Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Печи с кипящим слоем по необходимости имеют большую высоту. Не следует стремиться уменьшатьеё снижением отстойной зоны – «пустого» пространства над слоем,которое совершенно не используется для нагрева металла. Расстояние от верхней границы плотного слоя до места отвода газов и воздуха должно быть тем больше. Чем выше слой, меньше частицы ибольше число псевдоожижения. В разных условиях оно колеблетсяот 500 до 2000мм и может быть уменьшено лишь при использованиисепарирующих вставок и соответствующей организации отводапсевдосжиженного агента. В противном случае частицы мелкозернистого материала, подбрасываемые над слоем при разрушении наего поверхности газовых пузырей, могут попадать в выходные отверстия для газа и уноситься из печи.При правильном выборе высоты отстойной зоны установка пылеулавливающих циклонов не нужна.
Средняя скорость газов надкипящим слоем всегда гораздо ниже скорости витания частиц, поэтому частицы могут выноситься лишь в том случае, если будучиподброшенными до уровня слоя (вместе с каким-то объёмом газа),они не будут иметь достаточно места для того, чтобы погасить начальную скорость.126При конструировании данной печи – ванны, с учетом вышеописанных рекомендаций, а так же учитывая материал наполнителяи его размеры, минимальная высота слоя принята равной 600мм,однако точную высоту следует определить исходя из консруктивнойпроработки печи, но ни в коем случае не меньше минимально определённой.Псевдосодержащим агентом может выступать любой газообразный материал, а так же и капельная жидкость.
Требования,предъявляемые к псевдосодержащему агенту такие как инертностьили слабая реакция с термообрабарывающим изделием, с материалом наполнителя, простота использования, доступность безопасность эксплуатации, получение светлой поверхности, его дешевизна.Это, например, азот, пар, сжатый воздух как получаемый из центральной магистрали, так и вырабатываемый локально для определённых целей, продукты сгорания топлива, топочные газы и так далее.Исходные данные для расчета и проектирования установки скипящим слоемТемпература изотермической выдержки6000СВремя термообработки одной партии деталей10-20минТемпература деталей перед погружениемв кипящий слой200ССжижающий агентатмосферный воздухТемпература исходного воздуха200СТемпература подогретого воздуха2800СТемпература наружной стенки450СМатериал-наполнительэлектрокорундМасса загрузки изделий240СРабочее напряжение источника питания5-42ВНагревательный элемент(3ξ40)ммТеплоизоляционный материал,применяемый для установкикирпич шамотныйГОСТ 8691-73Площадь сечения установки↓500ммДля данного проекта с точки зрения доступности, дешевизны,легкости подключения, монтажа и безопасности – используется сжатый воздух, подаваемый из центральной магистрали сжатого воздуха.127Следует отметить, что подаваемый воздух должен быть очищенот пыли, масел и влаги, находящейся в нём во избежании засорениягазораспределительных колпачков и последующего их закоксовывания.
Поэтому обязательным требованием при монтаже ванны является установка масло - влагоотделителя между цеховой магистральюи трактом подачи воздуха под газораспределительную решетку.В качестве сжижающего агента применяется атмосферный воздух, характеристики которого приведены в таблице 9.Таблица 9 - Теплофизические свойства сжижающего агентТемпература tа, °С0Плотность ρа, кг/мУдельная теплоемкостьСρ, кДж/(кг⋅К)Коэффициент теплопроводностиλ⋅102, Вт/(мК)Кинематическая вязкостьν ⋅ 106, м2/с3206001,293 1,205 0,4041,005 1,005 1,1142,442,596,2213,28 15,06 96,898.2 Характеристики наполнителя кипящего слояМатериал псевдосжиженных частиц выбирают, исходя из егодоступности, прочности на истирание, огнеупорности, способностивзаимодействовать с поверхностью нагреваемого металла, стоимостии т.д.
Перечень применяемых материалов достаточно широк (корунд, песок, шамот, окись магния и т.п.). Обычно стремятся выбирать более тяжёлые частицы, поскольку их применение гарантируетполучение более высоких коэффициентов теплоотдачи, требуя,правда, и больших скоростей псевдосжижения. Для эксплуатации впечах и ваннах наиболее распространёнными и рекомендуемымиявляются фактически лишь два материала: Аl2О3 (электрокорунд белый или чёрный) и кессонная масса (достаточно чистый МgО).Для расчёта данной печи - ванны был выбран электрокорундтак как он наиболее приемлем как с точки зрения эксплуатации печи(отпадает необходимость отделять требуемые фракции для использования), так и с точки зрения безопасности его применения для персонала, так как он практически безопасен.Размер псевдосжижаемых частиц определяется необходимостьюсвязать скорость нагрева изделий и время выдержки с удельной128производительностью печи.
Чем мельче частицы, тем больше коэффициент теплоотдачи, а значит и скорость нагрева, но тем меньше искорость псевдосжижающей газо-воздушной смеси, т.е. меньшеколичество тепла, уносимого с ней.Большое количество расчётов показывает, что в промышленных установках наиболее экономично применение частиц диаметромне более 0,32-0,4 мм. Используя такие частицы, легко получитьудельную производительность 1-1,5 т/ч и более с 1 м2.Следуя данным расчётам, зададимся средним диаметром определённой фракции 0,2мм.
Данный размер частиц позволяет использовать проектируемую печь - ванну как отпускную при температуре600°С, так и закалочную при отключенном электрообогревателе, т.е.при температуре подаваемого под решётку псевдосжижающего агента.Плотность:1860- насыпная плотность ρн3930- плотность частиц ρчВысота слоя определяется способом обогрева. В случае обогрева, описанным выше методом, слою необходимо покрывать собойнагреватели, а также полностью скрывать садку с термообрабатываемыми деталями, поскольку выше этого уровня коэффициент теплоотдачи резко (практически на порядок) снижается.Следуя данным рекомендациям и учитывая опыт проектирования аналогичной печи, - ванны, установленной на БСЗ, определяемвысоту насыпного слоя равной 400 мм.Высота слоя выбирается исходя из возможности размещения вслое электронагревателя и корзины с деталями.
Кроме того, слойдолжен иметь достаточное количество аккумулированного тепла,чтобы температура слоя изменялась в допустимых пределах при погружении разогретых деталей. С учетом сказанного высота слояпринимается Н0 = 400 мм.Тогда гидравлическое сопротивление слоя будет равно∆Рс = Н0 ⋅ ρn ⋅ q = 0,4 ⋅ 1860 ⋅ 9,8 = 7291 Па = 744 мм вод.ст.(8.1)∆Рс практически не зависит от скорости сжижения слоя, хотя действительное значение ∆Рс обычно несколько меньше теоретических(на 10 -15 %) вследствие неравномерного кипения. Порозность насыпного слоя равна129ε0 = 1 - ( ρп.
/ ρ+ ) = 1-(1860/3930) = 0,52.(8.2)Скорость ожидающего агента ω0 в начальный момент кипенияявляется важной характеристикой слоя, т.к. в этот момент качественно меняются свойства насыпного слоя твердого материала.Скорость псевдосжижающего агента ω определяется преждевсего размером и материалом частиц и обычно выбирается в 5-20раз больше критической, причём меньшие цифры относятся к слоюкрупных частиц, а большие для мелких. С увеличением со сверхуказанных значений повышается интенсивность движения частиц,несколько возрастает (во всяком случае до оптимальной скорости)коэффициент теплоотдачи, но увеличивается и интенсивностьвыброса частиц, а значит, и необходимая высота отстойной зоныили унос. При слишком малых скоростях псевдосжижениестановится неравномерным (особенно в аппаратах с большойплощадью решетки), коэффициент теплоотдачи снижается и можетбыть разным в разных участках печи.Скорость начала кипения при температуре сжижающего агентаta определяется из критериальных уравнений:ArRe 0 =1501− ε0ε30+гдеAr =gd э3ϑ2а⋅1,75ε 03,(8.3)Ar(ρ r − ρ a ) - критерий Архимеда;ρa(8.4)ε0 - порозность неподвижного слоя, ε0 = 0,52;g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2;dэ - эквивалентный диаметр частиц, dэ = 0,2 мм;νa - кинематическая вязкость воздуха при ta = 20°С,νa = 2,59 ⋅ 10-6 м2/с;ρч - плотность частиц, ρч = 3930 кг/м3;ρа - плотность воздуха, ρа = 1,205 кг/м3.
Вычислим скоростьначала кипения при ta = 20°С130Ar =9,8 ⋅ 2 3 (3930 − 1,205)⋅= 41035 м / с,1,2052,59 2ϑcAr,d э 1400 + 5,22 ArϑArϖ= −⋅,d э 18 + 0,61 ArϑArωp = − ⋅,d э 18 + 5,22 Arωr =⋅ω к20 = 0,172 м / с,20ω вит= 3,003 м / с.Скорость начала кипения, витания и оптимальная. Скоростьначала кипения при ta = 600°Сω к600 = 0,023 м / с,600ω вит= 1,43 м / с.Оптимальная скорость сжижающего агента выбирается из следующих условий:- минимальные тепловые потери с уходящим воздухом, обуславливают минимальную скорость ожижения;- интенсивное перемешивание наполнителя для получения изотермического поля температур;- получение максимального коэффициента теплоотдачи для надежного охлаждения электронагревателя и погруженных деталей.Оптимальная скорость для получения максимального коэффициента теплоотдачи находится из критериальной зависимости, которая обеспечивает достаточную интенсивность перемешивания наполнителя слоя, но несколько превышает минимальные потери теплас сжижающим агентом:20ω опт= 0,395 м / с,600ω опт= 0,513 м / с.131При оптимальной скорости сжижающего агента массовый расход атмосферного воздуха (Ga) составит:Ga = Fуст ⋅ ω0оpt,Fуст = πd2 / 4 = 0,785 м2,Gа = 0,785 ⋅ 0,52 = 0,10205 м3/с = 367,4 м3/час.(8.5)Скорость воздуха на уровне решетки при температуре ta = 20°Си плотности ρа = 1,205 кг/м3 равнаω ар =Ga0,10205== 0,72 м / с,( Fуст ⋅ ρ а ) (0,785 ⋅ 1,205)(8.6)что ниже скорости витания.При этом степень сжижения составитW = ωар/ω0 =0,513/0,023 = 22,3.(8.7)Оптимальным гидравлическим сопротивлением решетки (∆Рр)следует считать то, при котором происходит равномерное распределение потока воздуха по сечению установки, но при этом оно имеетминимальное значение по абсолютной величине с целью экономииэнергии на дутье.Сопротивление самих распределителей (не считая подводящеготракта) должно составлять не менее 0,05-0,3 сопротивления слоя,равного ρм (1--ε0)gh0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
