Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 245
Скачиваний: 0
ы |
I— механический недожог фракции öo к мо |
|
менту сепарации на стенку; |
|
о0— начальный размер частицы; |
|
~с и 'ѵб — соответственно время сепарации и горения |
|
частицы размером б0; |
|
ос — размер частицы к моменту ее сепарации |
|
на стенку. |
Высокий пирометрический уровень, характерный для работы цик лонных камер, и крупнодисперсный состав сжигаемого топлива об условливают протекание процесса горения в диффузионной области. Поэтому количество углерода, выгорающего в пристенной зоне и на стенке, определяется количеством диффундирующего кислорода, т. е.
*7=0,375 j - ~ C cpTrNufl. |
(3.141) |
Полагая, что горение углерода, находящегося на стенке, проис ходит до соотношения С0/С02 = 1, т. е. ß = 0,Т5, подставляя в уравнение значения входящих в него величин (коэффициент диффузии кислорода
7)= 0,18- J ; 7 г= 1,293 у-; Сср = 0,115а, концентрация кис
лорода усреднена) и переходя к часовым значениям, получим видимое весовое напряжение стенки циклона по углероду
*7 = 0,925-10-4 ^ а -Т0’7. |
(3.142) |
-Оц |
|
С учетом доли сепарирующихся на стенку угольных частиц с со держанием углерода (Ср) з рабочем топливе (в долях единиц) можно оценить видимое весовое и удельное напряжения объема циклонной камеры
В |
в |
|
и |
4 |
, Nua |
- |
а■Т 0,7 |
(3.143) |
|
У |
-7ст |
V |
Ьг-Сг |
^ « 3 ,7 -1 0 -4 — |
Ьс-Ср |
||||
2)ц ’ |
|
£>ц- |
|
|
|||||
|
Q_ |
В-Qн |
|
NuÄ а-Т°-7 |
•Ql. |
|
|
(3.144) |
|
|
V |
-= -р« |
3,7 -IO"4---- |
br‘Cр |
|
|
|||
|
|
|
Ar |
|
|
|
|
В некоторых исследованиях [13, 123] предлагается работу цик лонной камеры оценивать по форсировке ее поперечного сечения.
Обозначив
Q
F =
f r - А, |
уравнение (3.144) можно записать |
|
|
-Оц |
|
|
|
Вц-Q |
B-Q |
д- а'Т°’7 |
(3.145) |
|
■А-Пц« 3,7-10-4Л ^ |
||
|
Uw |
Ьс'Сп |
|
240
Значение входящего в приведенную зависимость критерия Нуссельта определяется по уравнению (3.107). Из выражения (3.145) не трудно установить, что форсировка сечения камеры практически не зависит от ее диаметра.
Рис. 111. Удельные тепловые напряжения объема и сечения циклонных топок в зави
симости от их диаметра. |
1 — электростан |
|
ция «Вокиган» ; 2 — «Джолайт» ; |
3— «Дюс |
|
сельдорф» (опытная установка); |
4 — «Хен |
|
кель» ; 5 — «Нейкирхен» ; |
6 — «Уилтон» ; |
7, 8 — стендовая установка МВТУ — ЦКТИ; 9 — КазНИИЭнергетики; 10 — «Бабкок и Вилькокс, Киль»; 11 — «Бабкок и Вилькокс, Дуйсбург».
Удельные форсировки сечения и объема циклонных камер в за висимости от их диаметра представлены графиком (рис. 111), который построен для условий: Q"=5600 ккал/кг; Ср = 0,62; температура воз
духа і в=400°; коэффициент избытка воздуха а = 1,1; гранулометри ческий состав угольной пыли Д88 = 50% ; ^ 2оо = 18,0% ; Ъс — определя
лось численным интегрированием уравнения (3.140); 71= У71а*7,вых, где Т а — адибатная температура горения (2513°К), Твык— температура продуктов сгорания на выходе из циклона (1973°К). На этом же гра фике нанесены эксплуатационные характеристики ряда циклон ных топок [13], а также результаты, полученные на стендовых уста новках.
Качественное согласие экспериментальных данных с расчетными значениями для широкого диапазона размеров камер свидетельствует о том, что принятая схема рабочего процесса близка к реальной и оправдывается эксплуатационным опытом, полученным в различных циклонных устройствах.
В приведенном расчете, не ставилась задача проследить весь ход развития процесса и выявить его промежуточные характеристики. Не рассмотрены условия воспламенения топлива и, в частности, такие факторы, как рециркуляция газов в камере, изменение полей кон центрации и температур по высоте и сечению циклона.
Для выявления подробной и дифференцированной картины про цесса должны быть накоплены дополнительные данные, полученные
1 6 -2 2 |
■241 |
на модельных и натуральных устройствах. Лишь после этого удается провести аналитический расчет с минимально возможным количест вом допущений, используя для этой цели ЭВМ.
В то же время полученные зависимости могут быть использованы для регулирования процесса. Они позволяют оценить долю углерод ных частиц, перемещаемых вихрем к стенке, и количество кислорода, диффундирующего к периферийной области, в зависимости от режим ных и конструктивных факторов. Это дает возможность, исходя из тре бований технологического процесса, регулировать скорость подачи воздуха, тонкость помола топлива и сырья, подаваемых в циклон, и др. Оперируя параметрами, можно в известных пределах влиять на сте пень выгорания топлива и термическую переработку сырья в объеме камеры или на ее периферии и на стенке. По-видимому, оптимальная работа циклонной камеры должна отвечать такому режиму, когда ко личество диффундирующего кислорода к стенке согласуется с долей топлива, поступающего на нее.
Исходя из сформулированных условий горения топлива в камере, предпринимались попытки оценить теплопроизводительность в виде суммы тепла, выделенного в объеме Qv и на стенке Qs [166]. В ре зультате обработки имеющихся в литературе экспериментальных и эксплуатационных материалов работы различных по размерам, но гео метрически подобных циклонных топок предложена эмпирическая зависимость, позволяющая оценить теплопроизводительность циклон ной камеры и увязать ее с соотношением количества тепла, выделив шегося в объеме и на стенке камеры [166]:
Q = Б-<3» = 2,97 F+0,564 S, |
(3.146) |
где V и S — объем и поверхность ее стенок соответственно. |
|
Отвлекаясь от возможности распространения |
этой формулы на |
циклонные камеры иной геометрии, отметим, что с увеличением диа метра, как и следовало ожидать, возрастает роль объема камеры в процессе горения, а в камерах промышленного масштаба D„ > 2,0 м теплопроизводительность на стенке Qs снижается до 45—25% от
объемной Qv.
Обобщение исследований по переработке сульфидных медных концентратов, проведенных практически в инвариантных условиях на четырех различных по масштабу, но геометрически подобных ка мерах (0ц=0,45; 0,65; 1,0 и 1,5 м), позволило выявить зависимость производительности от ее определяющего геометрического размера — диаметра (рис. 112):
G = A - D ] f , |
(3.147) |
242
где G — производительность по шихте, т/час;
А— коэффициент, зависящий от осуществляемого процесса при переработке сульфидных медных концентратов на подогре том воздухе А = 3,75; для возгоночных процессов А = 2,7— —3,0.
Уравнение согласуется с эксперимен |
|
|
|
||
тальными данными МЭИ, полученными |
|
|
|
||
при переработке различного минерального |
|
|
|
||
сырья [167] и отоплении циклона природ |
|
|
|
||
ным газом и жидким топливом. Оно отчет |
|
|
|
||
ливо иллюстрирует, что тепловая обработ |
|
|
|
||
ка материала в циклонной камере проис |
W |
|
|
||
ходит как в объеме, так и на его стенках. |
|
|
|
||
В случае протекания процессов в объеме |
60 |
0 |
|
||
на пленке получается |
|
k. |
|
||
Естественно, что с изменением разме |
¥ |
|
|
||
ров камеры меняется соотношение между |
2,0 |
|
|
||
количеством реагирующего материала на |
|
3, |
г |
||
стенке и в объеме, но в целом принципи |
l.0 |
_/ |
|||
альная схема рабочего процесса остается |
|
__А/ |
|
||
неизменной. |
|
|
|
|
|
Выражения |
(3.144) и (3.145) дают |
К |
|
||
функциональную связь между тепловыми |
о |
/ |
|
||
форсировками камеры, производительно |
|
|
|
||
стью и ее конструктивными параметрами |
|
|
|
||
с учетом тонкости размола сжигаемого |
|
|
|
||
угля. Это дает возможность по мере на |
|
|
|
||
копления эксплуатационного и экспери |
|
|
|
||
ментального материалов выбирать фракци |
|
|
|
||
онный состав топлива и перерабатываемо |
|
|
|
||
го сырья, скорость воздуха и другие ре |
|
|
|
||
жимные параметры с таким |
расчетом, |
|
|
|
|
чтобы обеспечить |
оптимальные |
условия |
|
|
|
работы камеры сообразно ее назначению и конструктивным особенностям.
/
/
{
/
5 /
Ицм
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ПЛАВИЛЬНОМ ЦИКЛОНЕ
Использование жидкого топлива представляет существенный ин терес для ряда технологических процессов, в частности, таких, кото рые требуют применения топлива с минимальным количеством бал ласта.
243
■ Например, при осуществлении пироселекции редких металлов в циклонных камерах, когда величина пылеуноса предопределяет один из основных показателей технологического процесса — кратность обо гащения металлом получаемых возгонов — использование жидкого или газообразного топлива следует считать обязательным, если в твер дом топливе отсутствуют ценные элементы.
Проведенные исследования по сжиганию жидкого топлива в цик лонных камерах [129, 168, 173] дают возможность сопоставить полу ченные экспериментальные материалы с некоторыми результатами теоретических решений. Кроме того, эти работы позволяют выявить условия, имеющие решающее значение для правильной организации технологических процессов, связанных с возгонкой летучих металлов (свинца, цинка и редких металлов).
Как уже отмечалось, в циклонной камере осуществляются как окислительные, так и восстановительные процессы, эффективность ко торых, естественно, определяется надлежащим составом газовой фазы и распределением температур.
Анализируя результаты исследований по горению жидкого топли ва, вводимого аксиально в циклонную топку [168], нетрудно прийти к выводу о непригодности такого способа подачи топлива для техно логических циклонов. В этом случае на периферии циклона газовое поле асимметрично. Даже у выходного сопла в газах содержится боль шое количество избыточного кислорода, что указывает на плохое сме сеобразование в верхней части камеры. Это подтверждается также низкими значениями тепловыделения в этой части циклона. При та кой структуре процесса горения в технологической циклонной камере создаются неблагоприятные условия для термической обработки сырья, так как факел выносится из циклона. Кроме того, для нейтра лизации участков с окислительной средой при осуществлении восста новительных процессов в шихту необходимо добавлять значительно'ё' количество твердого восстановителя, что усложняет схему установки
иувеличивает пылевынос.
Висследованиях, предпринятых на стендовой установке, рабо тающей на соляровом масле, ставилась задача изучить влияние места ввода топлива, формы и площади воздушного сопла, расположения форсунок, диаметра выходной диафрагмы, скорости входа вторичного воздуха и количества первичного воздуха на процесс горения топлива
[169, 170].
В результате выявлено, что условия сгорания жидкого топлива в циклонной камере определяются главным образом движением и рас пределением топлива вблизи ввода воздуха. Существенное значение -приобретает взаимодействие топлива с входящим в циклон основным воздушным потоком. Например, при сосредоточенном вводе тоцлива
244