Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
37
Если скорость потока газа в кипящем слое постепенно увеличивать, то сопротивление слоя сначала несколько снижается, а затем становится постоянным. При этом режиме увеличение скорости газа приводит к росту скорости движения частиц. За счет этого возрастает толщина слоя и соответственно величина проходного сечения для газа. Последним и объясняется постоянство сопротивления слоя.
Разновидностью кипящего слоя является фонтанирующий слой (рис. 2-2,в). Он получается в конических и коническо-цилиндрических аппаратах с достаточно большим углом в вершине конуса. Здесь газ сосредоточенной струей подается лишь в центральную часть корпуса. Скорость струи высокая, и она увлекает с собой снизу вверх твердые частицы, которые фонтаном поднимаются в расширенную часть аппарата. В результате расширения струи ее скорость снижается, частицы отбрасываются к периферии. В периферийной зоне скорость потока газа мала. Поэтому здесь твердые частицы опускаются вниз и в нижней узкой части аппарата вновь попадают в центральный фонтан.
При достижении второго критического значения скорорти о>"кр сила аэродинамического давления становится больше силы веса (P>G) и частицы начинают выноситься потоком газа — кипящий слой переходит во взвешенный слой (рис. 2-2,г).
Значение критических скоростей псевдожижения определяется по экспериментальным формулам:
W*p~~d 1400 + 5,22 КАТ ’ ^2"7^
*"вр = “Г is + 0^61 KaF : (2'8)
здесь Аг — критерий Архимеда, определяемый по формуле
Аг:
gd2 (Рт — р)
Циклонное движение. В циклонах, имеющих цилиндрическую форму, газам, несущим взвесь измельченного материала или топлива, придается вращательное движение с целью использования центробежного эффекта для сепарации частиц, а также для интенсификации тепло-и массообмена между горячими газами и взвесью (рис. 2-2, 5). Вращение потока достигается тангенциальным вводом газов с большой начальной скоростью. Циклоны применяются в качестве аппаратов для обеспыливания; кроме того, в настоящее время циклонные топки и предтопки применяются для сжигания измельченного твердого топлива под крупными котельными агрегатами. Высокая интенсивность тепло-и массообмена делает применение циклонного принципа перспективным не только в энергетике, но и в технологических агрегатах, особенна предназначенных для плавки металлов и обжига материалов.
2-3. АЭРОДИНАМИКА СТРУИ
Движение газов в печах, работающих на жидком или газообразном топливе, является главным образом движением струй, вдуваемых в печное пространство форсунками и горелками. Рассмотрим сначала аэродинамику струи, развивающейся в неограниченном пространстве, заполненном неподвижной газовой средой, имеющей те же физические свойства и ту же температуру, что и вытекающий газ. Такая струя называется свободной затопленной струей в отличие от свободной незатоплен-ной струи и несвободной (зажатой) струи, а также от струи, состоящей из нескольких потоков.
38
Свободная струя может быть ламинарной и турбулентной. Теория свободной струи разработана Г. Н. Абрамовичем, Г. П. Иванцовым, Д. Н. Ляховским и др. На рис. 2-3 показана схема турбулентной свободной струи, вытекающей из круглого насадка. Масса движущегося газа струи взаимодействует с окружающим неподвижным газом и захватывает его во все возрастающем количестве. Струя состоит из двух участков: а) начального, на котором осевая скорость w0 постоянна
Рис. 2-3. Схема свободной турбулентной струи.
(длина этого участка составляет /нач=(4-ь6) d, где d — диаметр выходного отверстия), и б) основного участка, на котором осевая скорость Wq снижается во всех частях струи. Осевая скорость в любом сечении основного участка находится из соотношения
wо _ 0.96----^ ^
„.макс а1 wo + 0,29
где а — коэффициент структуры струи (для круглого сечения струи а=0,14-нО, 16); I — расстояние от рассматриваемого сечения до сопла.
Количество газа в рассматриваемом сечении УСеч можно определить из формулы
^ = 2,22^ + 0,29), (2-10)
где Уг — начальный расход газа, м3/сек.
Из рассмотрения формул (2-9) и (2-10) видно, что на основном участке профиля изменения скоростей и усредненных расходов газа
подобны для всех его сечений. Этим объясняется и то, что если исте-
кающий газ и окружающая среда имеют разную температуру ti и то температурные поля также будут подобны:
(2'1!)
1 -J- + 0.29
откуда
*еы=Р*1+М1—Р), (2-12)
где ^см — искомая температура; ti— температура истекающего газа; ti — температура окружающей среды.
Если плотность газов струи значительно отличается от плотности среды, то происходит искривление струи. Струя, более плотная, чем окружающая среда, отклоняется вниз, а менее плотная — вверх.
Из приведенных формул видно, что скорость струи в любом сечении, а также кратность циркуляции струи Усеч/Уг зависят от расстоя-
39
ния сечения от сопла, выраженного числом диаметров сопла, т. е. от l/d. Скорость при увеличении l/d уменьшается, а кратность циркуляции увеличивается. Следовательно, для создания большей кратности циркуляции следует брать сопла малого диаметра d, т. е. распределять газ на ряд струй. Выведенные соотношения, как показали В. Н. Тимофеев и П. И. Сычев, являются частным случаем более общей закономерности горящего факела (свободной струи горящего газа). По этой закономерности поля скоростных напоров во всех сечениях подобны:
