18 Особенности движения газов в печах.

Существует несколько разновидностей движения газов в рабочих камерах печей: канальное, струйное, фильтрационное,

Канальное движение в рабочем пространстве имеет место в печах с вытянутым рабочим пространством, когда скорости газов в различных точках его сечения направлены одинаково. В рабочем пространстве современных печей этот вид движения встречается редко.

Струйное движение в камере. Возможно два случая: струя успе­вает заполнить сечение камеры и струя не успевает за­пол-нить сечение камеры. Для рабочего пространства печей чаще всего характерен второй случай.

В начале камеры струя развивается аналогично свободной струе и также вовлекает в движение окружающую среду. Но т.к. стенки ка­меры препятствуют свободному притоку газа из атмосферы, в районе корня струи создается разрежение (как и во входной части эжектора)

Перед выходом из камеры движение примерно такое же как и при ударе струи в тупик с той только разницей, что часть газа покидает камеру.

По закону сохранения массы из камеры уходит столько газа, сколько входит через сопло, поэтому часть газа, которая захваты­вается в корне струи, поворачивается и движется по торцевой стенке. Поскольку в районе тупика давление повышенное, а в корне струи пониженное, у продольных стен образуется поток, движущийся в направ­лении, обратном направлению струи.

В камерах со струйным движением давление изменяется и вдоль камеры и в поперечных сечениях самое низкое давление наблюдается на оси струи в области входа в камеру, самое высокое давление -на выходе из камеры. В начале камеры разница давлений у периферии и на оси больше, чем в конце,

В ряде случаев движения газа в камере (по М. А. Глинкову) удоб­но выделить ядро постоянной массы - часть струи, в сечениях которой расход равен начальному и циркуляционные зоны, отражающие замкну­тые контуры, в которых вращается газ. Иногда, например, в сушках необходимо создать равномерность температур в рабочем пространстве и это достигается за счет усиления рециркуляции продуктов сгорания (рис. 23).

Рис.23 Рециркуляция газов в рабочем пространстве печи

Газы, выходящие из топ-ки в печное устройство подсасывают из нижней зоны печи часть отработавших газов; часть же этого газа удаляется в сборный отводящий канал. Количество подса­сываемого свежей струей отработавшего газа и, таким образом, крат­ность циркуляции зависит от сопротивления движения газов на пути их циркуляции, скорости инжектируемых струй и скорости движения смеси в пространстве между левой боковой стенкой печи и экраном. Чем больше сопротивление, тем при прочих одинаковых условиях, тече­ние подсасывается свежей струей отработавших газов и тем больше раз­ность температур по высоте печи.

В высокотемпературных печах рециркуляцию создают путем инжектирова­ния газов струями, выходящими из форсунок или горелок.

Фильтрационное движение наблюдается в так называемых слоевых или шахтных печах.

При увеличении скорости фильтрующих газов до известного пре­дела плотный слой начинает терять свою устойчивость. При этом на­иболее мелкие составляющие материалы слоя начинают выбрасываться (выдуваться) из слоя. Предел устойчивости слоя может быть найден на основании следующих соображений.

В момент отрыва частицы необходимая сила F должна

равняться сумме относительного веса и силы инерции частицы, т.е.

, (109)

где т_т и т_r - соответственно массы частицы материала и газа в

объеме частицы, кг;

dH - элементарное перемещение частицы за время dτ.

Сила сопротивления частицы будет равна

, (110)

где F_т -сечение частицы, м² .

Приравнивая эти два последних выражения

=0 для устойчивости, тогда получим уравнение для предельно -допустимой скорости газа в слое:

(111)

При увеличении скорости газов в слое сверх предельной наступа­ет состояние, при котором все частицы слоя теряют устойчивость, рас­стояние между частицами увеличивается, слой в целом увеличивается в объеме, а частицы в нем энергично перемещаются по некоторым своим свойствам, такой слой напоминает жидкость, перемешиваемую продува­емым газом. Отсюда и возникло название такого состояния слоя - псевдоожижен-ный или "кипящий" слой. При дальнейшем увеличении ско­рости все частицы слоя переходят во взвешенное состояние, и движе­ние газов будет происходить по законам движения двухфазной среды. Движение частиц осуществляется в режиме пневмо-транспорта. Кипящий слой является промежуточным, т.к при дальнейшем увеличении наступает момент, при котором сила любого сопротивления становится больше силы веса и псевдоожиженный слой переходит в режим пневмотранспорта.