» » Движение газов и материалов в слое
02.06.2015

Движение этого типа происходит в шахтных и обжиговых печах с кипящим и перегребаемым слоем.
Аэродинамическая характеристика поведения слоя кусковых материалов при продувке его воздухом, выраженная в безразмерной форме зависимостью критериев Эйлера Еu = Δp/w2p и условного Рейнольдса Re=wtd/v, приведена на рис. 8. В этих критериях; Δр — перепад давления в слое, кг/м2; wt — скорость газов, отнесенная к полному сечению слоя, м/сек; d — средний диаметр куска материала, м.
Движение газов и материалов в слое

В левой части графика при ограниченных значениях Rе располагается область стабильного (неподвижного) состояния слоя, представленная участком кривой абв. При интенсификации продувки слоя значение Rе возрастает и в точке в нарушает стабильность слоя. Вправо от точки в располагается область нестабильного (подвижного) состояния слоя, представленного участком кривой вж. В этой области по мере возрастания Rе наблюдается переход слоя в различные степени нестабильности: вг — вспухание слоя и образования продувов; гд — кипение; де — выбрасывание кусков из слоя; еж — витание. Нормальная работа шахтных печей протекает в области стабильного состояния слоя, а печей с кипением и витанием — в области нестабильного состояния. Каждое состояние слоя связано с определенным количеством воздуха К нм3/м2*мин, приходящегося на 1 горизонтального сечения слоя.
Количество воздуха, так называемое предельное количество дутья К, вызывающее переход столба шихты, сложенного несколькими слоями различных материалов, из стабильного в нестабильное состояние, может приблизительно определяться по формуле, выведенной автором из сопоставления веса кусков и динамического давления струек газов, пронизывающих слой:
Движение газов и материалов в слое

Для печей, работающих на однородной шихте и имеющих постоянное горизонтальное сечение, значение К определяется по формуле, полученной упрощением общей формулы (18):
Движение газов и материалов в слое

Если необходимо сохранить стабильность слоя и обеспечить движение столба шихты вниз без зависаний и продувов (шахтные печи), то количество воздуха, подаваемое в печи, должно равняться (0,8—0,9) К. Наоборот, для обеспечения нормального движения материалов в печах с кипящим слоем количество воздуха должно превосходить величину К и составлять 1,2/1,4 К. Формула (18) показывает, что значение К возрастает при увеличении крупности и удельного веса материалов, площади свободных проходов между кусками, давления газов в печи, что и используется в заводской практике при интенсификации работы шахтных печей.
При стабильном состоянии слоя (шахтные печи) наименьшее сопротивление проходу газов оказывают участки, прилегающие к стенкам; вследствие этого в движении газов наблюдается периферическое преобладание, которое в заводских печах усиливается или уменьшается в зависимости от системы загрузки, расположения фурм и профиля печей.
Гидравлическое сопротивление стабильного слоя кусковых материалов проходу газов определяется по формуле
Движение газов и материалов в слое

Гидравлическое сопротивление стабильного слоя материала растет по мере увеличения количества и скорости газов, проходящих через слой. В момент перехода слоя в состояние кипения перепад давления в слое после небольшого прыжка вверх становится почти постоянным и не зависящим от количества газов (рис. 10). Заметное увеличение давления наблюдается только при переходе слоя в следующие стадии нестабильности.
Гидравлическое сопротивление кипящего слоя может определяться по формуле
Движение газов и материалов в слое

Движение газов и материалов в слое

В многоподовых и барабанных обжиговых печах движение твердых материалов происходит в перегребаемом слое. Наиболее важным показателем этого движения является размер активной (т. е. соприкасающейся с газами) поверхности материала Fакт м2/м2*сутки, отнесенный к единице рабочей площади печей. Чем большее значение Fакт достигается при движении материала, тем более высокой удельной производительностью характеризуется работа обжиговых печей.
Движение газов и материалов в слое

Для многоподовых печей находится по формуле
Движение газов и материалов в слое

Для барабанных печей без перегребающих устройств Fакт будет
Движение газов и материалов в слое

Важнейшими параметрами работы многоподовых печей, в наибольшей мере влияющими на движение шихтовых материалов, являются питание печей шихтой, число оборотов вала, угол поворота гребков, удельный вес и крупность кусков шихты. Исследования показывают, что общая открытая поверхность материала увеличивается при увеличении диаметра печи, числа подов, кругового периметра подовых отверстий и расстояния между подами. Наивыгоднейший угол поворота гребков к оси рукояти α1 = 60°. Время пребывания шихты в многоподовой печи увеличивается с уменьшением питания и числа оборотов, но не прямо пропорционально вследствие одновременного увеличения толщины слоя, т, е. увеличения емкости печи по шихте. Неоднородная шихта, состоящая из смеси материалов различной крупности или различного удельного веса, двигается и обжигается в печи неравномерно, так как более крупные и легкие материалы концентрируются на поверхности, а мелкие и тяжелые — внутри слоя.
Важнейшие параметры работы барабанных печей, наиболее влияющие на движение шихтовых материалов, — питание печей шихтой, число оборотов печи, угол наклона печи, наличие перегребающих устройств, удельный вес и крупность кусков шихты. Исследования показывают, что величина активной поверхности материала за один оборот барабанной печи определяется главным образом ее размерами и в меньшей степени параметрами работы. Активная поверхность заметно возрастает при увеличении диаметра и длины барабана и числа перегребающих лопастей. Активная поверхность возрастает сравнительно слабо при увеличении питания печи, уменьшении числа оборотов и угла наклона барабана. Скорость поступательного движения материалов вдоль оси печи повышается при увеличении диаметра печи, угла наклона и числа оборотов. Изменение питания печи шихтой не отражается на величине скорости из-за соответствующего изменения заполнения печи. Время пребывания шихты в барабанной печи не зависит от питания шихтой, но оно увеличивается при уменьшении числа оборотов и угла наклона. Время пребывания шихты на активной поверхности увеличивается с уменьшением питания, числа оборотов и угла наклона печи. Заполнение печи и толщина слоя шихты увеличиваются при увеличении питания, уменьшении числа оборотов и угла наклона. Неоднородная шихта, состоящая из смеси материалов различного удельного веса или различной крупности, в барабанной печи движется и обжигается неравномерно вследствие того, что более легкие куски материала концентрируются преимущественно на поверхности.
Количество материалов А, проходящих через барабанную печь, определяется по формуле
Движение газов и материалов в слое