книги из ГПНТБ / Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

По данным тех же испытаний, Ѵт=* 700 м3/т, тогда аш =0,431 и в соответствии с этим Ст =0,156 кг/кг; Сш=0,078 кг/кг.

РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЯ

Получены основные параметры движущихся частиц: радиаль­ ная Ѵг , тангенциальная Ѵ9 и осевая Ѵг ; относительная скорость U ; температура частиц Т'; степень их выгорания гр и время пребывания

Ѵг и Ѵ9 отмечается резкое нарастание скорости на начальном участке для мелких частиц и более плавное — для крупных. Увеличение приводит, однако, к заметным количественным изменениям скорости,

200

сульфид железа.

Рис. 87. Траектория движения частиц (мкм) в камерах различного размера (Dn — 2,5 и 4,0 лі).

развиваемой частицами в период их движения, Ѵг существенно воз­ растает для более крупных частиц и падает для мелких. При этом с увеличением Пц радиальная скорость возрастает для крупных невы­ горающих частиц (б = 500 мкм) и снижается для мелких, выгорающих (6 = 50 мкм). Тангенциальная составляющая Ѵ9 монотонно возрастает с увеличением диаметра камеры для частиц всех размеров, для мел­ ких — более интенсивно. Такое различие в изменении составляющих

стиц. Увеличение размера камеры увеличивает абсолютную протяженность пути движения частицы, что в сочетании с относительным удлинением траектории обусловли­ вает возрастание времени пребывания (сепарации) тс в объеме, в результате чего изменяется температура частиц Т' и их степень выго­ рания — ер (рис. 86—88).

Таким образом, несмотря на отмеченное выше снижение интен­ сивности горения (в соответствии с изменением U), увеличение размера камеры при прочих равных условиях приводит к увеличению доли топлива, выгорающего в объеме за счет роста величины хс. На рисун­

202

ке 89 представлены аналогичные зависимости для частиц сульфида железа. Отмечая общность в развитии картины движения, состав­ ляющих Vг и Ѵ? , следует подчеркнуть, что она соблюдается с опре­ деленным сдвигом по размерам частиц. Так, одинакова качественно (и отчасти количественно) картина скоростей частицы: угля б= 50 мкм и сульфида 6 = 25 мкм, угля 6= 500 мкм и сульфида 6= 200 мкм.

Рис. 89. Радиальная (FJ и тангенциальная (У?) составляющие скорости частиц сульфида железа в камерах различного размера (1 — Г)ц = 0,8; 2 — 1,5; 3 — 2,5; 4 — 4,0 м).

Сдвиг обусловлен, очевидно, различной плотностью топливных и сульфидных частиц, а для мелких фракций — и существенно раз­ личной степенью выгорания: значительной для углеродных и нич­ тожной для сульфидных. Этим же определяется и отличие траекторий движения (рис. 90).

В отличие от траекторий для дисперсного углерода траектории частиц сульфида железа заканчиваются на стенке практически для всех размеров частиц 6 во всех рассмотренных камерах £>ц. Это об­ условлено незначительным выгоранием сульфида, которое, как пока­ зывают расчеты, при рассмотренных условиях (работа камер D4 ^

203

^ 4 ,0 м на воздушном дутье), не достигает 100% даже для наиболее мелких частиц. Влияние же размера камеры на характер движения сульфидных частиц аналогично влиянию на топливные. То же можно сказать и о времени сепарации частиц (рис. 91). С увеличением разме­ ров камер частицы сульфида железа при их движении в объеме про­ греваются интенсивнее (рис. 92), что обусловлено увеличением време­ ни сепарации частиц.

Рис. 90. Траектория движения частиц сульфида железа в камерах различного размера (Dl; = 2,5 и 4,0 м).

Для полученных зависимостей характерно выравнивание темпе­ ратур мелких частиц на уровне, близком к средней (расчетной) темпе­ ратуре газовой среды в камере (Т= 1873°К). Это также связано со сла­ бым выгоранием частиц сульфида, обладающего к тому же более низ­ кой теплотворностью по сравнению с углеродом: 1500 ккал/кг против

7800 ккал/кг.

В л и я н и е с к о р о с т н о г о р е ж и м а . Это явление изуча­ лось с учетом влияния общего уровня скоростей в циклонной камере, определяемого величиной начальной (входной) скорости газового по­

204

тока WBX, и характером распределения вращательной составляющей скорости газового потока в камере. Приведенные выше результаты подтверждают, что размеры циклонного аппарата существенно влияют на характеристики поведения дисперного материала.

Были выполнены расчеты при значении входной скорости Ж вх = = 60 м/сек (в основном варианте W BX==120 м/сек). Как и следовало ожидать, уменьшение скорости газо­ вого потока в циклоне, обусловленное пониженной входной скоростью, со­ провождается снижением всех состав­ ляющих скорости движения частиц.

Это, ;в свою очередь, приводит к уве-

2200

/ш

/200

800

•Й70

личению времени пребывания частиц в объеме камеры соответствую­

щему удлинению траекторий (рис. 93).

Изменение общего уровня скоростей в циклонной камере воздей­

с уменьшением скорости входа до WBX=60 м/сек в объеме полностью успевают сгорать частицы 6=^50 кмк, а выгорание частиц 6= 100 мкм

возрастает до 10 %• Таким образом, изменением скорости ввода воздуха в циклон

можно регулировать перераспределение выгорания топлива в объеме или на стенках камеры.

205

Рис. 93. Время пребывания частиц топлива в объеме камер различно­ го размера (1 — DTl = 0,8; 2 — 1,5; 3 — 2,5; 4 — 4,0 ж); ТР„Х= 60 м/сек.

Снижение скорости в еще большей степени влияет на поведение частиц шихты, что обусловлено повышенной плотностью сульфидного материала (у/ = 3800 кг/м3 против у'= 1400 кг/м3 для углеродистого топлива), большей его инерционностью. Время сепарации частиц раз­

Предельная температура, развиваемая частицами сульфида, при этом практически не меняется, что, по-видимому, обусловлено малой величиной теплового эффекта реакции окисления.

Изложенное показывает, что поведение частиц в объеме циклон­ ной камеры определяется не только их размером и плотностью, но и физико-химическими превращениями, которым они подвергаются в процессе термической переработки.

207

05 Oß 0,7 0,8 0,9 iß 05 Oß 0,7 0,8 0,9 tß

Рис. 97. Радиальная (Kr) и тангенциальная (V9 ) составляющие скорости движения частиц размером 6 = 50 и 500 мкм. Сплошные линии — по зависимости (3.101); пунктирные—(3.100). 1 — £>ц = = 0,8; 2 — 0,5; 3 — 2,5; 4 — 4,0.

ВЛИЯНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКА

Наибольший интерес для анализа влияния аэродинамической структуры потока представляет периферийная зона камеры, поскольку именно сюда, как правило, вводится дисперсный материал — топливо и перерабатываемое сырье. Распределение основной вращательной составляющей скорости в этой зоне молено описать уравнением (3.19), которое, по единодушному мнению многих исследователей, лишь при­ ближенно отражает реальное распределение W v . Более точно оно опи­ сывается выражением [16]

Иногда, например [17, 31], для уточнения закономерностей дви­ жения потока предлагаются более сложные зависимости, в которых большее согласование с опытом достигается за счет введения в уравне­ ние ряда эмпирических коэффициентов.

208

Если учесть, что в реальной камере аэродинамика потока допол­ нительно осложняется за счет неизотермичности, возникающей при горении, а также вследствие ввода в поток твердой взвеси, то точный профиль может быть найден лишь в результате экспериментального изучения конкретной модели камеры.

При аналитическом рассмотрении важно оценить влияние изме­ нения движения газовой среды на поведение и реагирование частиц. Исследование, проведенное в широком диапазоне изменения форм по­ ля W 9 (квазитвердого, потенциального вращения и в поле постоянной скорости), показало, что при движении частиц постоянной массы по­ грешность в определении времени сепарации тс, обусловленная раз­ личной закономерностью движения газовой среды, не превышает 30%, а для частиц б> 2 5 мкм не выходит за пределы 5% [116].

Для оценки влияния распределения W? в условиях, более прибли­ женных к реальным, с учетом всего комплекса явлений, сопровож­ дающих движение частиц в огневой циклонной камере, нами исполь­ зовано уравнение квазипотенциального вращения с учетом [8, 11] :

В основу сравнения мы приняли постоянство значения W 9m, так как частица вводится именно в зону максимальных скоростей. Сохра­

Коэффициент сохранения максимальной скорости егт с учетом поправки на неизотермичность потока [13] может быть представлен в виде