Печей-теплообменников с радиационным режимом работы

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ

При стационарном режиме работы печей плотность результирующего теплово­го потока к нагреваемым изделинм зависит от теплогенерации (в электрических печах от подведенной мощности) и при q_к = const не зависит от геометрии прост­ранства, расположения нагревателей и физических свойств сред участвующих в теплообмене. Расположение зон теплогенерации или нагревателей сказывается только на распределении плотностей тепловых потоков по поверхности нагрева. Интенсивность теплоотдачи к поверхности нагрева может быть одинаковой при различных разновидностях радиационного режима теплообмена, достигается она при одной и той же теплогенерации, но при разных температурных параметрах зоны генерации тепла (пламени дуги, резистора, футеровки).

При конструировании печи следует учитывать, что степень черноты огнеупор­ных материалов и степень развития футеровки, оказывая некоторое влияние на условия теплообмена, являются факторами второстепенной значимости, и поэто­му выбор огнеупоров и размеров рабочего пространства следует осуществлять исходя из других конструктивных и эксплуатационных соображений.

В топливных печах определенная разновидность радиационного теплообмена достигается путем создания необходимого поля температур в пламени, что осу­ществляется средствами газодинамики; в электрических печах тот или иной режим теплообмена достигается определенным расположением нагревателей.

Для получения устойчивого режима косвенного направленного теплообмена по длине пламенной печи желательно зону генерации тепла располагать над зоной технологического процесса. Напротив, для обеспечения устойчивого режима пря­мого направленного, теплообмена по длине печи желательно зону генерации тепла располагать под зоной технологического процесса. Перерождение менее устойчи­вого режима в оолее устойчивый осуществляется под действием подъемной силы и при прочих равных условиях происходит тем быстрее, чем выше температур­ный уровень печи.

Наиболее действенным способом изменения рабочей температуры внутренней поверхности футеровки является изменение режима радиационного теплообмена. При необходимости облегчить условия службы футеровки и понизить ее рабочую температуру следует увеличить эксцентриситет излучения в сторону поверхности нагрева (перейти к прямому направленному режиму теплообмена), т.е. располо­жить высокотемпературные зоны излучающих газов или нагреватели ближе к поверхности нагрева.

Для каждой разновидности радиационного режима теплообмена характерна определенная, оптимальная степень черноты пламени, при которой теплоотдача является наибольшей. Оптимальная степень черноты пламени тем ниже, чем боль­ше эксцентриситет излучения в сторону футеровки, т.е. чем больше роль футеров­ки как посредника в теплообмене. Необходимо стремиться каждую разновидность радиационного теплообмена использовать в наиболее благоприятных для нее ус­ловиях.

Для прямого направленного теплообмена целесообразно применение сортов топлива с большим содержанием углеводородов, особенно тяжелых. Подачу топ­лива следует осуществлять малым числом длиннопламенных горелок. Факелы аа

должны сохранить свою индивидуальность возможно дольше, поэтому циркуля­ция газов в рабочем пространстве противопоказана и должна быть сведена к минимуму.факелы направляются на поверхность нагрева под углом, причем угол наклона устанавливается с помощью физического моделирования или опытным путем. В силу указанного при конструировании горелочных устройств следует предусматривать возможность изменения угла наклона. Все сказанное выше особен­но важно для предельного случая прямого направленного теплообмена.

При косвенном направленном теплообмене целесообразно применять углеводо­родные топлива с низким содержанием тяжелых фракций. При этом режиме могут применяться различные типы горелочных устройств, обеспечивающие оптимальную степень черноты и полноту сж'игания. Циркуляция газов в рабочем пространстве печи, нарушающая целесообразное распределение температуры, противопоказана. При предельном случае косвенного направленного теплообмена рекомендуется применять сорта газообразного топлива с высокой теплотой сгорания, а горелки с полным предварительным смешением топлива и воздуха, конструкция которых позволяет осуществлять интенсивное поверхностное сжигание вблизи поверхности футеровки.

При равномерном распределенном режиме теплообмена рекомендуется при­менять углеводородные сорта топлива, дающие светящееся пламя, и использовать короткопламенные горелки. Подача топлива в этом случае осуществляется большим числом горелок. Для того чтобы факелы горелок быстрее теряли свою индиви­дуальность, необходима интенсивная циркуляция газов в рабочем пространстве печи, обеспечиваемая определенным распределением горелок и отводных каналов или применением специальных вентиляторов. Равномерно распределенный режим теплообмена особенно предпочтителен для печей с расположением поверхности нагрева в объеме рабочего пространства печи.

В современных печах с принудительным движением газов отвод отходящих из рабочего пространства газов должен осуществляться в том месте печи, где эти газы имеют наименьшую температуру, т.е. вблизи поверхности нагрева. В печах с рабочими окнами у пода печи газы имеют самую низкую температуру вблизи пода, где и рекомендуется в данном случае располагать каналы для отвода отхо­дящих газов. Расположение отводных каналов должно отвечать также условиям рекомендуемого газодинамического режима.

Сделанные выше выводы основаны на схематизации, предусматривающей пос­тоянство физических констант и условия так называемой "серой" аппроксимации радиационного теплообмена. В современных расчетах печей, особенно с приме­нением ЭВМ, необходимо учитывать непостоянство физических констант (напри­мер, зависимость их от температуры) и спектральный характер радиационного теплообмена. Указанное оказывает влияние на количественную сторону оценки явлений, однако с качественной стороны приведенные рекомендации в целом остаются неизменными.

Контрольные вопросы

1.Что такое радиационный режим тепловой работы печей и в чем состоят его особенности?

2. Как влияют на плотность результирующего теплового потока к металлу сте­пень черноты футеровки, степень развития футеровки, температура футеров­ки?

З.Что такое "эксцентриситет излучения пламени" и как он влияет на плотность результирующего теплового потока к металлу?

4. Как доказать, что усредненная степень черноты пламени имеет оптимальное значение с точки зрения получения максимальной величины плотности резуль­тирующего теплового потока к металлу?

5.Что такое режим прямого направленного теплообмена? 6.Что такое режим косвенного направленного теплообмена?

7. Что такое предельный случай режима косвенного направленного теплообмена?

8. Почему применение плоскопламенных и радиационных горелок обеспечивает получение предельного случая косвенного направленного теплообмена?

9. Что такое режим равномерно распределенного теплообмена?

10. Какое распределение температур и степени черноты пламени должно поддержи­ваться в рабочем пространстве печи для обеспечения режима прямого направ­ленного теплообмена, косвенного направленного теплообмена, равномерно распределенного теплообмена?