ТЕПЛООБМЕН ПРИ НАЛИЧИИ ЭКРАНА
Для того чтобы ослабить лучистый поток, падающий на обслуживающий печь персонал, применяют тепловые экраны, выполняемые обычно из стального тонкого листа.
|
Примем что степень черноты e1 = e2 = eэ. Применяя общее уравнение теплообмена, определим, что плотность теплового потока от поверхности к экрану равна:
|
q2-э = qэ-1 ;
.
Подставим в любое уравнение из (*) найденное значение Тэ, получим:
;
;
;
.
При отсутствии экрана:
.
Отсюда следует, что применение экрана уменьшает лучистый поток в 2 раза.
Тема 2.2.10. ИЗЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ И ПЛАМЕНИ
В металлургических печах решающее значение имеют тепловое излучение газов, образующихся от горения топлива и от физико-химических превращений перерабатываемых материалов.
Наибольшей поглощательной и излучательной способностью обладают многоатомные газы (СО2, Н2О, SО2), двухатомные газы (N2, H2, O2) имеют ничтожно малые способности излучательной и поглощательной лучистой энергии и могут считаться практически теплопрозрачными. Твердые непрозрачные тела поглощают и излучают тепловые лучи с поверхности, а газы по всей толщине слоя.
Плотность лучистого потока газа рассчитывается по закону Стефана – Больцмана с поправкой – коэффициентом, называемым степенью черноты газа:
.
Излучающие тепло газы металлургических печей (МП) могут быть светящиеся и несветящиеся.
Светящиеся – содержат твердые частицы (пыль, зола, уголь); обладают наиболее интенсивным излучением; e = 0,4¸0,8.
Несветящиеся – несодержат твердых взвешенных частиц; e = 0,1¸0,4.
В печной технике часто прибегают к искусственному увеличению степени черноты газов введением в них сажестого углерода (подсвечивание или карбюризация пламени).
Количество тепла передаваемое излучением от газа к стенке и наоборот при Тг>Тст определяется по формуле Поляка:
.
Тема 2.2.11. СЛОЖНАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ДВУМЯ ГАЗАМИ ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ
В МП обычно теплообмен между факелом, кладкой и металлом происходит в результате конвекции и излучения. Поэтому при расчетах необходимо учитывать оба вида теплоотдачи. Для этого вводят понятие суммарного коэффициента теплоотдачи:
aS = aизл + aконв.
По формуле Ньютона – плотность теплового потока:
q = a (tг + tст),
а так как a = aS, то
qS = aS (tг + tст) Þ qS = (aизл + aконв)(tг + tст).
Тема 2.3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Тема 2.3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, наиболее важными из которых являются: температурный и тепловой режимы, коэффициент полезного теплоиспользования, производительность.
Количество тепла, подаваемое в печь в каждый данный момент времени, называется ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКОЙ.
То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально усвоить, называют ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТЬЮ.
КПД показывает, какая часть подведенной энергии используется на проведение технологического процесса.
ТЕМПЕРАТУРА – важный теплотехнический показатель работы печи. Представляет собой какую-то усредненную величину. Эту температуру измеряют термопарой, расположенной над нагреваемым материалом в средней части печи.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ печи – количество готовой продукции получаемые за единицу времени (т/ч, кг/сутки, …).
Тема 2.3.2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
Тепловой баланс состоит из равных между собой приходной и расходной частей, каждая из которых складывается из ряда статей.
Статьи прихода:
1. тепло от горения топлива;
2. физическое тепло топлива;
3. физическое тепло воздуха;
4. тепло, вносимое паром.
Статьи расхода:
1. расход тепла на технологические нужды;
2. физическое тепло отходящих газов;
3. потери тепла от химической неполноты горения;
4. потери тепла от механической неполноты горения;
5. потери тепла через кладку печи;
6. потери тепла через окна (отверстия);
7. потери тепла с охлаждающей водой;
8. расход тепла на нагрев тары и транспортных устройств;
9. тепло, аккумулированное кладкой;
10. электрические потери;
11. неучтенные потери.
Тема 2.4. ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ
Для уменьшения потерь тепла СТЕНКАМИ ПЕЧИ (до 0,4% от общего расхода тепла) необходимо:
1) применять в кладке эффективные теплоизоляционные материалы;
2) толщина стенок должна быть оптимальной;
3) снизить потери за счет выбивания горячих газов через неплотности в кладке и отверстия (обмазка кладки, плотное закрытие окон, применение металлического кожуха печи и другое).
Для уменьшения потерь тепла с продуктами горения топлива (20-60%) необходимо:
1) понизить температуру отходящих газов;
2) уменьшить избыток воздуха при сжигании топлива;
3) использовать тепло отходящих газов.
Тепло отходящих дымовых газов может быть использовано в его утилизации теплообменных устройствах – рекуператорах, регенераторах и котлах-утилизаторах.
Рекуператоры и регенераторы служат для подогрева воздуха отходящими газами. В рекуператорах происходит постоянный во времени процесс передачи тепла от дымовых газов к воздуху или газу.
Воздух (газы) и дымовые газы могут иметь различные направления движения. Возможны три основных схемы движения:
(1) противоток;
(2) перекрестный ток;
(3) прямоток.
Теплоотдача в рекуператорах состоит из трех основных стадий:
1. из передачи тепла от дымовых газов к стенкам (рекуператорные элементы);
2. из передачи тепла через разделительную стенку;
3. от стенки к нагреваемому воздуху или газу.
Рекуператор бывает – керамический и металлический.
В регенераторах происходит нестационарный процесс передачи тепла (изменяется во времени). Они представляют собой теплообменный аппарат, в котором горячие дымовые газы проходят через керамическую насадку и нагревают ее. В следующий период черед эту нагретую насадку проходит холодный воздух и нагревается за счет тепла. Обычно применяют 2 регенератора (для непрерывной работы печи) для попеременной подачи в них дымовых газов с помощью перекидного клапанного устройства. Используются в цветной металлургии мало, так как в момент перекидывания клапана объем горючего газа теряется с отходящими газами, а так же они занимают много места и работают периодически.
В плавильных печах цветной металлургии применение рекуператоров и регенераторов практически исключено, так как отходящие газы имеют большую запыленность, поэтому тепло отходящих газов используется для обогрева котлов-утилизаторов (паровых котлов), что позволяет получать пар без затрат топлива.