ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 100
Скачиваний: 1
Рис. 101. Кривые распределения температур по высоте спекаемого слоя:
1 — зона горения твердого топлива; 2 — зона |
подогрева |
и сушки; 3 — зона сы |
рой шихты; 4 — постель; 5 —зона готового |
агломерата: |
а — конец зажигания |
шихты пламенем газовой горелки (в верхней зоне загорелась коксовая мелочь под зоной горения — зона подогрева шихты); б — через 1—2 мин после оконча ния зажигания (горелка выключена и отведена в сторону; в чашу засасывается воздух; над зоной горения уже образовался слой готового агломерата); в — че рез 8—10 мин после начала спекания (зона горения прошла уже больше поло вины пути до колосниковой решетки, толщина слоя готового агломерата с каж дой минутой увеличивается); г —перед окончанием процесса (зона горения в
крайнем нижнем положении)
203
\
и агломерта, расплавом и шихтой — с другой. На рис. 101 показан характерный вид кривых распределения температур по высоте спекаемого слоя в различные мо менты после начала процесса.
Отметим, что, независимо от высоты спекаемого слоя природы шихты и многих других факторов вид этих кри вых всегда одинаков — меняется лишь высота и протя женность температурного максимума. Резкое изменение формы температурной кривой возможно лишь при отхо де от традиционной технологии спекания и применении новых методов агломерации с дополнительным обогре вом спекаемого слоя, термообработкой пирога агломе рата и др.
В нижней ступени теплообмена газообразные продук ты горения твердого топлива передают свое тепло ших те, подсушивая и подогревая ее. Теплообмен под зоной горения завершается полностью в узкой зоне подогрева
исушки шихты, высота которой редко превышает 50 мм,
ив нижней части зоны горения твердого топлива. Не смотря на ничтожную длину пути, газы, однако, успева
ют охладиться от 1200—1500 до 50—60° С. Столь интен сивный теплообмен имеет место при агломерации благо даря огромной суммарной поверхности частиц и комоч
ков шихты. Подсчитаем, например, |
поверхность |
тепло |
|||||
обмена в зоне подогрева и сушки |
толщиной h = 40 мм |
||||||
при диаметре частицы в 1 мм и площади аглочаши |
5 = |
||||||
= 1 м2= 1 000 000 мм2. |
|
|
|
|
|
|
|
1. Полный объем зоны подогрева и сушки: |
|
|
|
||||
V = Sh = 1 000 000 • 40 = |
40 000 000 |
мм3. |
|
|
|||
2. Максимальный объем |
пустот |
между |
частицами |
||||
шихты близок к 50%. Тогда объем частиц шихты |
соста |
||||||
вит 20 000 000 мм3. |
|
|
|
|
|
|
|
3. Объем одной |
частицы: |
4яі?3/3 —4-3,14-0,125/3 = |
|||||
= 0,55 мм3. |
|
|
|
|
|
|
|
4. Число частиц: 20 000 000 |
мм3 : 0,55 мм3= 3 б 400 000. |
||||||
5. Суммарная |
поверхность |
частиц: |
5 = 4 |
|
я # 2- |
||
•36 400 000=114 000 000 мм2= 1 1 4 м2. |
|
|
|
|
|||
Реальная же величина поверхности теплообмена еще |
|||||||
больше, так как плотность упаковки частиц |
может |
до |
|||||
стигать 70—75%, и, кроме того, число частиц резко воз растает при спекании тонких концентратов. На рис. 102 показано изменение температуры отходящих газов в хо де спекания. В течение длительного времени температу-
ра газов равна точке росы, так как все их тепло погло щается сырой шихтой. Только перед концом спекания, когда под зоной горения не остается шихты, температу ра отходящих газов резко возрастает. Максимум на тем пературной кривой (точки А на рис. 107) соответствует моменту окончания горения углерода.
При агломерации следует различать скорости движе ния фронта горения углерода и тепловой волны, которые в общем случае не сов падают по величине. В случае спекания с нор мальным и повышен ным расходом топлива, когда скорость горения углерода определяет общую скорость агло мерации, фронт горе ния топлива отстает от фронта тепловой вол ны. Из-за нехватки кислорода на этом ре жиме спекания многие
частицы топлива, уже нагретые до температуры воспла менения, не горят. При спекании с низким расходом топ лива избыток кислорода велик и кислородное голодание в слое сводится к минимуму. В этих условиях интенсив но горят все без исключения частицы топлива, нагретые до температуры воспламенения. Таким образом, общая скорость агломерации зависит на этом режиме от ско рости движения тепловой волны [190, 191], которая мо жет быть вычислена [175] по следующей формуле:
|
V = К. (Сг/Скш) ®0> |
|
|
|
||
где |
V— скорость |
перемещения |
тепловой |
волны |
||
|
в агломерационной шихте, мм/мин; |
|
||||
|
К — коэффициент |
пропорциональности; |
|
|||
|
Сг — теплоемкость газа; |
|
|
агло |
||
|
Скш— кажущаяся объемная теплоемкость |
|||||
|
шихты, т. е. количество тепла, которое на |
|||||
|
до затратить для нагрева 1 |
м3 шихты на |
||||
|
градус |
при |
одновременной |
компенсации |
||
|
затрат |
тепла |
по всем |
происходящим в |
||
|
шихте эндотермическим процессам |
(испа |
||||
|
рение влаги, |
частичная |
диссоциация гид |
|||
205
ратов, карбонатов и т. п.) и с учетом выде ления тепла по экзотермическим реакциям (реакции между твердыми фазами и т. д.), ккал/(м3-град);
w0— скорость фильтрации газов в спекаемом слое, м/мин.
Из формулы видно, что скорость перемещения тепло вой волны обратно пропорциональна кажущейся тепло емкости шихты и прямо пропорциональна теплоемкости газа. Более крупная шихта и материалы с пониженной те плопроводностью относительно медленнее отбирают теп ло у газового потока, что сохраняет больше тепла в газо вой фазе и способствует, таким образом, ускорению дви жения тепловой волны. Повышенное содержание СО2 и Н2О в газовой фазе увеличивает теплоемкость газа и ус
коряет движение тепловой волны. Увеличение количест ва просасываемых газов при постоянной пористости
шихты повышает скорость |
фильтрации |
воздуха (w0) |
и благоприятно сказывается |
на скорости |
перемещения |
тепловой волны. Если скорость движения фронта горения превышает возможности теплопередачи под зоной горе ния, то, как это бывает при обогащении воздуха, всасы ваемого в слой, кислородом, в зону горения может попа дать сырая шихта, что резко снижает температуру в ней. Интересный вариант работы в таких условиях предло жен Г. А. Фатеевым, И. Т. Эльпериным (авторское сви
детельство СССР, кл. 18а, |
1/10, № 254536, |
22 июля |
1967 г.), рекомендовавшими |
периодическую |
продувку |
слоя азотом. Во время такой продувки горении углерода прекращается и тепловая волна уходит вперед за счет переноса тепла азотом, после чего возобновляется просасывание воздуха.
Особенности движения фронта горения твердого топ лива были рассмотрены нами выше. Отметим здесь лишь, что нагрев частиц топлива осуществляется в слое
не только конвекцией, |
но |
также |
и излучением. |
||
В силу этого последнего |
обстоятельства |
фронт |
горения |
||
может перемещаться не только вниз, |
но |
и вбок |
(верти |
||
кальная и горизонтальная скорости спекания). |
|
||||
В верхней ступени теплообмена |
холодный |
воздух, |
|||
всасываемый в спекаемый слой и движущийся |
затем к |
||||
зоне горения, нагревается |
в зоне |
готового агломерата, |
|||
охлаждая одновременно готовый продукт. Явление реге нерации тепла при агломерации было изучено и нашло
206
себе объяснение впервые в работах Г. Вендеборна
[192— 194].
Когда зона горения после |
зажигания |
|
находится |
в |
|||
верхнем положении (рис. 103), |
регенерации |
тепла нет. |
|||||
Главным источником тепла здесь является горение |
уг |
||||||
лерода в С 02 |
и СО. По мере опускания зоны горения к |
||||||
колосниковой |
решетке регенерация тепла |
|
усиливается. |
||||
Перед поступлением в зону го |
Верх |
|
|
|
|||
рения воздух все сильнее подо |
|
|
|
||||
спекаемого |
|
||||||
гревается. Когда зона горения |
слоя |
|
|
|
|||
находится |
в |
180—220 |
мм от |
|
|
|
|
верха спекаемого слоя, |
доля |
|
|
|
|
||
регенерированного тепла в об |
|
|
|
|
|||
щем приходе тепла зоны горе |
|
|
|
|
|||
ния составляет уже 35—45%, |
|
|
|
|
|||
а в крайнем нижнем положе |
|
|
|
|
|||
нии (400 |
мм от верха) эта ве |
|
|
|
|
||
личина приближается |
к 55— |
Колосниковая |
|
5 № 15 20 25 50 |
|||
60%. С точки зрения регенера |
|
Количество |
|
||||
ции тепла различные слои аг |
решетка |
регенерированного |
|||||
ломерата неравноценны. Верх |
|
|
тепла, тыс.ккал |
||||
ние слои пирога, образующие |
Рис. 103. Изменение количества |
||||||
ся в начале процесса спекания, |
регенерированного тепла (в каж |
||||||
дом элементарном слое в расчете |
|||||||
длительное время отдают свое |
на 100 кг агломерата по высоте |
||||||
тепло холодному воздуху, вса |
спекаемого слоя [195] |
|
|||||
сываемому в спекаемый слой.
Лижние слои пирога агломерата участвуют в теплопере даче всего несколько минут перед окончанием спекания.
Кроме |
того, |
интенсивность |
теплопередачи |
здесь |
|||
значительно ниже, так как |
|
воздух |
поступает в |
||||
нижние |
слои |
агломерата уже |
подогретым |
в вы |
|||
шележащих слоях, что уменьшает перепад |
темпе |
||||||
ратур агломерата и |
воздуха. |
Поэтому |
наибо |
||||
лее полно |
используется |
теплота |
верхних |
слоев |
пирога |
||
агломерата, которые к концу спекания сильно охлажда ются. На рис. 103 эта зависимость находит свое отраже ние в различном темпе прироста регенерированного теп ла по мере движения зоны горения к колосниковой ре шетке. Доля регенерированного тепла в общем приходе тепла в зоне горения быстро увеличивается лишь на пер вых 180—220 мм перемещения зоны. В дальнейшем темп роста замедляется и количество тепла, поступающего с воздухом сверху в зону горения, стабилизируется на приблизительно постоянном весьма высоком уровне. На
207