Теоретические основы и методы интенсификации теплообменных процессов в металлургических нагревательных печах

• Автор: Ревун, Михаил Павлович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Запорожье
• Количество страниц: 403 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ современных направлений интенсификации тепловых процессов цри нагреве металла .

1.1. Управление нагревом металла .

1.2. Параметры управления внешним теплообменом .

1.3. Методы повышения температурного потенциала топлива

1.4. Предварительное смешение топлива и окислителя .

1.5. Выводы

2. Теоретические основы интенсификации теплообмена в нагревательных печах.

2.1. Оптимизация нагрева при обогащении вентиляторного воздуха кислородом

2.1.1. Нагрев при постоянном расходе топлива

2.1.2. Управление расходом топлива и кислорода .
2.2. Определение параметров цикличного отопления
печей численноаналитическим методом
2.2.1. Выбор квазистационарных условий нагрева
тонких тел
2.2.2. Математическое моделирование процесса нагрева массивных тел
2.3. Аналитический метод определения параметров импульсного отопления камерных печей
2.4. Выводы.
3. Разработка и исследование основ технологии нагрева стали с применением кислорода . .
3.1. Особенности нагрева металла при обогащении воздуха кислородом
3.2. Тепломассообмен в условиях использования кислорода.
3.3. Качество сжигания топлива при частичном предварительном смешении с кислородом.
3.4. Расширение диапазона параметров теплообмена
при использовании кислорода
3.5. Выводы
4. Рациональные теплотехнические и технологические
параметры процесса нагрева металла
4.1. Математическая модель рекуперативной нагревательной печи
4.2. Определение параметров нагрева металла
4.3. Исследование теплового режима нагревательных колодцев
4.4. Разработка методов повышения эффективности регенераторов и керамических рекуператоров
4.5. Пути снижения угара металла . .
4.6. Выводы
5. Прогнозирование длительности нагрева слитков
5.1. Исследование процесса охлаждения
5.2. Прогнозирование в период посада .
5.3. Коррекция прогноза в период подъема температуры
5.4. Методика определения длительности периода выдержки металла
5.5. Выводы
6. Разработка, исследование и внедрение средств интенсификации теплообмена.
6.1. Стабилизация параметров топлива
6.2. Работа печей при раздельной подаче двух видов топлива
6.3. Усовершенствование горелочных устройств
6.3.1. Горелки ГНПЗп с частичным предварительным смешением топлива и окислителя
6.3.2. Трехпроводная плоскопламенная горелка
6.3.3. Особенности работы щелевых горелок .
6.4. Алгоритмы и системы управления тепловым режимом нагревательных печей .
6.5. Исследование теплообмена при цикличном
отоплении
6.6. Снижение вредных выбросов в атмосферу
6.7. Техникоэкономическая эффективность использования кислорода и переменной теплотворной способности топлива в нагревательных колодцах
6.8. Выводы.
Общие выводы
Литература


Зависимость экономии цриродного газа от температуры уходящих цродуктов сгорания при применении м3 кислорода: I - при с*8 =1,0 для = 0°С; 2 - при с*8 = 1,1 для = 0°С; 3 - при оСь =1,3 для 1в = 0°С; 4 - цри о? Ц = 0°С; 5 - при оС& = 1,1 для = 0°С. С и температуре отходящих продуктов сгорания вше -°С. Применение кислорода для повышения производительности и снижения расхода топлива одновременно экономически целесообразно при снижении потребления природного газа до значений, превышающих разделительную линию б. Из рисЛ. Для интенсификации внешнего теплообмена возможно применение или кислорода или повышение теплотворной способности топлива. Однако, в условиях недостатка воздуха и необходимости управления теплообменом цредпочтительнее использование кислорода. Окислительные свойства среды при обоих способах в рассмотренных рабочих пределах отличаются незначительно. Влияние рекуператоров и регенераторов на тепловую работу и технико-экономические показатели печи общеизвестно [,,1] . Улучшение их работы может явиться существенным фактором повышения топливоиспользования, в том числе и при использовании кислорода, а также топлива с переменной теплотой сгорания. После преобразования уравнения теплового баланса рекуператора, цриняв условие 1д /б а = СОП б! Из (I*) следует, что соотношение между теплосодержанием продуктов сгорания и подогретого воздуха зависит от его потерь в рекуператоре. V/; ? V/. I.) следует, что зависит от утечек воздуха. Изменение И ? Д1^Ср • Переток воздуха в дымовой канал цриводит к изменению коэффициента теплоотдачи излучением за счет снижения температуры и содержания С0? Одновременно из-за роста расхода продуктов сгорания и снижения расхода воздуха происходит перерасцределение коэффициентов теплоотдачи конвекцией о^г [] . В связи с тем, что в настоящее время отсутствуют методы аналитического определения перетока воздуха в дымовой канал в рабочих условиях, затрудена возможность оценки этой величины цри эксплуатации печи и внесения изменения в ее тепловой режим. С увеличением неплотностей в кладке рекуператора для обеспечения П у=С0П${ необходимо уменьшить расход воздуха через рекуператор. При неизменном общем расходе продуктов сгорания через рекуператор и 1Д= согЫ температура подогрева воздуха увеличится пропорционально среднему водяному числу воздуха л/в . Поэтому общее количество тепла, вносимое в рабочее пространство, изменится в меньшей степени, чем при увеличении П. Таким образом, для повышения к. Эта задача решается при использовании кислорода, частичном предварительном смешении топлива и окислителя, а также цри двухканальном вводе воздуха к горелкам. Степень регенерации регенераторов имеет экстремум от частоты реверсирования факела [] , поэтому необходимо разрабатывать системы автоматического реверсирования факела по информации о температурном состоянии рабочего цространства и регенераторов. В работах Н. Н.Семенова, Я. Б.Зельдовича, Д. А.Франк-Каменецкого, А. С.Предводителева, Л. Н.Хитрина, Б. В.Канторовича и др. В последнее время делаются попытки использования этой теории при решении практических задач сжигания топлива, а также расчета топочных и других огнетехнических устройств [,,] . Применяются теоретические разработки для расчета нагревательных печей. Сложность аналитических решений, а также несоответствие принятых исходных данных практическим условиям эксплуатации приводят к необходимости комбинирования аналитических методов с экспериментальными исследованиями. Однако общий характер закономерностей для выбора эффективных способов отопления можно установить на основании теоретическиого анализа. Нагревательные и термические печи металлургических заводов снабжены, в основном, горелочными устройствами, обеспечивающими сжигание топлива в рабочем цространстве. Разность температур по видимой зоне факела может достигать 0-0°С. В различные периоды нагрева, а также в первых зонах цроходных печей температура составляет 0-Ю°С. Учитывая неравномерность температурного поля по объему факела, на отдельных участках рабочего пространства температура не превышает 0-0°С. На некоторых печах для термообработки металла необходимо снижать температуру до 0 -0°С.