Избыточное давление в рабочем пространстве печи, заполненном легким газом

Н а рис. 9.2 изображена схема металлургической печи, рабочее пространство которой заполнено высокотемпературными газами, плотность которых _г существенно меньше, чем плотность окружающего воздуха _в. На поду печи на уровне рабочих окон поддерживается давление р₀, равное давлению в окружающей среде. Это необходимо для исключения подсоса воздуха в печь и выбивания газов. Найдем как изменяется давление внутри печи p_г и в окружающем воздухе p_в по высоте. В связи с небольшой высотой печи изменением плотности будем пренебрегать.

Используем решение (9.5). При этом давление внутри печи будет р_г = р₀ – _гgz, а давление в окружающей среде р_в = р₀ – _вgz.

Поскольку _г <_в, давление внутри печи убывает по высоте медленнее, чем снаружи (см. график на рис. 9.2), и при любом z > 0 давление в печи будет больше, чем в окружающей среде на величину

p= р_г – р_в = (_в – _г ) gz.

(9.6)

Например, при z = h, т. е. под сводом печи

p (h) = (_в –_г ) gh.

(9.6,а)

Таким образом, если в верхней части печи имеются отверстия или неплотности в кладке, то через них будет происходить выбивание газов из печи.

Принцип действия дымовой трубы

На рис. 9.3 приведена схема, на которой показана дымовая труба A, соединенная дымовым каналом Б с печью В.

Давление в печи на уровне пода, откуда производится отбор продуктов сгорания, практически равно атмосферному давлению на уровне основания трубы, т. е. в сечении 2 – 2. В сечении 1 – 1 в устье трубы давление такое же, как в окружающей среде на этом уровне, т. е. p₀.

Направим ось z вертикально вниз. Плоскость z = 0 расположим в сечении 1 – 1 устья трубы. Плотность продуктов сгорания, заполняющих трубу, _г существенно меньше плотности окружающего воздуха _в, поскольку они имеют достаточно высокую температуру. Изменением плотностей _г и _в, связанным с изменением давления, будем пренебрегать, так как даже при высоте трубы 100 м это изменение составляет около 1%. Таким образом, оба газа, т. е. продукты сгорания и окружающий воздух, будем рассматривать как несжимаемые жидкости.

Л егко видеть, что эта задача не отличается от первой из рассмотренных нами задач, т. е. изменение давления как внутри трубы p_г, так и в окружающей среде p_в по мере удаления вниз от сечения 1 – 1 описывается выражением (9.3)

p_в = p₀ + _вz; p_г = p₀ + _гz.

Таким образом, в любом сечении, расположенном ниже сечения 1 – 1, давление внутри трубы будет меньше, чем в окружающей среде, поскольку _в > _г. В частности, в плоскости основания трубы (в сечении 2 – 2 ), т. е. при z = H, имеем

p_в (H) = p₀ + _вH; p_г (H) = p₀ + _гH.

Следовательно, в основании трубы создается разрежение

p p_в (H) – p_г (H) = (_в – _г)H.

(9.7)

Поскольку, как уже было указано выше, давление в печи равно p_в (H), следовательно, под действием этого разрежения продукты сгорания будут отводиться из печи в дымовой канал и в трубу.

Как это видно из выражения (9.7), разрежение, создаваемое трубой, будет тем больше, чем больше ее высота Н и чем меньше плотность продуктов сгорания, т. е. чем выше их температура.

Л.9.