г. Пермь
ул. Васнецова, дом 12а
phone
8:00–18:00 ежедневно
Бесплатно по России

В современных промышленных агрегатах, работающих при высокой температуре рабочего пространства (назовем далее проще – печь), основной задачей является понимание процессов, проходящих внутри камеры по тепловому полю; что необходимо для корректной работы печи и ее сохранности.

Однако, в большинстве случаев, единственно возможным методом исследования процессов, протекающих в рабочем пространстве высокотемпературного агрегата, является исследование на модели или же на уже работающей печи, поскольку теоретическое моделирование, в т.ч. уравнениями содержит огромное количество вводных и значительно разнится по фактическому применению на практике.

Важнейшей задачей является расчет и определение процессов механики газов (включая характер движения – теплообмен, распределение температур и давления, диффузные процессы и т.п.).

Характер движения газов в печи может быть двух видов:

ламинарный (слоистый поток), тепло передается исключительно теплопроводностью

- турбулентный (вихреобразный), тепло передается преимущественно конвекцией и в меньшей степени теплопроводностью.

Скорость истечения газа (а газы достаточно редко в рабочем пространстве статичны) является одной из характеристик динамики газа.

В рабочем пространстве печи и дымовых каналах (при наличии) обычно скорость потока газов относительно стабильна до 70-80 м/с и с небольшими перепадами давления до 100 Па, а в форсунках и горелках – от 100-200 м/с до скорости звука и выше. Скорость истечения газа из сопла может быть звуковой, равной скорости звука, сверхзвуковой (например для Сопла Лаваля).

Давление в печи обычно поддерживается на уровне пода нулевым (hст=0), а выше пода пропорционально увеличивается (обычная регулировка шибером ниже уровня пода). Но если нулевое давление поддерживать выше уровня пода, то по низу наблюдается разреженность, что ведет к подсосу холодного воздуха в печь, а это в свою очередь не только снижает температуру в рабочем пространстве и увеличивает расход топлива, но также и провоцирует дополнительный угар (окисление).

Давление в печи зависит преимущественно от 2 факторов: воздействие струй и влияние дымовой трубы (дымососа). Рациональным считается поддержание небольшого избыточного давления в рабочем пространстве печи (для муфельных – также и под муфелем). Регулирование давления – необходимый процесс, поскольку перепады, чрезмерность давления (и разреженность) влекут процессы износа арматуры, коррозии и эрозии футеровки, брак по процессу обработки материалов в печи, в некоторых случаях формирование конденсата.

Процессы движения газов в рабочем пространстве печи связаны непосредственно с теплообменом, от чего зависит интенсивность, равномерность нагрева, стойкость арматуры и футеровки.

Струи топлива и воздуха, выходящие из форсунок и горелок являются основным фактором влияющим на характер движения газов (речь идет о принудительном, вынужденном движении, дополнительно разгоняемым в зависимости от конструкции также иными силами – перепад давления, вентиляция и т.п.), при этом свободного, естественного характера движения газов практически не наблюдается.

Аэродинамика факелов для камеры печи рассчитывается из показателей:

- поперечного сечения (для расчета количества и расстояния между горелками)

- длины факела (в любом случае факел не должен бить в стену печи)

В пламенных печах теплообмен напрямую зависит от:

-  расположения горелок и дымоотводящих каналов,

-  динамического движения струй

-  режима давления.

При методическом режиме работы печи топливо сжигается с одной стороны и дымовые газы выходят с другой стороны (продукты сгорания отдают тепло загруженному в печь материалу и сами остывают) – наблюдается падение температуры по длине печи.

При камерном режиме подвод тепла и дымоотводящие каналы рассредоточены по длине (перемешивание струй и интенсивности движения газов выравнивают температуру в рабочей камере).

Виды передачи тепла:

1) конвекция: движущийся газ переносит тепло из более нагретых областей в менее нагретые. Однако, при конвективном теплообмене при движении среды всегда происходит передача тепла теплопроводностью. В зависимости от свойства среды и условий движения доли тепла, передаваемого конвекцией и теплопроводностью, в общем процессе теплообмена будут различны. Теплопередача конвекцией — это сложный процесс, зависящий от большого числа факторов, таких, как условия движения газа, их теплопроводности, формы поверхности нагрева и т.п. При ламинарном движении отдельные слои потока между собой не перемешиваются и передача тепла в таком потоке возможна только теплопроводностью от слоя к слою (скорость на интенсивность теплопередачи, а следовательно, на величину коэффициента теплопроводности  практически не влияет). При турбулентном движении, когда основная масса потока интенсивно перемешивается, определяющее значение имеет скорость движения.

2) теплопроводность: в стационарном состоянии передача тепла от одной точки в пространстве к другой без изменения во времени; в нестационарном – происходит изменение температуры тела во времени, т.е. нагрев и/или остывание). При этом энтальпия (энергия преобразования в теплоту) или растет, или убывает, причем тело тем быстрее нагревается, чем выше его теплопроводность. Однако на интенсивность изменения энтальпии тела наряду с теплопроводностью тела оказывает влияние и величина теплоемкости тела. Но влияние это обратное. Чем выше теплоемкость тела, тем медленнее оно изменяет энтальпию и температуру. Таким образом, энтальпия тела изменяется тем быстрее, чем выше способность материала проводить тепло, т.е. чем больше коэффициент теплопроводности λ. Вместе с тем скорость изменения энтальпии тела обратно пропорциональна его аккумулирующей способности, которая определяется массовой теплоемкостью. Таким образом, скорость изменения энтальпии тела определяется соотношением величин, совместное влияние которых на нагрев или охлаждение тела выражается изменением коэффициента температуропроводности, имеющим важное значение для нестационарных процессов передачи тепла теплопроводностью.

3) тепловое излучение: энергия передается электромагнитными волнами определенной длины (инфракрасные лучи 0,76-400 мкм), при этом во всех устройствах, заполненных двигающимся газом, при наличии разности температур между газом и ограничивающими

его поверхностями всегда происходит конвективный перенос тепла.

В высокотемпературных печах (1200-1600 С) преобладает теплообмен излучением, в среднетемпературных (800-1200 С) – излучение соизмеримо с конвекцией, в низкотемпературных печах конвекция преобладает.

Равномерность нагрева обеспечивают интенсивность потока газов и циркуляция.

Теплопередача конвекцией тем выше, чем выше скорость движения газов (интенсификация необходима для средне и низкотемпературных печей); циркуляция обеспечивается способностью газовых струй создавать разряжение у своих истоков.

Понимание полноты реальных физико-химических процессов в конкретной печи, их анализ, учет особенностей конструкции позволит подобрать материалы в соответствии с задачами владельца теплового агрегата. Применимо к арматуре, огнеупорам и высокотемпературной изоляции – процессы в печи необходимо строго и детально учитывать, без права на критические ошибки. 

По всем интересующим вопросам обращайтесь по телефонам:

+7 (342) 247-72-66

8 (342) 285-16-66

или на электронную почту

te-ogneupor@mail.ru

Ваши персональные данные (cookie, данные об IP-адресе и местоположении) обрабатываются на сайте в целях его функционирования. Если вы не согласны с этим — пожалуйста, покиньте этот сайт. В противном случае это будет являться согласием на обработку ваших персональных данных.

  Согласен с политикой безопасности сайта и разрешаю принимать cookies с этого сайта
Подтверждаю