Читайте также:
|
|
Если допустить, что печной газ имеет постоянный состав, а весь теплообмен происходит между газом и поверхностью твердых частиц, то для слоя из различных материалов с различными коэффициентами теплопередачи суммарный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице поверхности, можно определить из уравнения [3, 38, 70]
(1.155)
где - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2град) и поверхность кусков i-го материала, м.
Поверхность кусков шихтовых материалов определять весьма трудно, поэтому для соответствующих расчетов чаще пользуются коэффициентом теплопередачи, отнесенного к единице объема слоя (а V, Вт/м3град). Соотношение между указанными коэффициентами теплопередачи приближенно выражается формулой
(1.156)
Коэффициент теплопередачи a F при Re > 200 можно определить из зависимости
(1.157)
где критерий Нуссельта для условий доменной плавки равен
Nu = 0,61Re0,67
Известно, что безразмерный критерий Рейнолдса равен Re = U0dЭ/νε, U0 - приведенная скорость газа (U0 = Uф.ε), м/с; Uф - фактическая скорость газа, м/с; dЭ.Ч. - эквивалентный диаметр поровых каналов (), м; v - кинематическая вязкость газа (), м2/с; η г - динамическая вязкость, кПа/с; ρ г - плотность газа, кг/м3; ε - порозность слоя, м3/м3; λ г - теплопроводность газа, Вт/м3град.
Подставив в формулу (1.157) значения Nu и Re находим
(1.158)
где В = λ г / и в зависимости от температуры определяется для продуктов горения, диоксида углерода, азота и воздуха на рис. 1.51.
Для расчета температурных полей реальных шихт учитывается не только теплообмен, но и внутренняя теплопроводность. Для кусков, по форме близких к сферическим, суммарный коэффициент теплопередачи находим
(1.159)
(1.160)
где λТ - суммарный коэффициент теплопроводности кусков рудной составляющих шихты и кокса, Вт/м град.
(1.161)
где λТ i - коэффициент теплопроводности i-того шихтового материала (кокса, агломерата, окатышей, добавок), Вт/м.град; Vi - объем i-того материала, м3; ∑Vi - суммарный объем слоя шихты, м3.
Определение а ∑V (или а ∑F) по формулам (1.159), (1.160), (1.161) позволяет рассчитать в любой зоне удельные тепловые потоки q, Вт/м2
(1.162)
где t г - температура газа, 0С; t ш - средняя температура шихты, 0С.
Неравномерное распределение по окружности печи материалов и газов приводит к такому же неравномерному теплообмену между ними. На рис. 1.52 видно, что суммарный коэффициент теплопередачи увеличивается с уменьшением эквивалентных размеров кусков слоя, т.е. с увеличением доли мелких частиц. Поскольку самые мелкие частицы (0-3 мм) в основном отсеивают, то для улучшения условий протекания физико-химических процессов в печи целесообразно уменьшать размер рудных кусков до 10-40 мм, а куски кокса до 20-70 мм.
Изменение теплообмена в слое со стороны гребня и откоса адекватно изменению в этих зонах симплекса (1-ε)/ε3 (рис. 1.52, 3, 4). Для определения теплообменных процессов в доменной печи достаточно знать порозность слоя по концентрическим горизонтальным и вертикальным сечениям печи.
Радиальное изменение порозности слоя и симплекса (1-ε)/ε3 в зависимости от объемной доли мелочи представлено на рис. 1.53. Минимальная порозность слоя в периферийной зоне при загрузке подач коксом вперед находится при m = 0,5, а в промежуточной зоне при m = 0,2. В центральной зоне уменьшение порозности с увеличением мелочи в загружаемых материалах происходит значительно медленнее, чем в периферийной и, особенно, в промежуточной зонах и достигает минимума при m = 0,7. При загрузке прямых подач минимальная порозность для периферийной и промежуточной зон наблюдается при m = 0,35 а для центральной зоны при m = 0,7. Видно, что изменение порядка загрузки агломерата и кокса не отражается на значениях симплекса (1-ε)/ε3 в осевой зоне в зависимости от содержания мелочи в загружаемых материалах.
При известном критерии Нуссельта коэффициент массопередачи (β) можно рассчитать по формуле
β = Nu(α/D)1/3(D/dЭ.), (1.163)
где α - температуропроводность, м2/с; D - коэффициент диффузии газа в пограничном слое, м2/с.
Из формулы (1.163) с учетом Nu = С'Ren следует
(1.164)
где α = λ г /Срρ г, м2/с, Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(м2с).
Для агломерата, руды и окатышей n = 0,7, С'= 0,3, тогда при обозначении постоянных и малоизменяющихся величин в формуле (1.164) через С" = С'D0,67, коэффициент массопередачи
(1.165)
т.е. массообмен в доменной и других шахтных печах является зависимым от U0,7/ . Следовательно, массообмен в основном зависит от количества мелочи в загружаемых материалах, поскольку порозность шихты и скорость газовых потоков в слое являются его производными.
Таким образом, возможность определения количественных показателей тепло- и массообмена по концентрическим вертикальным и окружным сечениям доменной печи позволяют по-новому оценить качество распределения шихтовых материалов на колошнике. Это относится в первую очередь к оценке результатов изменения программной загрузки шихты в доменные печи. Во-вторых можно сравнить качественные результаты показателей плавки при загрузке материалов различными конструкциями загрузочных устройств. Можно разработать с большей достоверностью технологические требования по загрузке печи, обеспечивающих наиболее высокие технико-экономические показатели работы доменных печей. Например, при оценке влияния загрузки с диаметральной компенсацией углов поворота ВРШ типовой конструкции с учетом угла смещения гребней и впадин (2 a) воспользовались соответствующим изменением суммарных коэффициентов теплопередачи по окружности печи. Это позволяет более уверенно прогнозировать тепловую работу печи и расход кокса на единицу выплавляемого чугуна.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 31 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |