УДК 621.783.2:669
РАЗРАБОТКА ЗОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ТОПЛИВНОЙ
КАМЕРНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ С НЕСИММЕТРИЧНЫМ
ФАКЕЛОМ
И ПЕРЕМЕННОЙ ФУНКЦИЕЙ ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Сапронова Е.В., Курбатов Ю.Л.,
Сидоров А.С., Берковский В.В.
Донецкий национальный технический университет,
кафедра «Техническая теплофизика», г. Донецк, Украина
Основным недостатком камерных нагревательных печей, в частности нагревательных
колодцев с отоплением одной верхней горелкой (НК ОВГ), является неравномерность
распределения температур по длине рабочей камеры вследствие асимметричности
факела. Исследования, проведенные в разные годы на нагревательных колодцах показали,
что разница температур по диагонали ячейки колодца дистигает 300-400°С, что
приводит к увеличению времени нагрева металла [1].
Одним из способов выравнивания температур
является импульсная подача топлива, а, следовательно, попеременное
использование «короткого» и «длинного» факелов. Применение на практике
импульсного отопления требует создания математического обеспечения для
автоматического регулирования теплотехническим режимом. С этой целью разработана
математическая модель НК ОВГ как камерной нагревательной печи с асимметричным
факелом. Особенности этой модели: 1) она является зональной, т.е. предусматривает разделение рабочей
камеры на объемные расчетные зоны (рис. 1): по вертикали – на верхнюю и нижнюю,
по горизонтали – по числу слитков, которые расположены в одном ряду; 2) в
модели учитывается тепловое взаимодействие между зонами; 3) внутренний теплообмен
слитка и обмуровки (кладки); 4) функция выгорания топлива по длине факела (на
рис. 1 представлен один из вариантов); 5) учитывается неоднородность тепловых
потоков по высоте слитков и по граням; 6) задача нестационарного состояния
слитков решается в трехмерной постановке; 7) теплофизические свойства металла и
кладки принимаются как функция температуры; 8) радиационные характеристики
продуктов сгорания в зоне определяются как функция состава газов и температуры
в каждой зоне. Из уравнения теплового баланса на каждом шаге по времени определяется
температура газа (смеси продуктов сгорания и воздуха) в каждой зоне с
пересчетом на температуру печи, причем последняя используется далее как
граничное условие для расчета температурных полей слитка и обмуровки. Математическая
постановка и методы решения приведены в [2]. Модель является основой
математического обеспечения системы регулирования теплового режима, в частности,
для определения момента переключения топлива с максимального расхода на минимальный
и наоборот. Переключения производятся с упреждением, позволяющим исключить
резкие скачки давления в рабочей камере [3].
Рисунок 1 – Схема разбиения НК ОВГ на
зоны
Исследования на модели выявили возможность
сокращения продолжительности нагрева слитков и удельного расхода топлива на
6-10% за счет значительного уменьшения неравномерности температурного поля
печи.
Литература
1. Ефименко С.П., Николаев С.М., Курбатов Ю.Л., Следнев
В.П. Усовершенствование тепловой работы нагревательных колодцев с одной верхней
горелкой // Сталь. – 1982. - № 6. С. 34-38.
2. Сапронова
Е.В., Горбунов А.С., Курбатов Ю.Л., Коробка Ю.Ю. Разработка математического
обеспечения системы регулирования нагревательного колодца в режиме импульсного
отопления. // «Экотехнологии и ресурсосбережение». Выпуск 4: 2005. – С. 74-77.
3. Пат. 13759 МПК С21D9/70. Спосіб подачі палива при
імпульсному нагріванні металлу / Сапронова О.В., Курбатов Ю.Л., Коробка Ю.Ю. (Україна)
// Бюл. № 4, 2006. – 6 с.