На сегодняшний день снижение энергозатрат является одной из основных задач крупных металлургических предприятий. Большие потери энергии из-за неэффективного использования выработанной теплоты приводят к излишнему расходу тепловой энергии на предприятии, и как следствие росту энергозатрат.
Данная проблема является актуальной для секции безокислительного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования. Секция прямого пламенного нагрева служит для нагрева полосы от 20 до 750°С. Нагрев полосы производится непосредственным сжиганием газообразного топлива. В качестве топлива используется природный газ. Газ сжигается при помощи длиннопламенных горелок. Количество горелок равно 40 шт. Система регулирования сгорания разделена на 4 зоны, по 10 горелок в каждой зоне (рис. 1). На сегодняшний день ориентировочный расход полезного тепла на нагрев полосы составляет 30-35%. Исходя из этого, для снижения энергозатрат в секции прямого пламенного нагрева необходимо иметь полное представление о протекающих в ней теплообменных процессах.
Целью данной работы является определение коэффициентов теплоотдачи и тепловых потоков при конвективном теплообмене в зоне прямого пламенного нагрева при непосредственном взаимодействии факела горелки с полосой при различных режимах работы с помощью моделирования.
На основании изученной документации: чертежей, режимной карты и технологической карты, были предварительно рассчитаны скорости потоков газа и его температура на выходе из каждой горелки, которые для номинального режима составляют vг = 165 м/с и Тг = 2273°К. Давление на выходе из зоны нагрева составляет Рв = 10 кПа.
Рис. 1. Чертеж зоны прямого пламенного нагрева
Расчет коэффициентов теплоотдачи проведен при моделировании взаимодействия потоков газа с нагреваемой полосой с помощью программного обеспечения Ansys Fluent.
На рисунках 3 и 4 представлены распределения коэффициентов теплоотдачи по верхней и нижней поверхности полосы в первых двух по ходу движения газов зонах.
Полученное неравномерное распределение коэффициентов теплоотдачи связано с сложным характером движения потока газа. Это наглядно представлено на рис. 5.
На графиках (рис. 6-7) представлено распределение коэффициентов теплоотдачи по центральной оси на верхней и нижней поверхности полосы соответственно.
Рис. 2. Направление движения газов и полосы.
Рис. 3. Распределение коэффициентов теплоотдачи по верхней поверхности полосы при номинальном режиме
Рис. 4. Распределение коэффициентов теплоотдачи по нижней поверхности полосы при номинальном режиме
Рис. 5. Визуализация движения потоков газа
Рис. 6. Изменение коэффициента теплоотдачи вдоль центральной оси нагреваемой полосы на верхней плоскости
Рис. 7. Изменение коэффициента теплоотдачи вдоль центральной оси нагреваемой полосы на нижней плоскости
Рис. 8. Изменение коэффициента теплоотдачи по ширине нагреваемой полосы в сечениях 1 м, 3,5 м и 6 м. a – 3,5 м, b – 6 м, c – 1 м.
Разработанная модель конвективного теплообмена в секции прямого безокислительного пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования позволяет определить коэффициенты теплоотдачи при непосредственном контакте потоков газа с поверхностью нагреваемой полосы и условия ее нагрева при различных режимах работы горелочных устройств, с учетом сортамента и режимов движения полосы, что дает возможность обеспечить повышение энергоэффективности нагрева в зоне.
Библиографическая ссылка
Бавыкин М.А., Губарев В.Я. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА АГРЕГАТА НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПОТОКА ГАЗА С ПОЛОСОЙ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2022. – № 13. – С. 61-65;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=697 (дата обращения: 01.05.2024).