Оптимальный режим доменных печей при испарительном охлаждении

Процесс охлаждения деталей пароводяной смесью сложен и до конца еще не изучен. Однако основные особенности этого процесса известны и в общих чертах сводятся к следующему.

При плотностях теплового потока до 1 млн. ккал/(м2*ч) устанавливается так называемый пузырьковый режим кипения, при котором интенсивность теплоотдачи повышается с увеличением плотности теплового потока.

Коэффициент теплоотдачи при кипении слабо зависит от размеров поверхности и диаметра труб в трубчатых деталях. Его можно определить по формуле типа

где P — давление, ат;

q — плотность теплового потока, ккал/(м2*ч). Значения коэффициентов теплоотдачи для условий испарительного охлаждения приведены в табл. 4.

При водяном охлаждении коэффициент теплоотдачи обычно не превышает 2000—3000 ккал/(м2*ч*град). Сравнивая коэффициенты теплоотдачи при водяном и испарительном охлаждении, можно сделать вывод, что при испарительном охлаждении интенсивность теплообмена между стенкой и охлаждающей средой во много раз больше, чем при водяном.

Охлаждение может нарушиться лишь при так называемом пленочном режиме кипения. Этот режим возникает при значительных плотностях тепловых потоков. При таком режиме на поверхности нагреваемой стенки образуется стойкая паровая пленка, препятствующая доступу воды к поверхности. При этом охлаждение резко ухудшается и температура стенки повышается. Описанное явление называется кризисом кипения. Величина критической плотности теплового потока, при котором наступает пленочный режим, зависит от давления, температуры недогрева до кипения, равной скорости охлаждающей среды, и объемного паросодержания.

Зависимость критической плотности теплового потока от давления при кипении на горизонтальной поверхности показана на рис. 14. Из этой зависимости следует, что пленочный режим кипения в деталях коробчатого типа может возникнуть при q>10в6 ккал/(м2*ч).

Недогрев до кипения и скорость движения воды увеличивают величину критической плотности теплового потока.

Между стенкой и пароводяной смесью при разных плотностях теплового потока и давлении р = 10 ат устанавливаются следующие перепады температур:

Результаты исследований, выполненных в институте «Гипросталь», показали, что при контакте с жидким чугуном плотности теплового потока достигают 3 млн. ккал/(м2*ч) и для исключения пленочного режима скорость охлаждающей воды в этом случае должна быть не менее 8 м/сек.

Зависимость между величиной объемного паросодержания и возникновением кризиса кипения изучена недостаточно. Известно только, что при кипении воды в детали коробчатого типа содержание пара увеличивается по высоте. При некоторых значительных величинах паросодержания наступает ухудшение охлаждения.

Согласно наблюдениям величина «критического» объемного паросодержания зависит в первую очередь от конструкции охлаждаемой детали и плотности теплового потока. Ориентировочно можно считать, что для элементов клапанов горячего дутья минимальная величина объемного паросодержания, при которой может не возникнуть кризис кипения, равна 96—97%.

На основании сказанного выше можно подвести итоги и сформулировать условия, обеспечивающие надежный режим охлаждения.

1. В трубчатых деталях (типа холодильников) хорошее охлаждение обеспечено при любых значениях скорости движения воды в трубах. Однако даже в деаэрированной воде системы охлаждения содержится высокодисперсный шлам, который может оседать на горизонтальных участках контура. Чтобы исключить это нежелательное явление, скорость циркуляции в холодильниках рекомендуется принимать не менее 0,2—0,25 м/сек.

2. Кратность циркуляции воды в холодильниках печи должна быть не менее 8 кг/кг.

3. В элементах клапанов воздухонагревателей объемное паросодержание при поступлении его из деталей в подъемную трубу не должно превышать 96—97%.

4. В охлаждаемых деталях, для которых возможен контакт с жидким чугуном, например в воздушных фурмах, скорость движения воды не должна быть менее 8 м/сек. По-видимому, таких параметров можно достичь лишь в результате устройства специальных фурм с перегородками для прохода воды при повышенных скоростях.