5-4. Режимы теплообмена в нагревательных и плавильных печах

Режимы внешнего теплообмена в печах по М. А. Глинкову [Л. 2] делят на радиационный, конвективный и слоевой. Если речь идет о радиационном нагреве, то это означает лишь, что лучистый теплообмен имеет превалирующее значение, но одновременно с ним осуществляется и конвективный теплообмен; то же можно сказать и о конвективном нагреве.

Радиационный нагрев в свою очередь делится на три вида:

  1. Равномерно распределенный теплообмен (рис. 5-4, а), когда падающие тепловые потоки от факела (пламени) на кладку Qг.к и на поверхность нагреваемого материала Qг.м равны между собой, температурное поле и излучательные свойства факела равномерны во всем объеме;

  2. Направленный прямой теплообмен (рис. 5-4, б), когда Qг.м > Qг.к

  3. Направленный косвенный теплообмен, когда Qг.м < Qг.к (рис. 5-4, в).

Поскольку лучеиспускание тесно связано с конвекцией, то правильнее говорить о радиационно-конвективном нагреве, т. е. разделение его имеет условный характер. Поэтому падающие потоки рассматриваются как сумма лучистой и конвективной составляющих.

На рис. 5-4 показаны изменения температуры и скорости газов для двух случаев сжигания газа: 1 - в объеме и 2 - в пристенном слое (что важно при направленном косвенном теплообмене).

Роль отдельных видов теплообмена может быть различной. Так, если конвекцией на материал передано всего 10% тепла, то суммарная роль конвекции в теплоотдаче к изделиям может составить 65%, так как тепло, переданное конвективно кладке, трансформировано в тепло, переданное лучеиспусканием от кладки к изделиям. В разных печах по-разному реализуются режимы нагрева. Так, в плавильных печах выгоднее использовать радиационный прямой направленный теплообмен, когда светящийся факел обладает настильностью, т. е. направляется на шихту. В нагревательных печах в зоне высоких температур выгоднее направленный косвенный теплообмен, когда сильно разогревается кладка свода специальными плоскопламенными горелками, расположенными на своде, и последний интенсивно облучает изделия. Такой режим обеспечивает лучшие показатели работы печей по производительности и удельному расходу топлива, чем при других режимах.

Рис. 5-4. Режимы радиационно-конвективного теплообмена в нагревательных печах.

Рис. 5-4. Режимы радиационно-конвективного теплообмена в нагревательных печах.

а - равномерно распределенный; б - прямо направленный; в - косвенно направленный;

δ - толщина пристенного слоя газов; Qлг.к - лучистый тепловой поток от газов к кладке; Tг и Tк - температуры газов и кладки; wг - скорость газов; aконв.к и aконв.м - коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к кладке и к металлу.

Сплошная линия - изменение температур газов; пунктирная линия - изменение скорости газов;

1 - при горении в объеме; 2 - при горении в пристенном слое.