Наталья Бурханова - Теплотехника
Теоретические исследования как раз и состоят в том, чтобы помочь конструкторам и производственникам в изыскании наиболее эффективного факела. Так как интенсивность процессов тепло– и массопередачи и стой-костьпечи в большой мере определяются длиной факела, исследователи искали прежде всего ответ на важнейший вопрос: какова длина факела и от каких факторов она зависит.
15. Теплотехнические исследования мартеновских печей
В ходе поисков новых способов отопления мартеновских печей мазутом проводили теплотехнические исследования и изучали поведение серы в рабочем пространстве печи. Исследовали газомазутную печь, печи, отапливаемые мазутом, распыляемым в ее рабочем пространстве, и печи, отапливаемые газифицированным мазутом.
При проведении теплотехнических исследований печи отапливали в основном легкими, маловязкими мазутами, поступающими с южных нефтеперегонных заводов. На всех печах в период доводки поддерживали одинаковую тепловую нагрузку: расход мазута составлял 2400 кг/ч, ак= 1,3.
Содержание сажи определяли весовым методом.
Для контроля полноты осаждения сажи за основным фильтром из стеклянной ваты устанавливали фильтр из гигроскопической ваты.
Температуру газа в газовом пролете (на расстоянии 150 мм до выхода газов из кессона) измеряли вольф-раммолибденовой штыковой термопарой, вмонтированной в кожух, охлаждаемый водой. Рабочий спай термопары был защищен кварцевым наконечником.
Изучение радиационных свойств факелов начали с замера радиационных температур факела и кладки по длине рабочего пространства печи. Для этого использовали пирометры полного излучения РАПИР с телескопами ТЕРЛ-50. Пять пирометров стационарно устанавливали и направляли на факел через водоохлаждаемые фурмы, заложенные в задней стенке печи. Установка пирометров со стороны задней стенки печи позволила проводить опыты в течение всей плавки.
Для измерения тепловых потоков использовали термозонд ВНИИМТ, который вводили в рабочее пространство печи через гляделки завалочных окон.
Для более полного изучения радиационных характеристик факелов были определены степени их черноты и шмидтовскне температуры. Величины вф определяли в четырех точках по длине рабочего пространства печи.
Тепловые потоки измеряли остроугольным радиационным пирометром.
При градуировке торцового радиометра одновременно с определением величин момент отключения мазута отбирали пробы газов из рабочего пространства печи. Химический анализ этих проб показал, что поглощающие компоненты печной атмосферы не могут сколько-нибудь заметно повлиять на результаты градуировки (содержание СО2 <0,1%).
Характер зависимости тк и тч от показаний радиометра оказался примерно одинаковым для всех исследованных печей.
16. Исследование радиационных характеристик факела
Температура горения факела:
где LРф.к.– длина факела M;
x– влагосодержание мазута, кг/кг.
Получено при отоплении печей газифицированным мазутом.
На печах, отапливаемых газифицированным мазутом, получаются высокие значения вф. Это может быть объяснено интенсивным сажевыделением в процессе окислительного крекинга мазута, а также большей толщиной излучающего слоя факела. В первой половине рабочего пространства печи степень черноты находится в пределах еф = 0,7-0,95 и изменяется по длине факела относительно мало. Вблизи середины рабочего пространства еф резко уменьшается и в конце его достигает наименьших значений (еф = 0,13-0,18).
Четко заметное влияние марки мазута на радиационные характеристики факела удалось наблюдать на двух-канальной мазутной печи. Увеличение вязкости мазута сопровождалось повышением значений еф по всей длине печи. Так, при использовании мазута марки 40 против второго завалочного окна по ходу факела величина еф = 0,67, а при сжигании мазута марки 80 еф = 0,76. При увеличении номера марки мазута повышалась и теплоотдача.
Стойкость печи также связана с вязкостью мазута, так как при повышении вязкости максимальная температура факела в конце рабочего пространства понижалась.
Согласно визуальным наблюдениям при отоплении печи высоковязким мазутом светимость факела сохраняется до 2/3 длины рабочего пространства, значительно меньше пенится шлак и быстрее нагревается металл.
При отоплении двухканальной печи мазутом марки 80 в качестве распылителя использовали перегретый пар под давлением 11 атм и компрессорный воздух под давлением 5,5-6,0 атм. В случае распыления мазута компрессорным воздухом наблюдали некоторое увеличение степени черноты факела, а также qфк.
Результаты исследований тепловой работы печей позволяют сделать следующие выводы:
1) состав и температура мазутного полугаза определяются величиной коэффициента расхода первичного воздуха при газификации мазута; оптимальное его значение составляет a1 около 0,4;
2) при использовании легких и маловязких мазутов наиболее высокие значения падающих на ванну тепловых потоков теплопоглощения ванны, высокое значение у корня факела и в первой половине печи и наименьшие – около убирающей головки получены для печей, отапливаемых газифицированным мазутом;
3) при сжигании тяжелого мазута разница как в абсолютных, так и в относительныхзначениях.
17.Основные термодинамические параметры состояния газа
Давление
Р – мера силы, которая действует на единицу поверхности:
Р = lim ∆Fn / ∆S = dFn/ dS,
где DS → 0; ∆Fn – сила, направленная перпендикулярно участку поверхности.
Удельный объем
V – величина, обратная плотности rвещества:
v = 1 / r= dV/ dm,
где dV– бесконечно малый элемент объема;
dm– масса вещества.
Моль
Количество вещества, которое содержит число молекул, равное числу атомов, содержащихся в 12 г изотопа углерода 12С, называется молем.
Число Авогадро
NA= 6,02 ч 1023 моль-1. Величина, необходимая при расчетах. Показывает, сколько молекул содержится в одном моле любого вещества.
Молярная масса
М – масса одного моля:
М = NAm × 1а. е. м,
где NA– число Авогадро;
m– молекулярная масса.
Молярная масса [M] = кг/моль и молярный объем [VM] = м3/моль.
Объем одного моля – молярный объем:
VM = M / r
где M– молярная масса;
r– плотность вещества.
Формулы для определения числа молей вещества и числа молекул вещества имеют следующий вид:
u= m /M= V/ VM,
N = uNA= (m / M)NA = (V/ VM)NA.
Температура
За меру температуры принято брать среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул. Если два тела при соприкосновении не обмениваются энергией путем теплообмена, можно говорить, что эти тела имеют одинаковую температуру и в системе существует тепловое равновесие.
18. Состояния тел. Термодинамическая система. Адиабатический процесс
Существуют три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.
Если параметры системы не изменяется со временем, то можно говорить о термодинамическом равновесии системы.
Совокупность тел и полей, которые могут обмениваться энергией не только между собой, но и с внешней средой, называют термодинамической системой. Если в термодинамической системе происходит изменение внутренней энергии, то можно говорить о совершении этой системой работы и о теплообмене между частями системы.
Термодинамически параметры состояния
Давление, температура, плотность, концентрация, объем системы – термодинамические параметры состояния.
Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и внешней средой, называется адиабатическим. Первый закон термодинамики при dQ = 0 выглядит следующим образом:
CvdT + PdV= 0,
а при учете dT= (PdV + VdP) / Rполучим следующую форму записи:
dP/ P= -gdV/ V,
где g– показатель адиабаты;
Р – давление;
V– объем.
Это уравнение имеет решение в виде:
PV g= const.
Оно называется уравнением Пуассона. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение Пуассона будет выглядеть как:
Tv g-1 = const,
T gp1-g = const.
Уравнения Пуассона описывают квазистатические адиабатические процессы. Адиабатическое сжатие приводит к тому, что газ нагревается, в случае адиабатического расширения он охлаждается.
