Кольцевой воздухопровод

В условиях дисперсно-кольцевой структуры потока часть жидкости течет у стенки трубы, а часть движется в диспергированном виде в паровом ядре. При некотором значении р жидкая пленка начинает высыхать, что приводит к резкому ухудшению теплоотдачи *.'

Когда вся жидкая фаза сосредоточена в пленке (кольцевой режим течения), то средняя скорость жидкости в пленке дапл равна осредненной по сечению истинной скорости жидкости wf. В условиях дисперсно-кольцевой структуры часть жидкости движется в виде капель в паровом (газовом) ядре потока, т. е. в области повышенных скоростей. Средняя скорость капель в общем случае меньше средней истинной скорости пара w", но может значительно превышать среднюю скорость пленки. Следовательно, шпл<о/ и чем больше капель движется в ядре потока, тем меньше относительная скорость пленки &упл/а/ [180].

В работе авторов [208] приведены примеры теоретических решений, которые в ряде случаев дают приемлемые для технических расчетов параметры пленки. Однако для расчета средних коэффициентов теплоотдачи при кипении в условиях дисперсно-кольцевой структуры в работе [208] рекомендуются эмпирические зависимости, полученные с помощью теории подобия.

Границы дисперсно-кольцевой структуры определяются началом срыва капель жидкости с поверхности пленки (нижняя граница) и явлениями кризиса теплообмена (верхняя граница). При возникновении кризиса

Как уже отмечалось, внутри дисперсно-кольцевой структуры наблюдаются две области, различающиеся между собой по характеру течения пленки и по механизму процессов обмена. Переход от области интенсивного срыва капель жидкости в ядро потока к области течения пленки с относительно гладкой поверхностью происходит при некотором значении паросодержания, обозначаемом символом ХЬ.Р [45]. По данным авторов работы [49], значение Л;ЛР не зависит от q и для жидкости с заданными физическими свойствами определяется лишь гидродинамическими условиями, складывающимися в потоке. Например, с ростом массовой скорости при х<х&р возрастает унос капель с поверхности пленки и резко снижается толщина последней (рис. 8.6), поэтому значение лгдр уменьшается. Зависимости х&р от рш приведены на рис. 8.13 [118].

В условиях дисперсно-кольцевой структуры потока, т. е. с момента начала срыва капель с поверхности пленки, определяемого формулами (1.72) и (1.73), расчет коэффициента теплоотдачи следует вести, подставляя в формулу (8.5) действительную среднюю скорость жидкости в пленке, которая может быть во много раз меньше скорости w' . Однако, как уже отмечалось, в обогреваемых трубах из-за набухания пристенного двухфазного слоя весьма трудно точно измерить толщину пленки, а следовательно, и среднюю скорость течения в ней жидкости. В связи с этим был предложен метод, дающий возможность, минуя непосредственные измерения, найти эффективное значение скорости жидкости в пленке ауэф, которым определяются интенсивностьчтеплообмена и гидродинамическое сопротивление при дисперсно-кольцевой структуре [180]. Метод основан на гидродинамической теории теплообмена. Предполагается, что в двухфазном потоке при определенных сочетаниях режимных параметров (так же как и в однофазном) устанавливается соответствие между интенсивностью теплообмена и гидродинамическим сопротивлением. .

В условиях дисперсно-кольцевой структуры, как показывают расчеты, значением юэф определяется не только сопротивление трения, но и интенсивность теплообмена.

Как видим, расчет коэффициента теплоотдачи при кипении в трубах по формуле (8.5) в условиях дисперсно-кольцевой структуры требует знания средней скорости жидкости в пленке. В условиях больших расходов для пароводяной смеси эта скорость может быть определена по графику рис. 8.16, а в-общем случае определение оуэф представляет довольно сложную задачу.

Как уже отмечалось, переход от кольцевой структуры потока к дисперсно-кольцевой^ сопровождается снижением гидродинамического сопротивления и интенсивности теплообмена. Однако пока на стенке сохраняется сплошная пленка жидкости, значительного падения интенсивности теплообмена не происходит, поэтому и в этой переходной области коэффициент теплоотдачи можно рассчитывать по формуле (8.10). Резкое падение интенсивности теплообмена наблюдается только после высыхания жидкой пленки (режимы ухудшенного теплообмена). Эти режимы формулами (8.10) и (8.13) не охватываются.

В круглых трубах или в каналах произвольной формы ухудшение теплоотдачи может возникать либо вследствие перехода от пузырькового кипения к пленочному, либо вследствие упаривания (высыхания) жидкой пленки в условиях дисперсно-кольцевой структуры течения парожидкостной смеси. Чтобы подчеркнуть различную физическую природу кризисов теплообмена при кипении в каналах, В. Е. Дорощук предложил их называть соответственно кризисами первого и второго рода [45].

Уменьшение значения qKfi с ростом массовой скорости при относительно больших паросодержащих (х>хиш>) автор работы [46] связывает с образованием дисперсно-кольцевой структуры потока. Действительно, при этом режиме течения парожидкостной смеси с повышением массовой скорости интенсифицируется процесс срыва капель жидкости с поверхности пленки, в результате чего расход жидкости в пленке и ее толщина резко уменьшаются (см. р.ис. 8.5 и 8.6). Истощению пленки способствуют также пузырьковый унос влаги в ядро потока и испарение жидкости в пленке. Все эти процессы облегчают условия перехода от пузырькового к пленочному кипению.

Рис.13.1. Комплекс доменных печей и газоочисток, действующих на большинстве заводов. а - аксонометрия; б - план; 1 - доменная печь; 2 - колошниковый копер; 3 - колошниковый подъемник (наклонный мост); 4 - продолжение наклонного моста в скиповой яме; 5 -скип; 6 - здание скипового подъемника; 7 - лифт; 8 - газоотводы; 9 - воздухопровод холодного дутья; 10 - воздухонагреватели; 11 - дымовая труба; 12 - воздухопровод горячего дутья; 13 - чугунная летка и желоба; 14 - шлаковая летка и желоба; 15 - ковши для шлака; 16 -ковши для чугуна; 17 - здание доменной печи; 18 - мостовой кран; 19 - пылеуловители; 20 - газопровод грязного газа; 21 - скруббер; 22 - электрофильтры; 23 - газопровод чистого газа; 24 - здание газоочистки; 25 - газопровод получистого газа газоочистки; 26 - здание воздухонагревателей; 27 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 28 - газопровод получистого газа от газоочистки в подкупольное пространство; 29 - газопровод чистого газа

4 - кольцевой воздухопровод горячего дутья;

ложный моратор, закрепляющий колонны к кожуху; 7 - кольцевой воздухопровод горячего

а - печь без колонн вокруг шахты; б - печь с колоннами шахты, работающими при потере несущей способности кожуха; в - печь с листовым компенсатором, отделяющим купол и колошниковое устройство; г - печь с колошниковым устройством, опирающимся только на колонны печи; д - печь, принятая за рубежом с четырьмя колоннами; е - печь с кожухом, не несущим нагрузку от колонн шахты; ж - печь с четырьмя колоннами шахты, опирающимися непосредственно на колонны горна; з - самонесущая безмораторная печь; и - самонесущая бесколонная печь; к - самонесущая печь с четырьмя колоннами здания; 1 - зазор; 2 - компенсатор; 3 - несоосные колонны; 4 - соосные колонны; 5 - ложный моратор; 6 - эстакада под кольцевой воздухопровод и подкрановую балку литейного двора; 7 - рамы здания; 8 - колонны здания; 9 - площадка для укрупнительной сборки

Бесколонная печь на рис. 13.5м стала возможной при внедрении бесконусного засыпного аппарата и является дальнейшим развитием положений, изложенных при описании печи по рис. 13.5з. Кожух печи самонесущий безмораторный. Вес засыпного аппарата передается только на кожух печи, а ремонтные и обслуживающие площадки колошника, перекосы которых от термических деформаций не влияют на прочность и надежность конструкции и не отражаются на производительности печи, крепятся к ее газоотводам. Колонны печи отсутствуют, что обеспечивает доступ к ее кожуху и возможность механизации работ у горна. Колошниковая площадка одновременно является кровлей здания и опирается на его рамы. Кольцевой воздухопровод горячего дутья вместе с внутренней подкрановой балкой кольцевого крана литейного двора опирается на кольцевую эстакаду.

а - общий вид; б - собственно колонна; в - узел сопряжения; / - кольцевая балка колошниковой площадки; 2 - балка колошниковой площадки; 3 - горизонтальные связи, закрепляющие колошниковую площадку и верх колонн шахты к кожуху печи; 4 - верхние кольцевые площадки, закрепленные к кожуху шахты; 5 - кронштейны для крепления кольцевых площадок; 6 - опорное ребро кожуха шахты; 7 - ось доменной печи; 8 - колонна горна; 9 - связь для крепления колонн горна после подъема мораторного кольца над оголовком колонн горна; 10 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 11 - нижние кольцевые площадки, закрепленные к колоннам шахты; 12 - колонна шахты из двух ветвей; 13 - исследовательские площадки; 14 - ось и сторона наклонного моста; /5 - радиальная исследовательская площадка со стороны лифта; 16 - переходные площадки и лестницы; 17 - лифт; 18 - пилон для опирания радиальных площадок со стороны лифта; 19 - несущие балки нижних кольцевых площадок; 20 - закрепление колонн шахты к верхним кольцевым площадкам; 21 - планки, соединяющие ветви колонн; (привариваются к одной ветви на заводе, к другой - на монтаже); 22 - зона установки сплошной накладки для примыкания ригеля поддоменника; 23 - кожух шахты; 24 - прорези для пропуска труб охлаждения; 25 - прорези для стока воды; 26 - ось подвески кольцевого воздухопровода горячего дутья; 27 - чистые

Рис. 13.9. Доменная печь с ремонтной площадкой а - разрез; б - план; / - кожух печи; 2 - колонны печи; 3 - площадка печи, 4 - приемная монтажная площадка; 5 - кровля литейного двора; 6 - колошниковая площадка; 7 - подкрановая балка; 8 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 9 - площадка для обслуживания фурм; 10 - рабочая площадка печи; 11 - ось доменной печи; 12 -рамы литейного двора; 13 - обслуживающий монорельс

общий вид печи (слева) и разрез (справа); 1 - подвеска для крепления радиальной балки, одновременно является стойкой при монтаже конструкций литейного двора; 2 - кольцевая балка для крепления подвесок кольцевых площадок; 3 - радиальные балки крепления площадок печи, одновременно используются как элемент кронштейна при монтаже конструкций литейного двора; 4 - кольцевые площадки со сплошным настилом, используемые как кольца жесткости, передающие нагрузки от кронштейнов на кожух печи; 5 - кольцевые площадки; 6 - временный подкос, используются при монтаже конструкций литейного двора; 7 - подвески для закрепления кольцевых площадок; 8 - временный кронштейн для монтажа кольцевых площадок; 9 - кожух печи; 10 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 11 - кольцевая эстакада вокруг печи; 12 - площадка для смены фурм; 13 - радиально расположенные катки под опорами воздухопровода горячего дутья; 14 - кольцевая подкрановая балка; 75 - шахта лестниц к площадкам печи; 16 -'конструкции литейного двора, к которым закрепляются кольцевые площадки печи

Кольцевой воздухопровод горячего дутья является элементом единой системы воздухопровода горячего дутья. Он служит для обеспечения равномерного вдувания в печь нагретого воздуха, поступающего в печь через закрепленные к трубе патрубки, к которым присоединяются фурменные приборы. Кольцевая труба выполняется многогранной из отрезков, число которых равно числу фурм или в два раза больше; меньшая длина каждого из отрезков должна быть больше диаметра патрубка не менее, чем на 200-300 мм. Диаметр окружности кольцевой трубы должен увязываться с габаритом приближения крана литейного двора. Вследствие больших температурных деформаций кольцевой трубы, и особенно смещения от нагрева примыкающего участка прямого воздухопровода, ее закрепление к другим конструкциям проектируется подвижным. По этой же причине опирание площадки на нее делается скользящим. Описанное смещение приводит к разным длинам рукавов и сдпел фурменных приборов, что затрудняет их замену и вызывает значительные простои печи. С целью исключения линейных деформаций от нагрева прямого воздухопровода горячего дутья на новых печах устанавливаются компенсаторы с тягами. Несмещаемость самого кольцевого воздухопровода достигается установкой связей к колоннам горна или его опиранием на рамы кольцевой подкрановой эстакады (рис.13.14) при помощи катков, расположение которых обеспечивает свободное радиальное перемещение трубы при нагреве и создает ее неподвижность для линейного смещения относительно печи. Во избежание расстройства футеровки трубы при работе крана, ее опирание на эстакаду выполнено через амортизирующее устройство. Г-образные рамы эстакады примыкают к трубчатым колоннам здания печи (рис.13.9а).

Рис. 13.14 Кольцевой воздухопровод горячего дутья

а - фасад; б - разрез; в - план купола; г - план кладки; д - разрез по кожуху; е - план блока; 1 - воздухонагреватели; 2 - газопровод чистого газа; 3 - дымовая труба; 4 - перепускной воздухопровод; 5 - воздухопровод холодного дутья; 6 - здание воздухонагревателей; 7 - воздухопровод горячего дутья; 8 - кольцевой воздухопровод горячего дутья; 9 - смесительный воздухопровод; 10 - стена здания печи; 11 - раскрой кожуха с предварительным укрупнением листов на заводе-изготовителе; 12 - анкеры; 13 ~ патрубок воздухопровода холодного дутья; 14 - патрубок воздухопровода горячего дутья; 15 - патрубок газовой горелки; 16 -кладка купола; 17 - насадка; 18 - периферийная (кольцевая) кладка; 19 - поднасадочное устройство; 20 - кладка камеры горения; 21 - днище воздухонагревателя