- •Введение
- •Работа 1. Экспериментальное исследование условий псевдосжижения в системе дисперсный материал – газ применительно к работе печей для обжига в «кипящем слое»
- •Описание установки
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Результаты эксперимента и вычислений заносить в таблицу.
- •Работа 2. Определение характеристик воздухораспределительной системы горизонтального конвертера методом физического моделирования
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 3. Исследование режима движения газов в печи взвешенной плавки на физической модели
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Свойства воздуха при 760 мм рт. Ст.
- •Работа 4. Экспериментальные исследования истечения воздуха при его нагреве
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 5. Оценка условий подачи дутья в слой расплава при различных вариантах
- •1) Зона окисления – зона непосредственного контакта расплава с дутьевой струей:
- •Теоретический расход кислорода:
- •Соответственно расход воздуха при 21% кислорода:
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 6. Исследование конвективной теплопередачи в металлургическом рекуператоре
- •Описание установки
- •П орядок выполнения работы
- •Работа 7. Исследование динамики свободной струи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 8. Исследование условий внедрения верхней непогруженной струи в слой расплава
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 9. Моделирование электрического поля электрической печи для обеднения шлаков при различных вариантах состава шлака
- •Описание установки
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Работа 10. Экспериментальное исследование аэродинамических условий работы шахтной печи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 11. Определение аэродинамического сопротивления в трубопроводах различной конфигурации
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 12. Исследование механического процесса многоподовой печи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Средняя теплоемкость воздуха и газов
- •Свойства воздуха при 760 мм рт. Ст.
- •Содержание
Работа 6. Исследование конвективной теплопередачи в металлургическом рекуператоре
Металлургические аппараты работают за счет сжигания топлива – твердого, жидкого или газообразного. Общей задачей для всех печей является, во-первых, получение наиболее высоких температур и, во-вторых, достижение получение наиболее высокого термического КПД, т.е. достижение наибольшей полноты использования топлива по металлургическому назначению.
Пути решения первой задачи отчетливо выявляется анализом формулы термической температуры горения:
tт = ( + + – Qдис)/VгСг,
где – теплотворность рабочего топлива, – теплосодержание топлива, Стоп – удельная теплоемкость топлива, = 1Стопtтоп, кДж/кг, tтоп – температура топлива, – теплосодержание воздуха, = VвоздСвоздtвозд, кДж, Vвозд – объем воздуха, подаваемый для сжигания 1 кг топлива при коэффициенте избытка изб = 1, Свозд – удельная теплоемкость воздуха при tвозд, Qдис – неизбежные потери тепла на диссоциацию СО2 и Н2О, VгСг – сумма произведений объемов газообразных продуктов горения на их удельные теплоемкости при теоретической температуре горения.
Структура приведенной формулы показывает, что температура горения может быть повышена за счет следующих факторов:
Использование топлива с высокой теплотворностью –
Нагрев топлива. Нагреву может быть подвергнуты лишь термостойкие виды топлива. Такими являются, например, коксовый газ, доменный газ, генераторный газ. Твердые виды топлива нагревать невозможно. Жидкое топливо (обычно это мазут) нагревают (для достижения жидкотекучести) до 80-150С.
Нагрев воздуха, поступающего для горения.
Использование кислорода, за счет чего уменьшается объем отходящих газов (Vгаз).
Из всех этих приемов самым ранним стал использоваться нагрев воздуха. Нагрев воздуха оказался обязательным условием создания высокой температуры в сталеплавильных мартеновских печах, отапливаемых мазутом или газом. Нагрев дутья стал применяться в цветной металлургии – в шахтных печах и печах взвешенной плавки. Наиболее экономичным методом нагрева воздуха является использование тепла отходящих газов. Для такого нагрева используется два приема теплотехнических устройств – регенераторы и рекуператоры. Принцип работы регенераторов заключается в аккумуляции тепла печных газов массивной огнеупорной кладкой, пронизанной системой газовых каналов. После накопления тепла и достижения определенной температуры кладки через раскаленные каналы дутьевыми устройствами нагнетается воздух, отнимающий тепло от кладки и нагревающийся до заданной температуры. Регенеративная печь всегда оборудуется парой регенераторов, один работает в цикле накопления тепла кладкой, другой – в цикле нагрева воздуха, проходящего через раскаленные каналы. Периодически происходит переключение регенераторов с повторением соответствующих циклов. Типичными примерами регенераторных печей являются мартены и коксовые батареи. Встречаются и отражательные печи цветной металлургии, оборудованные регенераторами.
Рекуператоры представляют собою устройства для нагрева воздуха или химически нейтрального горючего газа при постоянном протекании нагреваемой среды по каналу, стенки, которого омываются греющей средой – либо печными газами, не израсходовавшими тепло в рабочем пространстве печи, либо продуктами горения того или иного топлива, специально сжигаемого в камере, окружающей каналы с нагреваемым газом.
Наиболее распространены металлические рекуператоры, рабочие каналы которых изготовляют из жаростойкой стали. Реже применяются керамические устройства, которые могут выдерживать более высокую температуру, но не обладают достаточной механической прочностью. Наружная поверхность рабочего канала рекуператора получает тепло конвекцией от потока омывающих канал газов, тепловым излучением этих газов, а также, излучением стенок камеры, в которой размещены каналы. Наружный тепловой поток может быть выражен уравнением:
q = ,
где tгр – температура греющего газа, tнар – температура наружной поверхности стенки; – коэффициент наружной конвекции, – суммарный коэффициент излучения от газов и стенок камеры.
Тепловой поток, передаваемый независимому газу: q = ,
где tвозд – температура нагреваемой среды (воздуха),
– толщина стенки,
– коэффициент удельной теплопроводности,
– коэффициент наружной конвекции.
Для керамических рекуператоров тепловое сопротивление стенки / значительно, поскольку достаточно велика толщина такой стенки и мало значение коэффициента теплопроводности . Для металлических рекуператоров, обычно изготовлена из труб толщиной не более 0,005 м при значении жаростойкой стали (при температуре до 600С) около 120 кДж/м²часС тепловым сопротивлением стенки можно пренебречь, т.е. принять тепловое сопротивление / = 0.
Коэффициент внутренней конвекции является важнейшим параметром тепловой работы рекуператора, определяющим эффективность его работы. Значение зависит от характера движения нагреваемого газа, его физических характеристик, конфигурации греющих поверхностей и их пространственной ориентации.
В обобщенном виде все эти условия могут быть представлены критериальным уравнением: Nu = f( Fo, Re, Pr, Gr), где Nu – критерий конвективной теплоотдачи Нуссельта; Fo – временной критерий Фурье; Re – критерий Рейнольдса, определяющий характер движения газа; Pr – критерий подобия температурных и скоростных полей Прандтля; Gr – критерий Грасгофа, характеризующий движение газов, вызываемое разницей в плотностях объемов газа, имеющих различную температуру.
Для вынужденного турбулентного движения газа М.А. Михеевым экспериментально получена критериальная зависимость:
Nu = 0,024Re0,8Pr0,35,
где Nu = – критерий Нуссельта; Re = – критерий Рейнольдса; D – геометрический диаметр канала; газ – удельная теплопроводность газа, – коэффициент кинематической вязкости, W – скорость газов в рабочих условиях.