Предварительный нагрев лома горелками и уходящими газами, страница 5

Принципиальная схема устройства для такого нагрева показана на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема нагрева лома в загрузочной корзине: 1-7-см. в тексте

Емкость 7, установленная в камере нагрева 2, снабжена верхней камерой 3, в которую поступают газы с высокой температурой. Это могут быть газы, уходящие из печи, или газы, полученные от сжигания топлива в горелках 4. Камера 3 обеспечивает равномерное распределение газов по сечению слоя лома 5. Проходя через емкость, заполненную ломом, сверху вниз, газы отдают тепло лому, остывают и покидают емкость 1 через отверстия 6 в ее нижней части. Использованные газы направляются в газоотводящий тракт дуговой печи. С помощью раскрывающегося днища 7 нагретый лом загружается в печь. Для этого емкость с нагретым ломом транспортируется к печи и устанавливается над ней.

Рассмотрим основные теплотехнические закономерности нагрева лома по схеме рис. 6.2, не прибегая к довольно сложным расчетам этого нестационарного процесса. В отличие от отдельных кусков лома, теплопроводность самого слоя, как по высоте, так и в поперечном направлении, обусловленная соприкосновением кусков друг с другом, настолько мала, что в расчетах ее можно не учитывать. Поэтому потери тепла через боковые стенки емкости тоже малы и ее можно охлаждать воздухом и даже водой без существенного ущерба для эффективности нагрева лома. Точно так же можно пренебречь и передачей тепла излучением от греющих газов, поскольку зазоры между кусками невелики и газы в них имеют малую степень черноты.

Основными видами теплопередачи в слое лома являются: конвективная теплоотдача от высокотемпературных газов, омывающих поверхность кусков, а также тепловое излучение между нагретыми кусками. Излучение становится существенным при температуре кусков выше 300...350 °С. Разделить эти два вида теплопередачи в данном случае не представляется возможным из-за полной неопределенности в оценке величины свободной поверхности кусков лома, участвующей в теплообмене. Поэтому в приближенных расчетах интенсивности теплопередачи в слое лома, как и в слое других сыпучих материалов, обычно пользуются так называемым объемным коэффициентом суммарной, теплоотдачи α_V, кВт/(м • °С). Этот коэффициент учитывает как конвекцию, так и излучение и относится не к единице поверхности, как α, а к единице объема слоя, хотя это и не согласуется с физической сущностью процесса.

За время нагрева среднемассовая температура лома увеличивается от начального значения, близкого к температуре окружающей среды, до конечной величины. При этом в любой момент времени температура верхнего слоя значительно превышает температуру нижнего слоя  Температура газов на входе в подогреватель лома может меняться в широких пределах. Во избежание перегрева верхнего слоя лома эту температуру ограничивают, разбавляя газы холодным воздухом. Обычно  не превышает 800... 1100 °С. Регулируя степень разбавления, можно поддерживать  на относительно постоянном уровне или изменять эту температуру по определенному графику, как в случае нагрева лома только уходящими газами, так и при использовании дополнительного топлива. Температура газов на выходе из подогревателя по ходу нагрева лома постепенно возрастает, но и в конце нагрева обычно не превышает 250...350 °С. Все изменения температуры, как по высоте слоя, так и по времени нагрева носят нелинейный характер, что сильно осложняет расчеты. Благодаря очень большой тепловоспринимающей поверхности слоя лома установки рассматриваемого типа отличаются высоким термическим КПД. Коэффициент полезного использования тепла греющих газов η на таких установках составляет обычно 0,6...0,7.