Топлогенерация


Категория на документа: Други


В металургичните пещи с барботажен слой газът се вкарва в течната вана локализирано - чрез една или няколко фурми. При това в мястото на вкарване на газа се обрасува зона, която е запълнена със смес от газ и течност, на границата на която протичат преносните процеси, а също така и реакциите на взаимодействие на газа с течността. Хидродинамиката на тази зона в значителна степен определя хидродинамиката на целия барботажен слой. При кислородно-конверторния процес например в зоната на подаване на кислорода в стопилката енергично протичат процеси на окисляване на желязото и неговите примеси от кислорода. Образуващите се железни окиси се разнасят в обема на ваната при циркулациите на стопилката около зоната на продухване и служат като източник на кислород за окисляване в определена последователност на примесите на чугуна. Ето защо въпросите на взаимодействие на вдухвания газ с течната вана, а също така и структурата и геометрията на зоната на продухване имат голямо теоретично и практическо значение.

Началото на разработването на теорията на аеродинамиката на газовата струя в течна вана е поставил И. Г. Казанцев в края на 30-те години, като изпреварва с 10 години аналогичните работи на чуждестранните изследователи. Тази теория не е завършена и се базира основна наекспериментални изследвания. Основната трудност при формулиране на математичния модел на процеса на продухване са неизвестният механизъм на взаимодействие на газа с окръжаващата течност на границата на газовата стуя и неизвестният характер на изменението на самата граница в пространството и времето. Посочените обстоятелства не позволяват достатъчно точно да бъдат формулирани условията на еднозначност, а без това, както е известно е невъзможно да се постави математичната задача, а да не говорим за решаването й. Тези причини не позволяват да се получат критериите на подобие в съответствие с теорията на подобието, които да характеризират всестранно разглеждания процес.

Във връзка с това обикновено се правят редица допускания.

Изучава се усреднена във времето картина на взаимодействието на газа със течността. Интервалът на усредняване се избира така, че изучаваният процес да бъде считан за квазистационарен.

Пренебрегват се силите на вътрешното триене, тъй като скоростта на изтичане на газа в течносттаобикновено е голяма и движението на газа в зоната на продухване на течността има турболентен характер.

Силите на повърхностното напрежение също се пренебрегват, тъй като мощността на газовата струя е значително по-голяма от мощността, която се изразходва от газа за раздробяване на течността на капки.

При посочените опростявания процесът на взаимодействие на струята с течната вана ще се определи от съотношението на инерционните сили на газовата струя и изтласкващите сили на течностите, които действат върху струята. Числено това съотношение се характеризира с големината на модифицирания критерий на Архимед, приложен най-напред от И.Г.Кзанцев -

(5-1)
където ρ'' е плътността на газа на изхода на фурмата, kg/m-3;

w'' - работната скорост на газа на изхода на фурмата, m/s;

d0 - диаметърът на изходния отвор на фурмата, m.

От него е установено експериментално, че взаимодействието на газа с течността зависи от турболентните характеристики на газовата струя, в частност от коефициента на турболентен визкозитет и от неговата структура. Но тъй като коефициентът на турболентен визкозитет и структурните характеристики на турболентната струя в течността зависят от съотношението на същите инерционни и изтласкващи сили, влиянието на тези параметри се изразява също чрез Ar.

Сега има редица емпирични формули, които се използват за изчисляване на размерите на газовите струи в течности за различни интервали на скоростта на газа и различни физични параметри на газа и течността. Установено е, че върху структурата и размера на зоната на продухване значително влияние оказва степента на асимилация на газа. В същото време не е установено влияние на отношението на температурите на газа и течността. Последното е твъде важно, тъй като подтвърждава възможността за изследване на хидродинамиката на промишлените пещи с барботажен слой с лабораторни студени модели.

Преди да се пристъпи към разглеждане на различните разновидности на продухване, се въвеждат няколко определения. Газовата струя се нарича постоянно съществуващата в обема на течността празнина, разположена на мястото на влизането на газа в течността и запълнена с газ, който се движи по оста на фурмата. Локалната обемна концентрация на течността на границата на газовата струя не превишава 2%. Газовата струя е заобиколена от реакционна зона, която е запълнена с газо-течностен поток, в границите на който газът се явява непрекъсната среда, а течността се намира под формата на капки. В тази зона завършват основно процесите на топло- и масообмена между течността и газа, също така и химичните реакции в системата газ-течност. Движението на газо-течния поток се извършва основно са сметка на кинетичната енргия на газа. Зона на продухване се нарича частта от течната вана, окръжаваща мястото на въвеждане на газа и включваща освен гасовата струя и на зоната и реакционната зона и зоната на барботаж на мехури, която е запълнена с на продухване запълнена с газо-течностна смес, в която течността е непрекъсната фаза, а газът се намира под формата на мехури. Локалната обемна концентрация на газа на външните граници на зоната на барботаж на мехури не превишава 2%. Тук завършват процесите на обмен на топлина и маса между газа и течността, а също така и химичните реакции в системата газ-течност. Основен фактор, определящ движението в тази зона са мехурите, които изплават под действието на архимедовата сила. В процеса на асимилиране на газа размерите на барботиращите мехури намаляват. При попадане в течността на газ, който се асимилира напълно, зоната на продухване се състои само от струя и реакционна зона.

Като се изхожда от особеностите на взаимодействието на газа с течността, се разграничават два метода за подаване на газ - през фурми, които са разположени над повърхността на течността, и през фурми, които са потопени под нивото на течността. Всеки от тези методи се разглежда отделно.

5.2. ПОДАВАНЕ НА ГАЗ ПРЕЗ ФУРМА, РАЗПОЛОЖЕНА НАД НИВОТО НА ТЕЧНОСТТА

При подаване на газ през фурма, разположена над повърхността, в течността се образува открита яма, която е запълнена с газ (фиг.5.1). Статичното налягане в ямата, се повишава с приближаване да долната й граница, като при това плътността на потока на газовия импулс намалява до 0. Като достигне дъното на ямата, газът се разпръсква и завива на 1800, като се издига покрай страничните й стени. Под действието на газа върху стените на каверната се образуват напречни вълни. При високи скорости на газа вълните се свличат като образуват капки. Възходящият поток на газа,който носи капки от течността, образува реакционната зона. Потокът газ, който се движи към дъното на кратера по оста на фурмата, образува газовата струя. Вследствие на обмяната на количество на движение с реакционната зона скоростта газовата струя намалява значително по-бързоотколкото в свободната струя. Под действие на реакционната зона течността около зоната на продухването се движи нагоре. Като достигне повърхността, се разстила настрани и на определено разстояние от фурмата се спуска надолу. Зоната с барботаж на мехури е слабо развита или съвсем отсъства. Неголямо количество мехури проникват извън границите на газовата струя по дължина на надлъжната ос на фурмата.

Дължината на проникване на струята в течността l позволява да се оцени степента на въздействие на струята върху ваната. Например от практиката е известно, че при недостатъчна дълбочина на проникване на кислородната струя в метала се понижава коефициента на използване на кислорода от метала, нараства окислеността на шлаката и т.н.

Oтносителната дълбочина на проникване на газовата струя в стопилката може да се изчисли по емпиричната формула

(5-2)

където h е височината на фурмата над нивото на ваната, m;

- динамичният коефициент на струята, зависещ от турболентната структура на струята;

- потокът на газовия импулс в изхода от фурмата, N.

За фурми, които се използват в металургичните пещи, 5.3 < β <6.0. Ако фурмата е разположена на нивото на ваната (h = 0), дълбочината на проникване на газовата струя се определя по формулата

(5-3)

Голямо значение има също така напречният размер на зоната на продухване, който за разглеждания случай се приема равен на външния диаметър на реакционната зона.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Топлогенерация 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.