книги из ГПНТБ / Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

Теплопотери с газами, выбивающимися через окно посада и не­ плотности в кладке печи, полностью определяются давлением в печи и конструктивными особенностями ограждающей конструкции. Эти потери колеблются в широком диапазоне. Достаточно сказать, что в отдельных случаях количество дымовых газов, выбивающихся через окно посада методической печи, доходит до 40% от общего

Рис. 8.7. Значения коэффициента диафрагмирования отверстия:

количества продуктов сгорания топлива, покидающих печь. Это су­ щественно снижает величину т]и.т (при наличии подогрева компонен­ тов рабочей смеси).

Значение Qr находится из выражения

где WT— количество продуктов сгорания топлива, выбивающих­ ся из печи;

И7Г=0,82 F 3 6 0 0 ~\І2цІі — —— Jff' м3/ч (м*/сек)\_ (8.37)

»5 * Yr

t'r.yx — энтальпия газов, покидающих печь, ккал/м3 (кдж/м3) ; F — живое сечение отверстия для прохода газов, ж2;

151

h — расстояние от уровня пода печи до оси окна или от­ верстия, через которое наблюдается выбивание газов (на уровне пода давление продуктов сгорания прини­ мается равным нулю), лд;

Ув и Yr — соответственно удельные веса окружающего воздуха и дымовых газов;

Следует отметить, что действительные потери Qr, как правило, меньше найденных по формуле (8.36), что вызвано установкой па­ ровых или воздушных отсекающих завес у окна загрузки металла из печи, а также осуществлением ряда других мероприятий (устрой­ ства тамбуров и т. п.).

8.4.1.Рассчитать теплопотерн qохл.п сварочной зоны печи. Температура в

в контрольных сечениях глиссажной трубы /„' = 20; /„'СU= 4 0 и /„" = 60° С.

Металлическая глиссажная труба диаметром 160/125 покрыта слоем хромомагнезитовоіі изоляции (6=100 мм). Значения /г; и С„ принимаем соответственно рав­ ными 1300° С и 3,5 ккал/м--ч-° К4.

По формуле (8.23) рассчитываем величину А/Ср для глиссажноп трубы:

(1 3 0 0 -4 0 )-(1 3 0 0 -6 0 )

Ы с р = - ------------ — --------------— =870° С (ДГСр= 870° !<.). 1300-40

2,3 lg

1300-60

Максимальный температурный напор между продуктами сгорания и водой, охлаждающей опорную трубу, находим по формуле (8.24)

40+60 Д/Ср= 1300-----------------=1250° С (Д7Ср = 1250° К).

Задаемся температурой на поверхности изоляции глпссажных и опор­ ных труб:

Тст = 0,8-1300=1040° С (Т ст= 1313° К).

Для температуры

40+60

по графикам (рис. 8.3) находим, что

А.хм=2,7 ккал/м-ч-°С.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи аі. С этой целью используем выра­ жение (8.26), причем значением а к пренебрегаем:

1573-1313

152

К о эф ф и ц и ен т теп л о п ер ед ач и

выбираем коэффициент теплопроводности хромомагнезнтовоп изоляции: ^хм=2,5 ккал/м-ч-° С.

Полагая, что cti с изменением + т сохранит свою величину, и используя новое зна­ чение Ххм, пересчитываем коэффициент теплопередачи:

Общин теплоотвод

<7охл.в= (19,8+28,5) ІО3 = 48,3 • ІО3 ккал/м2-ч (56,1-Ю3 вт/м2).

Разница (51,8—48,3) ІО3 составляет величину порядка 5%.

Таким образом, теплопотери с 1 м2 подовых и опорных труб сварочной зоны печи составят 48,3 -103 ккал/м2-ч (56,1-Ю3 вт/м2).

153

Г л а в а 9. ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Для сжигания газообразных и жидких топлив применяются как диффузионные, так и кинетические горелочные устройства. Топливо также можно сжигать по смешанному принципу, как это имеет мес­ то при безокислительном нагреве металла в открытом пламени, когда вначале часть топлива, пропорциональная коэффициенту из­ бытка воздуха, сгорает по кинетической, а затем оставшаяся часть догорает согласно диффузионной схеме. Чисто диффузионный прин­ цип сжигания реализуется лишь в печах с невысокой температурой и в случаях, когда в рабочем пространстве допустимо присутствие свободного окислителя.

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Кинетические горелки бывают одно- и двухпроводными. Длина факела горелок многих типов сокращается установкой в них спе­ циальных турбулизующих вставок (на рис. 9.1 изолинии х представ-

C L b m ax

а следовательно, и устойчивости горения кратер горелки помещает­ ся в специальном горелочном камне. Общий вид горелочного камня показан на рис. 9.2. Применение турбулизующих вставок и горелоч­ ного камня почти полностью устраняет присутствие окиси углерода

вобластях зон рабочего пространства, где размещается металл.

Внастоящее время кинетическими (однолибо двухпроводны­ ми) горелками комплектуются многие существующие и вновь соору­ жаемые печи. Разработано большое количество типов кинетических горелок. Наиболее полно они представлены разработками Стальпроекта. В дальнейшем будут рассмотрены в основном эти горелки.

9.2.ВЫБОР ТИПА И КОЛИЧЕСТВА ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ (НА ЗОНУ ПЕЧИ]

Тип принимаемых к установке на печи горелочных устройств в основном зависит от способа сжигания топлива, характера обо­ грева изделий или заготовок и схемы теплообмена в рабочем про­ странстве, гидромеханики рабочего пространства, а также единич-

154

ной производительности горелки. Последнее влияет на такой выбор в незначительной степени. В зависимости от указанных факторов проектными и научными институтами, СКВ и конструкторскими бюро ряда промышленных предприятий для различных топлив раз­ работано большое число типов горелочных устройств.

Число горелочных устройств, устанавливаемых на зону (или отсек зоны) печи, определяется в соответствии с расходом топлива

= 3 0 • 10s ккал/м3 ■ч).

на зону или отсек. Расход топлива находится в результате выполне­ ния зонального теплового баланса печи. Наиболее важными крите­ риями при выборе количества горелок, как правило, являются рав­ номерный обогрев рабочего пространства, зоны или отсека, а также поддержание по ее длине заданного распределения давления. С целью равномерного обогрева садки все количество топлива, при­ ходящегося на зону, подводят в рабочий объем мелкими порциями, помещая горелки на фронте или боковых стенках печи.

155

9.3. ИНЖЕКЦИОННЫЕ ГОРЕЛКИ

Смесеобразование в таких горелках происходит за счет инжек­ ции воздуха в струю газообразного топлива, вытекающего из сопла, которое расположено перед смесительной камерон. При этом в сме­ сительной камере образуется однородная рабочая смесь. Смесеобра­ зование полностью оканчивается на смесительном участке, и к кра­ теру горелки поступает хорошо подготовленная смесь. Исключение составляют случаи, когда сжигание топлива происходит при а, силь­ но отличающемся от значений, принятых в нормалях.

Инжекционные горелки Стальпроекта — разновидность одно­ проводных кинетических горелочных устройств.

Расчет пнжекционной горелки, схема которой приведена на рис. 9.3, заключается в определении ее размеров, а также пределов регулирования [20]. Данными, необходимыми для расчета, являются:

расход топлива на горелку Вг, нм3/ч (нм3/сек)\

теплотворная способность топлива Q„>\ ккал/нм3 (кдж/нм3); давление и температура топлива рг и Тг, соответственно кг/м2

и 0 К; удельный вес топлива (у0.г, кг/нм3);

теоретически необходимое количество воздуха (Ко, нм3/нм3); коэффициент избытка воздуха (а), а также давление и темпе­

ратура воздуха рв, Тв, соответственно кг/м2 и °К- Расчет горелки начинаем с определения диаметра газового

сопла. С этой целью находим приведенную скорость истечения топ­

где ф — скоростной коэффициент газового сопла (для сопел, кото­ рыми комплектуются горелки Стальпроекта ф=0,85);

То и ро — соответственно температура и давление, отвечающие нор­ мальным условиям (7’о=273° К и ро= 10 333 кГ/м2)\

Apr — избыточное давление газа перед горелкой;

Дрг=Рг—Рв кГ/м2.

156

Если газообразное топливо находится при критическом давле­ нии (/?г=2000 кГ/м2), то выражение (9.1) принимает вид

где k — показатель адиабаты (для горючего газа k = 1,3).

Чтобы найти кратность регулирования Ѳ, определяем оптималь­ ное отношение площадей смесителя и газового сопла

где А — коэффициент, учитывающий расширение газа после исте­ чения (величину А находим по рис. 9.4);

В — коэффициент, учитывающий сумму сопротивлений на пути движения газовоздушной смеси в горелке, отнесенную

кскоростному напору (табл. 9.1);

ш— объемная кратность инжекции;

157

П — коэффициент, учитывающий понижение температуры пос-

. ле истечения:

fe-i

Л =

Рти Рв — абсолютные давления газа и воздуха, кГ/м2\ п — весовая кратность инжекции:

К

где а;к — действительная скорость смеси в кратере горелки, м/сек-,

2,о 3,0 Рг (ото)

Для некоторых марок топлив минимально допустимая скорость указана в табл. 9.1.

Скорость газовоздушной смеси в кратере горелки находим сле­

'Ycm

где Ігк — скоростной напор в кратере горелки, кГ/м2;

158

Т а б л . 9. 1. Расчетные характеристики инжекционных горелок

Арв — повышение давления воздуха в инжекционной горелке;

/в — живое сечение смесителя для прохода воздуха, м2; уо.в — удельный вес воздуха при нормальных условиях, кг/нм3-,

159

Диаметр кратера горелочного устройства подсчитываем, зная скорость движения смеси wK:

для горелок Н и П:

d c M = d K -

Остальные геометрические характеристики инжекционных горе­ лок Стальпроекта определятся в соответствии со значением dcм (табл. 9.2).

В настоящее время разработаны и серийно изготавливаются горелки типов В, Н и П. Каждый из указанных типов имеет ряд типоразмеров. Смежные типоразмеры отличаются между собой по производительности примерно на 25%•

Горелки типа В разработаны применительно к высококалорий­ ному топливу с теплотворной способностью выше 4000 ккал/нм3.

160