производительность. С другой стороны, производи­ тельность может быть однозначно охарактеризована удельным тепло­ вым напряжением, развиваемым в циклонной камере. Вследствие это­ го известный интерес представляет попытка оценить эту величину в соответствии с сформулированной выше схемой процесса.

238

В практике работы огнетехнических устройств определились основные технические характеристики, описывающие количественную и качественную сторону процесса, протекающего в них.

К важнейшим характеристикам такого порядка относятся:

1. Форсировка топочного устройства на единицу сечения

Qf (Гкал/м2 ■час).

2. Объемное теплонапряжение топочного пространства, так назы­ ваемое видимое теплонапряжение qv (Гкал/м3 • час).

Конкретные значения обоих параметров базируются на статисти­ ческой обработке показателей работы многочисленных топочных устройств.

Удельное теплонапряжение объема, на наш взгляд, наиболее пол­ но характеризует работу огневого устройства, так как дает возмож­ ность судить о его габаритах и способности сжигать топливо с доста­ точной полнотой тепловыделения.

Как было показано ранее, за исключением мелких частиц угле­ рода, успевающих выгореть в объеме, крупные частицы топлива до­ стигают стенки камеры и здесь выгорают. При такой трактовке схемы рабочего процесса для горения мелких частиц следует рассматривать внешнюю задачу — омывание газом движущихся в нем частиц, и внутреннюю задачу — движение газа внутри цилиндра, стенки кото­ рого покрыты выгорающими коксовыми частицами [164, 165].

В циклонных камерах происходит горение полидисперсного кол­ лектива частиц, распределение которого подчиняется зависимости

а— показатель крупности помола;

п« 1 — показатель его равномерности.

Весовую долю частиц кокса, не успевших выгореть в объеме, и се­ парируемых на стенку, можно определить из уравнения

1 1

(3.140)

Правая часть уравнения получена с помощью (3.91) при №ід = =ARe0-5, из которой следует, что тз~оі-5,

где Rc — остаток на сите с размером отверстий б0Ст (наименьший размер частиц, выгоранием которых в объеме камеры можно пренебречь);

239