Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 146
Скачиваний: 0
Устойчивость работы всей установки обусловливает ся главным образом работой камеры сгорания. В част ности, можно отметить, что проскоки пламени в горелку нередко являются причиной аварий в производстве конт ролируемых атмосфер.
Рассмотрим камеры каталитического сжигания на примере камеры установки СПО-Ц-200, которая показапа на рис. 37. Эта часть камеры состоит из головки, за пального порожка и каталитической насадки.
Головка камеры сгорания выполнена из стальной обечайки, футерованной изнутри фасонным шамотом. В центре головки устанавливается горелка, изготавли
ваемая из простой стали или чугуна. |
Для горелки |
важ |
на чистота обработки ее внутренней |
поверхности: |
чем |
эта чистота выше, тем шире диапазон скоростей для сме си, при котором сохраняется безопасность горения. При
сжигании |
водорода или |
газов, |
богатых |
водородом, обя |
||
зательно |
применение |
горелок |
с |
внутренней |
поверх |
|
ностью, обработанной |
пескоструйной |
установкой или, |
||||
что еще лучше, шлифованной. |
|
|
|
|
||
Как видно из рис. 37, цилиндрическая часть горелки |
||||||
переходит |
в коническую. Угол |
раскрытия |
конуса |
|||
должен быть таким, чтобы излучение со стороны раска ленной кладки камеры на внутреннюю поверхность ко нуса было минимальным. Из кладки головки камеры выступает лишь цилиндрическая часть горелки. При та ких условиях горелки достаточно эффективно охлажда
ется поступающей |
на |
горение |
смесью |
и не |
нуждается |
в дополнительном |
охлаждении. |
|
|
||
Решающим для |
надежной |
работы |
камеры |
сгорания |
|
является правильный |
выбор |
диаметра |
носика горелки, |
||
т.е. выбор скорости истечения |
смеси. |
Эта скорость, ра |
|||
зумеется, должна быть больше скорости распростране ния пламени. Высшая теоретическая скорость распро странения пламени для смеси водород — воздух (1:3,34) составляет 2,67 м/с. Теоретически выход такой смеси из
горелки со скоростью 2,67 м/с |
обеспечивает |
безопас |
|||
ность горения. Практически, однако, |
скорость |
выхода |
|||
смеси . водород — воздух |
должна |
быть значительно вы |
|||
ше. Надежные условия |
сжигания |
газов, богатых |
водо |
||
родом, в смеси с воздухом достигаются при |
скоростях |
||||
выхода смеси из носика горелки не менее 25 |
м/с. |
С та |
|||
кой скоростью сжигания |
работают горелки с |
опескост- |
|||
руенной поверхностью внутри. Для |
природного |
газа, |
|||
166
скорость распространения пламени которого меньше, оптимально допустимая скорость выхода смеси состав ляет, по практическим данным, 12—15 м/с (высшая тео
ретическая скорость в смеси с воздухом равна |
0,35 м/с). |
Наибольшая опасность взрыва возникает |
в момент |
розжига камеры. Вспомогательная горелка |
(запал) |
должна обеспечивать внутри камеры устойчивое и жест
кое пламя. Необходимым |
условием безопасного розжи |
|||
га камеры является правильная конструкция |
свечи для |
|||
отвода |
продуктов |
сгорания: достаточное ее |
сечение и |
|
высота, |
по возможности |
вертикальная установка. |
||
В зависимости |
оттого, |
какой газ подвергается сжига |
||
нию в камере, в ней предусматривают ту или иную ката литическую насадку. Так, например, при сжигании га зообразного или диссоциированного аммиака в камере устанавливают катализатор группы ЦЭЧМ-Ш, обеспе чивающий глубокую очистку продуктов сгорания от кис
лорода |
и окислов |
азота. |
При сжигании природного га |
|
за, а также при сжигании |
пропана в камере |
предусмат |
||
ривают |
никелевый |
катализатор ЦЭЧМ-IV |
(см. гл. X) |
|
для конверсии непрореагировавшего в зоне горения ме тана и других углеводородов (конверсия последних про исходит за счет водяных паров, углекислоты и непроре агировавшего кислорода, содержащихся в продуктах сгорания). Применение, катализационных насадок в этих случаях позволяет существенно повысить качество газа, что особенно важно при отжиге ленты и проволоки в колпаковых печах [44].
Катализационную насадку удобнее всего размещать в вертикальной камере. В горизонтально расположен
ной камере в результате усадки |
возможно возникновение |
||||||||||
пустоты |
над слоем катализатора и проскок |
продуктов |
|||||||||
сгорания |
мимо катализатора. Поэтому |
следует |
предпо |
||||||||
читать |
вертикально расположенные |
насадки. Однако и |
|||||||||
в горизонтальных |
участках |
камер |
катализационные |
на |
|||||||
садки работают |
достаточно |
эффективно, если |
их |
пра |
|||||||
вильно |
разместить. Можно, |
например, |
насадку |
выпол |
|||||||
нить из |
корундового |
легковеса |
в виде |
трех |
рядом |
рас |
|||||
положенных решеток, |
как это |
схематично |
показано на |
||||||||
рис. 29. |
В |
остальных |
случаях |
катализатор |
приготавли |
||||||
вают в виде кубиков, длина грани которых составляет 20—30 мм.
В зависимости от назначения катализатора его сле дует располагать в той или иной температурной зоне
167
камеры сжигания. Так, никелевый катализатор конвер сии следует ставить в зоне, где температура равна 1100—900° С, а катализатор для очистки от кислорода п
окислов |
азота — в зоне с более низкими |
температурами |
||
(950°С). |
|
|
|
|
Для |
создания устойчивых условий |
горения зона го |
||
рения в камере сгорания |
должна |
иметь достаточный |
||
объем, отделенный от остальной части |
камеры насадкой |
|||
из высокоглпноземпстого |
шамота |
или |
хромомагнезита |
|
толщиной в один кирпич |
(см. рис. 32). Эта насадка пре |
|||
дохраняет катализатор от пережогов, создает необходи мый температурный режим в зоне горения и служит надежным запалом для смеси при малых нагрузках ка
меры. Объем |
зоны горения Уг должен определяться, ис |
||||
ходя |
из максимальной |
тепловой нагрузки, |
составляю |
||
щей |
0,75-106—1,00-106 |
ккал/(м 3 - ч) |
(более высокую на |
||
грузку принимают при сжигании с |
большим |
недостат |
|||
ком |
воздуха, |
более низкую — при |
коэффициентах рас |
||
хода |
воздуха, |
близких |
к единице). |
За катализационной |
|
насадкой перед выходом продуктов сгорания из каме ры устанавливают перевальную стенку из огнеупорного
кирпича |
(см. рис. 25). Она способствует равномерному |
|||||
движению продуктов через весь объем насадки. |
||||||
|
Длина камеры сгорания складывается из длины зо |
|||||
ны горения и зоны |
охлаждения |
продуктов сгорания до |
||||
заданной температуры выхода их. |
|
|||||
|
Ниже |
рассматривается |
порядок проведения расчета. |
|||
|
1. По заданному |
составу газа |
и коэффициенту расхо |
|||
да |
воздуха (а) |
проводят |
расчет |
неполного горения га |
||
за |
по методике, |
предложенной В. Ф. Копытовым [33]. |
||||
Благодаря высоким температурам в камере и хорошему
предварительному |
смешению |
газа и |
воздуха при |
а = |
= 0,6-^-0,7 метан |
в продуктах |
сгорания |
практически |
от |
сутствует. Ориентировочно задаемся температурой в зо
не |
горения, |
по которой берется |
константа |
равновесия |
реакции водяного газа. |
|
|
||
|
Определим количество продуктов сгорания (Vn .c) |
|||
применительно к нормальным |
условиям при сжигании |
|||
1 м 3 газа. По заданной производительности |
готового га |
|||
за, зная Уп .с. найдем расход сырого газа Уг м3 /ч. |
||||
|
2. Определим максимально возможную температуру |
|||
горения: |
|
|
|
|
U- |
— |
, |
|
(а) |
168
где
<Эх.т = |
QH, |
?X . II = CO Q H c o |
+ H 2 Qj?H= |
|
|
(CO |
и H 2 |
— содержание |
этих элементов в 1 м3 |
продук |
|
тов сгорания газа, выраженное в долях единицы). |
|||||
Теплоемкость ср |
при этом берут для температуры на |
||||
150—200 град меньше жаропроизводнтельности |
сырого |
||||
газа |
(чем |
больше а, |
тем |
меньше эта разница). |
Получив |
теоретическую температуру горения, определяют тепло выделение Q в зоне горения камеры по формуле
Q = |
i,Vr, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(б) |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ / т = |
/т (ЕУс)/ т . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. По |
принятым |
значениям |
напряженностей |
в зоне |
|||||||||
горения |
QIV |
и |
Q/S, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Q/V—объемная |
напряженность, |
равная |
(0,75—1) |
|||||||||
|
|
|
10б |
ккал |
(м3 -ч), |
и QfS — напряженность по |
|||||||
|
|
|
сечению камеры сгорания, равная (0,6—0,8) |
||||||||||
|
|
|
106 |
ккал/(м2 -ч), |
|
|
|
(d2) |
|
|
|||
определим |
внутренний |
диаметр |
камеры |
и |
объем |
||||||||
зоны горения (рис. 62). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Очевидно, длина зоны |
горения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4.г = |
W ~\~ i-ii а |
4 = |
^ |
~ • |
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Найдем объем зоны |
горения |
|
|
|
|
|
|
||||||
V>.r = Vx + V2, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( В ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
d2 |
|
|
|
|
|
где |
V^n'Sidl-dl) |
|
llt |
|
V2 |
= ^ - 1 la |
= |
V3.r |
- |
Vu |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
и, следовательно, l2 = |
—• |
1 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
4. |
Определим |
действительную |
температуру |
горения. |
|||||||||
Для |
этого надо |
знать |
потери |
тепла через |
стенку, |
кото |
|||||||
рые можно найти методом |
последовательного |
приближе |
|||||||||||
ния. Задаются тремя-четырьмя значениями |
температур |
||||||||||||
на выходе из зоны горения. Для |
всех взятых |
значений |
|||||||||||
определяют |
энтальпии |
(теплосодержания) |
/,-=^-Х |
||||||||||
X (2 |
У°)(1 • После этого, взяв |
значение |
энтальпии |
газов |
|||||||||
при теоретической температуре, |
определяют |
|
величину |
||||||||||
169
\ tc,--Ч05j te = l035 \ 4> *9S5 i tCi =S35
%/Щ |
I |
4/110 j? |
газа |
Ш(0ШЬЭ70Ш |
|||
6Q=r[£JacVr) \ |
|
|
900 |
WW |
! 1*0,701 |
Л-0.В7 |
/8 |
JO "HI Vr |
|
IS |
||
|
i "
Щ 10
г
1100 |
1I2S |
1150 |
1/75 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
tg,°C |
|
|
|
Длина зоны охлаждения, м |
|
|
|
|||
Рис. 62. Расчетные схемы для определения |
размеров камеры сгорания: |
|
|
|
|
|
|||||
а — иллюстрация к определению |
размеров |
зоны |
горения; |
б — о б щ а я иллюстрация |
к |
определению действительной |
температуры про |
||||
дуктов сгорания иа выходе из зоны горения; в - |
то же , применительно к условиям |
конкретной |
задачи; г - иллюстрация зонального |
||||||||
метода определения температуры продуктов сгорания в |
зоне |
о х л а ж д е н и я ; д - |
эскиз камеры |
сгорания |
и расчетная кривая распре |
||||||
деления температуры в ней (см. условия задачи в тексте) |
|
|
|
|
^ |
v |
pduipi. |
||||