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.