10.05.2018

Условия теплообмена между рабочим пространством доменной печи и холодильниками


Распределение температур в холодильниках доменных печей зависит от конструкции холодильников и условий теплообмена на их поверхности.

Условия теплообмена на поверхности холодильников определяются по ряду факторов, к которым относятся: состояние кладки и наличие настылей между холодильниками и рабочим пространством печи; образование гарниссажа на поверхности холодильников и кладки; распределение газового потока, шихтовых материалов и температур у поверхности холодильников и кладки.

Роль указанных факторов в процессе теплообмена зависит от кампании печи и зоны, где установлены холодильники. В табл. 20 приведены условия теплообмена между холодильниками и рабочим пространством в различных зонах доменной печи.
Для решения задачи по распределению температур в холодильниках различных конструкций необходимо сформулировать граничные условия. Процесс теплообмена между рабочим пространством печи и холодильниками (для упрощения задачи) принят стационарным. В действительности температура в рабочем пространстве, коэффициент теплоотдачи и слой гарниссажа изменяются во времени, что приводит к изменению плотностей тепловых потоков на холодильники.

Для холодильников доменной печи характерны три вида граничных условий на их поверхности со стороны рабочего пространства.

1. Перед холодильниками имеется слой огнеупорной кладки. В этом случае пространственные граничные условия можно задать следующим образом:

а) на границе кладки и рабочего пространства
где tп.к — температура поверхности кладки, °C;

б) на границе кладки и холодильника
где Лк — коэффициент теплопроводности огнеупорной кладки, ккал/(м*ч*град);

Лх — коэффициент теплопроводности материала холодильника, ккал/(м*ч*град);

t — температура, °C;

n — размер по направлению нормали к поверхности, м.

2. Перед холодильниками нет ни кладки, ни гарниссажа. Теплообмен происходит непосредственно между поверхностью холодильников и рабочим пространством печи:
где tp — температура рабочего пространства печи, °C;

tx — температура на поверхности холодильника, °C;

а — коэффициент теплоотдачи на поверхности холодильников, ккал/ (м2*ч*град).

3. Холодильники покрыты слоем гарниссажа. В этом случае граничные условия можно задать следующим образом:

а) на поверхности гарниссажа поддерживается температура, равная температуре плавления гарниссажа (tпл.г), поэтому
б) на границе гарниссажа и холодильника
где Лг — коэффициент теплопроводности гарниссажа, ккал/(м*ч*град).

На границе стенки трубы с охлаждающей средой осуществляются следующие граничные условия:
где аср — коэффициент теплоотдачи на поверхности охлаждаемых трубок холодильников, ккал/ (м2*ч*град);

tср — температура охлаждающей среды, °C;
tт.х — температура поверхности трубок холодильника, °C.

Величина коэффициента теплоотдачи на поверхности охлаждаемых трубок значительна и при испарительном охлаждении составляет ~15 тыс. ккал/(м2*ч*град). В этом случае перепад температур стенки и охлаждающей жидкости не будет превышать 5 град при плотности теплового потока на поверхности трубок 70 тыс. ккал/(м2*ч). Так как общий перепад температур в плите холодильника при максимальных плотностях тепловых потоков достигает 400—500 град, перепадом температур в пограничном слое охлаждающей среды можно пренебречь и считать, что температура стенки залитых трубок равна температуре охлаждающей среды:
Относительная ошибка в поле температур холодильника при этом не превышает 1%. Тыльная сторона холодильника отделена от кожуха печи слоем теплоизоляционной заливки толщиной 20—40 мм, коэффициент теплопроводности которого — 0,3 ккал/(м*ч*град). При этом потери тепла через кожух составляют до 3% общей тепловой нагрузки холодильников. Это дает возможность упростить задание краевых условий на тыльной стороне холодильников и принять, что потери тепла через кожух равны нулю, т. е.
Описанные условия теплообмена использованы для расчета температур в холодильниках.





Яндекс.Метрика