3.2.4. Струйное движение в камере

Если длина струи равна или больше длины камеры (рис. 3.7., а), то вблизи от сопла развитие её аналогично развитию свободной струи. Окружающая среда вовлекается в движение. Однако стенки камеры препятствуют притоку газа из атмосферы, поэтому в этой зоне создается разряжение. У противоположной стенки камеры часть газа выходит в атмосферу через отверстие в стенке, а другая ударяется о стенку, что приводит к повышению его давления. Количество газа, уходящего из камеры и приходящее в неё через форсунку по закону сохранения массы равны. Поэтому часть газа, захваченного струёй вблизи форсунки, поворачивает и движется вдоль боковой стенки камеры.

Длина рабочего пространства промышленных печей обычно превышает длину струи, поэтому траектории движения газов в них видоизменяется (рис. 3.7., б).

а) б)

Рис. 3.7. Движение струи в камере

На рис. 3.8. представлены сложные случаи струйного движения в камерах, используемые для равномерного нагрева материала в камерных печах.

Рис. 3.8. Сложные случаи струйного движения в камере.

3.3. Движение газов в рабочем пространстве печи

Важнейшими процессами, протекающими в печах литейных цехов, являются процессы теплообмена. Движение газов в печах в значительной степени определяет характер этих процессов. От этого движения зависит интенсивность и равномерность нагрева, угар металла, стойкость футеровки, эффективность расхода энергии в печи. Конструкция печи должна обеспечить наиболее рациональный режим теплообмена.

Движение газов в рабочем пространстве печи подразделяют на свободное (естественное) и вынужденное.

Причиной свободного движения является неоднородность плотностей газа в различных частях рабочего пространства печи, связанная с неоднородностью температуры газов в нём. Свободное движение газов в печах происходит с относительно низкими скоростями и играет второстепенную роль в процессах теплообмена.

Вынужденное движение газов в печи происходит под действием давления (положительного или отрицательного), создаваемого с помощью печных труб, вентиляторов и дымососов.

3.3.1. Способы создания вынужденного движения в печах.

Струи газов, образованные горелками и форсунками, являются, как уже отмечалось, важнейшей причиной движения газов в печи.

Струи – факелы не направляют непосредственно на нагреваемые изделия, чтобы избежать перегрева. Пламя выходящее из горелок не должно достигать противоположной стенки печи. Горелки, расположенные на противоположных стенках печи, следует устанавливать в шахматном порядке во избежание столкновения струй. Учитывая разряжение, существующее в корневой части

струи горелки, не следует располагать горелки вблизи окон печи для предотвращения подсоса в печь холодного воздуха.

Дымовые трубы. Роль этих устройств изначально была двоякой – создание разряжения, необходимого для движения газов в печи, и удаление из неё дымовых газов. В настоящее время для создания требуемых разрежений применяют дымососы, стоимость которых ниже, чем стоимость равнозначных труб. В ряде случаев использование высоких дымовых труб вообще неприемлемо. Поэтому роль дымовых труб в настоящее время сводится к удалению в атмосферу дыма в соответствии с санитарными нормами. В связи с изложенным, ниже приводится только схема расчёта дымовой трубы. При необходимости методика предварительного и окончательного расчёта дымовой трубы может быть взята из [1], а аналитическое решение приведено в [9].

Целью расчёта дымовой трубы является вычисление её высоты и диаметра. Исходными данными для расчёта являются: удельный расход продуктов горения и температура газов, которые необходимо удалить из рабочего пространства печи, а также сумма потерь давления на пути газа от пода печи до основания трубы Σ_{пот.печи.}.

Площадь сечения (устья) трубы – F _у определяют по формуле:

, м³ , где:

• V_o – удельный расход продуктов горения, м³/с;

• W_у – максимально допустимая скорость дыма на выходе из устья трубы (по практическим данным 2,5…3 м/с).

Диаметр трубы вычисляют по формуле: ,м².

По соображениям устойчивости трубы, диаметр её основания принимают равным: d_осн. =1,5d_у.

Высота трубы должна быть такой, чтобы создаваемое ей геометрическое давление, было больше суммарных потерь давления на пути газа от пода печи до устья трубы:

, где: (3.12.)

- 1,3 – коэффициент запаса, учитывающий возможность работы печи в форсированном режиме;

- H- высота трубы, м;

- р_пот.тр. - потери давления на трение в трубе;

- р_{пот.суж.} -потери давления на сужение трубы;

- р_{пот.вых.} – потери давления на выходе из устья.

Дымососы прямого действия (рис. 3.9,а) это высокотемпературные отсасывающие вентиляторы центробежного типа. Производительность дымососов достигает нескольких тысяч кубических метров дыма в час. Температура дымовых газов, проходящих через них, не должна превышать 673…723 К. При более высоких температурах используют дымососы косвенного типа.

Рис. 3.9. Дымососы. а – прямого;

б - косвенного действия

Дымососы косвенного типа (рис. 3.9.,б) отсасывают дым из печей, используя принцип работы эжектора, рассмотренный в п. 3.2.2.

а) б)

Вентиляторы. Движение газов в электрических нагревательных печах может осуществляться с помощью вентиляторов. На рис. 3.10 показано движение газов в элеваторной электропечи с защитной атмосферой для отжига металла в период промежуточного охлаждения отливок. В водоохлаждаемом теплообменнике 4 защитный газ охлаждается до температуры безопасной для работы вентилятора 1.

Рис. 3.10. Элеваторная электропечь с теплообменником

1. вентилятор; 2 – печное пространство; 3 - отливки; 4 - водоохлаждаемый теплообменник.