Глава 12. Особенности движения газа в печах и устройства, приводящие его в движение

Движение газа в рабочем пространстве металлургических печей во многом определяет эффективность и показатели тепловой работы печей независимо от температурного уров­ня технологического процесса. Действительно, для средне- и низкотемпературных печей параметры движения потока га­зов определяют интенсивность конвективного теплообмена, который в этих условиях является определяющим в уста­новлении тех или иных скоростей нагрева металла. Для вы­сокотемпературных печей, где главным видом теплопереда­чи выступает тепловое излучение, роль движения газов остается высокой, так как только непрерывная смена объе­мов газа за счет его движения может обеспечить сохранение высоких температур в рабочем пространстве печи, а, следо­вательно, и высокую интенсивность теплообмена излу­чением.

Правильная организация движения газов в системе обес­печивает стойкость элементов кладки металлургических пе­чей, и поэтому увеличивает межремонтный период работы печи, влияя таким образом на экономику печного передела. К этому следует добавить, что конструктивные особенности теплообменных аппаратов, их техническая эффективность зависят от совершенства организованного движения газооб­разных теплоносителей в них. Отмеченное относится и к ох­лаждаемым элементам металлургических печей, для кото­рых следует учитывать и особенности движения охлаждаю­щей воды.

Для оптимальной работы топливосожигающих устройств организация движения газообразного топлива и воздуха в горелках, мазута, воздуха и в некоторых случаях пара в форсунках, определяют важнейшую характеристику процес­са горения топлива — коэффициент расхода воздуха.

Перечень примеров можно было бы продолжить, но це­лесообразно остановиться еще на одном, относящемся к нагревательным печам. В ходе нагрева слитков перед обра­боткой их давлением (прокаткой, ковкой и т. п.) или гото­вых изделий перед термообработкой решающее значение приобретает равномерность нагрева металла по сечению, объему заготовок, изделий. Решение этой задачи достигается, главным обра­зом, за счет равномерного обтекания нагреваемых изделий, чего можно добиться, соответствующим образом располо­жив устройства ввода горячих газов, направлением и скоро­стью их струй, вывода потерявших тепловую ценность газов; другими словами, от организации циркуляции газов в рабочем пространстве печи. Не останавливаясь подробно на многочисленных вариантах создания циркуляции, при­ведем два из них, являющиеся наиболее характерными. В первом варианте (рис. 12.1, а) циркуляция обеспечивается за счет действия вентилятора, возвращающего часть покидаю­щих печь газов к месту ввода горячих газов. Благодаря та­кой организации движения газов удается существенно по­высить скорость газового потока и выровнять температуры в движущемся потоке газов. Подобный результат можно по­лучить при активизации движения газов в рабочем пространстве металлургической печи, если расположить ввод газов так, как показано на рис. 12.1, б. Тангенциальный ввод газов приводит к возникновению вращательного дви­жения газов, благодаря чему один и тот же объем газа, прежде чем покинуть сечение ввода, многократно вовлека­ется в движение, способствуя тем самым росту скорости и, как следствие, интенсифицирует теплообмен. Если наряду с теплообменом имеет место и горение топлива, то цирку­ляция газов будет также способствовать лучшему переме­шиванию участвующих в горении компонентов, более быст­рому подогреву топливовоздушной смеси и в конечном ито­ге — более полному горению топлива.

Рис. 12.1. Примеры циркуляции газов в печах, достигаемой за счёт работы вентилятора (а) и за счёт взаимного расположения струй (б)

Из приведенных примеров следует, что для организации движения газов по элементам печи, создания в необходимых случаях циркуляции газов потоки воздуха, газов, продук­тов сгорания должны располагать значительным запасом энергии. В качестве устройств, обеспечивающих приведение в движение газов в металлургических печах, применяются вентиляторы, дымовые трубы, эжекторы и инжекторы.

Прежде чем перейти к рассмотрению принципов рабо­ты этих устройств, следует рассмотреть закономерности распределения газовых потоков в системе печи, особенности которого определяют не только величины аэродинамичес­ких сопротивлений, но и эффективность тепловой работы, например, теплообменников регенеративного типа.