Файл: Конюх, В. Я. Факельная продувка расплавов.pdf

задней торцевой стенки. Газовый подвод заканчивается соплом с веерной раздачей газа. Воздух подводится у зад­ ней стенки тангенциально. Камера сгорания горелки фу­ теруется огнеупорными материалами. Выходное сопло

777777:777777^7777777777777^7^7777777

6

Рис. 5. Схемы печей с погружными горелками:

а — стационарные; б — опускаемая.

горелки для предотвращения его разрушения расплавленными метал­ лом и шлаком выполняется водо­ охлаждаемым. Горелка такой конст­ рукции стационарно монтируется

на печи. Схема печи с вмонтированными в нее горелками

показана на рис. 5.

Расчет погружной газовоздушной горелки. Давление горючей смеси перед камерой сгорания (АРобщ) опреде­

ляется сопротивлением камеры (АРгор) и противодавле­

нием расплава:

АР,общ ' АРГОр+АРР-

Сопротивление камеры определяется по уравнению Вейсбаха:

Ргор = 9,81 • 10,-4 (£і —

2q

где 1Г0 — скорость течения газов в камере, м/с; уг — плотность газов в камере, кг/м3. Значения уг берут для

21

случая, когда в камере сгорает половина газа; klt k2 — коэффициенты.

Противодавление расплава

ЛРр = Ю“5?^.

где Ур — плотность расплава, насыщенного газовыми пузы­ рями, кг/м3; h — степень насыщения расплава газовыми

Вт — расход газа, м3/с; а — коэффициент расхода воздуха; х0 — стехиометрический коэффициент (для природного газа, сжигаемого с воздухом, х„ = 9,8); FK — живое се­ чение камеры сгорания, м2.

Таким образом,

= Вт (1 + ахр)

22

Скорость истечения газов в расплав из кольцевой щели, а также сечение этой щели определяются с учетом извест­ ных законов истечения газов из сопел [7; 9; 28].

Авторами была исследована работа горелки при разной тепловой нагрузке. Результаты исследований приведены на рис. 6 и 7.

По имеющимся зависимостям (рис. 6, 7) и приведенным уравнениям можно определить параметры камеры сгора-

туннеле горелки при разной тепло­ вой нагрузке (обозначения 1—4 те же, что и на рис. 6).

ния. Если камера водоохлаждаемая, то можно определить количество воды, необходимое для ее охлаждения при нор­ мальной работе горелки. Для определения интенсивности

охлаждения камеры сгорания нужно вычислить количество тепла, передаваемое от расплава к воде через стенку хо­ лодильника:

^охл ~~ ГР ^в) ^ПОВГ>

где Т3 — средняя температура воды в холодильнике, К; Гр — температура расплава, К; Епов — водоохлаждаемая

поверхность, м2; г — время, ч; &т — коэффициент тепло­

передачи, Дж/м2 • град.

Величина йт обычно определяется на основании экспе­ риментальных данных или из критериального уравнения,

23

Лг

критерий Рейнольдса, в выражение которого вместо скорос­ ти движения расплава у стенки холодильника входит про­ порциональная ей величина ѵг — секундный расход газов,

Дж/м • град; ср — теплоемкость расплава, Дж/кг • град; т)р — вязкость расплава.

Расход воды (/в) на охлаждение определяется по форму­

ле

/в = 3600

(Тв-Т^с

где с — теплоемкость воды, Дж/кг • град.

Скорость охлаждающей воды определяется из выра­ жения для температуры внутренней стенки холодильника:

где Or — коэффициент теплоотдачи конвекций от стенки холодильника к воде, Дж/м2 • ч • град.

По данным С. Н. Андоньева [28],

ак = 1290

эквивалентный диаметр канала, по которому циркулирует

24

вода, м. Значения эквивалентного диаметра определяются по формуле

4(и

“экв ’

где со — сечение канала, м2; S — периметр канала, м. Минимально допустимая скорость воды в холодильнике

определяется из выражения

О cf-2

Г

*сохл экв

1290 (100 —Гв) Fn

При достижении 1ГМИН должно соблюдаться условие

0,278 • ІО"3 /в/ш > Гмин.

Расчет стабилизатора погружной горелки. Стабилиза­ ция пламени в горелке может быть осуществлена с помощью стабилизатора. Падение давления на стабилизаторе опре­ деляется потерей напора на внезапное расширение потока:

где I — коэффициент местного гидравлического сопротив­ ления; р — плотность газа в потоке, кг/м3; 1FX — скорость газа в наиболее узком сечении камеры сгорания, находя­ щемся на некотором удалении за стабилизатором, м/с; W2 — скорость потока в свободном сечении камеры сго­ рания за стабилизатором, м/с.

Величина I по мере горения смеси в камере возрастает, она пропорциональна степени загромождения_сечения ка­

меры сгорания стабилизатором, т. е. g ~ fK ~ Fcy/FK, где FCT, FK — соответственно площади поперечного сече­

ния стабилизатора и камеры сгорания, м2.

Для определения можно воспользоваться коэффициен­ том лобового сопротивления стабилизатора сх, который

для цилиндрической камеры сгорания равен

2R

С* pW2F„ ’

где R — лобовое сопротивление, Па, определяется из урав­ нения импульсов Бернулли:

R = bPFK - PlWt (HZ2 - WJ F*.

25

В этом уравнении ДР = Pt — Р2 — перепад статиче­ ского давления на стабилизаторе, Па; Wlf W2 — соответ­ ственно средняя скорость смеси в камере перед стабили­ затором и за стабилизатором, м/с. В свою очередь

р2г22 РіИ

ДР = ДР„

После некоторых преобразований получаем

Если заменить величину соотношения скоростей вели­ чиной отношения площадей, пренебречь изменением плот­ ности смеси и учесть сжимаемость струи при обтекании стабилизатора, то получим следующее конечное выражение для коэффициента местного сопротивления:

либо аналитически из выражения [3]

1+Ґ’>(1-7г) ’

где а — коэффициент сжатия струи. Для стабилизаторов, имеющих участок, стенки которого параллельны стенкам камеры сгорания, а = 1.

Расчет условий стабилизации пламени. При набегании

вкамере сгорания потока горючей смеси на стабилизатор

вследе за ним возникает рециркуляционный поток. Внутри зоны рециркуляции устанавливается зона обратного тока,

26

ограниченная поверхностью нулевых скоростей потока. Во время горения смеси общая картина движения потока остается без изменения, хотя вследствие теплового расши­ рения газов уменьшается разрежение за кормой стабили­ затора, зона обратных токов растягивается и увеличивает­ ся в 3—4 раза.

Анализ имеющихся литературных данных [2; 3; 8] показывает, что для условий погружных горелок, приме­

нормальная скорость распространения пламени для дан­ ных условий, м/с. Значения а подсчитываются по формуле

срѴ<7

где X — коэффициент теплопроводности. После подстановки получаем

27

Количество тепла, переданного из рециркуляционной зоны к холодной смеси, можно выразить как

где Гв, Го — соответственно температура сгоревшего

взоне газа и смеси, К; h — характерный размер (диаметр) стабилизатора, м; ѵ — коэффициент кинематической вяз­ кости смеси, м2/с; с — безразмерная концентрация топлива

вгорючей смеси.

Горение в камере устойчиво, если выполняется условие Ça > <7і. тогда скорость срыва пламени Fcp при извест­

ных размерах стабилизатора может быть выражена зави­ симостью

Гср = 2_ Г ^н(Гв-Го) Ѵ+а dB ѵв |_ Tl — J

В этой формуле 5=1/1 — с.

близок к 1 [3], т. е. при стехиометрическом соотношении топлива и воздуха. Для других условий горения (до до­ стижения срыва пламени при 1Уср — 40 м/с) параметры

стабилизатора можно рассчитать, пользуясь эмпирическим

уравнением [22]

где W'oæp — значение скорости потока горючей смеси, при котором происходит срыв пламени; а0 ср — величина, ха­

рактеризующая состав горючей смеси, при котором про­

исходит срыв пламени со стабилизатора.

Для определения №ср по формуле (7) необходимо знать реальный состав горючей смеси аср (это обычно известно),

а также величину ао ср, которая определяется из следую­

щего выражения:

28

и размера стабилизатора, находится из эмпирической за­ висимости

А •= а' + с2/г,

где с — коэффициент, его величина для «-образных и ко­ нусных стабилизаторов равна 28,3 • ІО-4; a' — коэффи­ циент, определяемый по графику рис, 9 для «-образных ста­ билизаторов. Для конусных стабилизаторов с диаметром

основания более 20 мм и ß =

= 30° a' = 0,05.

для которой известна скорость потока 1Госр при срыве

пламени со стабилизатора данных размеров.

Влияние давления на устойчивость горения учитывает­

где п = 0,6 ... 0,96 — коэффициент, зависящий от размера стабилизатора. Большие значения п берутся для стабили­ заторов меньших размеров.

Погружные газокислородные горелки

Известны горелки, в которых газ и кислород предва­

рительно перемешиваются до выхода в расплав, и горелки, по которым в расплав газ и кислород подают раздельно.

Было испытано три модификации горелок первого типа, в которых:

29