Применение газового топлива в промышленных печах

Широкое применение газового топлива в промышленных печах повышает экономичность их работы, позволяет совершенствовать технологию тепловых процессов и осуществлять их автоматическое регулирование, упрощать обслуживание печей и улучшать санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях.

Назначение печей требует организации передачи тепла от газового факела и продуктов горения нагреваемым изделиям и материалам различными способами. Передача тепла может осуществляться лучеиспусканием, конвекцией и теплопередачей. По способу применяемого теплообмена и достигаемой в рабочем пространстве температуры печи подразделяют на три группы [13]i

  • 1) высокотемпературные (выше 1000° С), в которых преобладает передача тепла лучеиспусканием;
  • 2) среднетемпературные (650—1000° С), в которых одновременно с передачей тепла лучеиспусканием приобретает значение теплопередача конвекцией;
  • 3) низкотемпературные (ниже 650° С), в которых преобладает передача тепла конвекцией.

В высокотемпературных печах газ сжигается непосредственно в рабочем пространстве печи, что обеспечивает передачу тепла нагреваемым изделиям или материалам в основном за счет лучеиспускания от факела горелки, раскаленных продуктов горения и от нагретых поверхностей кладки, стен и свода печи, являющихся вторичными излучателями. В среднетемпературных печах газ частично, а в низкотемпературных печах полностью сжигается в отдельной камере сгорания (топке). Направляемые в рабочую камеру продукты сгорания с необходимой температурой омывают нагреваемые изделия, передавая им тепло в основном за счет конвекции.

В большинстве промышленных печей применяют прямой (открытый) нагрев изделий или материалов, при котором продукты сгорания непосредственно соприкасаются с нагреваемыми изделиями или материалами. Но в ряде печей, например в термических, применяют косвенный нагрев, при котором нагреваемые изделия или материал изолированы от продуктов сгорания и тепло им передается через промежуточную поверхность нагрева, например через стенки муфеля, через радиационные трубы и т. п. В отдельных печах во избежание угара металла за счет его окисления открытым пламенем применяют защитную безокислительную среду, создаваемую инертным газом в закрытом муфеле или сжиганием природного газа в печи с недостатком воздуха.

По технологическому назначению печи могут быть: нагревательными (кузнечными), термическими (для закалки, отпуска, отжига), плавильными (для плавки металлов, стекла), обжигательными (для обжига фарфора, кирпича, извести), сушильными (для сушки песка, лакокрасочных покрытий) и др.

При переводе на газовое топливо промышленной печи определенного назначения следует прежде вбего решить вопрос о сохранении или частичном или полном изменении конструкции печи. Затем, исходя из условий организации требуемого теплообмена, необходимо правильно выбрать тип, тепловую мощность и количество горелок, рационально разместить их на нечи и правильно расположить дымоотводящие каналы с учетом размещения в печи материалов, подвергающихся тепловой обработке.

При выборе типа горелок для теплового агрегата следует учитывать: его назначение, технологический и тепловой режим работы, конструкцию и размеры топочной камеры, размеры, количество и размещение обрабатываемых изделий или материалов, давление газа в газопроводе, давление в топочной камере, необходимость принудительной подачи воздуха и его подогрева, диапазон регулирования тепловой нагрузки агрегата и отдельных горелок, потребность в резервном топливе и др.

Инжекционные горелки среднего давления обычно используют в небольших камерных печах шириной до 0,8 при однорядном и 1,5 м при двустороннем размещении горелок. Нецелесообразно их применять в печах с противодавлением более 2—3 мм вод. ст.

Горелки с принудительной подачей воздуха находят более широкое применение в агрегатах любого назначения, так как работают на низком и средне? давлении газа и позволяют в более широких пределах регулировать тепловой режим агрегата. Нецелесообразно применять их там, где могут быть использованы инжекционные горелки. Атмосферные горелки находят применение в низкотемпературных печах (до 650° С) и сушилах.

Независимо от типа применяемых горелок располагать их надо так, чтобы исключалось ударное воздействие факела на нагреваемые изделия и материалы, так как это приводит к их местным перегревам и ухудшению качества.

Рассмотрим несколько примеров использования газового топлива в промышленных печах. На рис. XI 1.5 показана переоборудованная на сжигание газа простейшая камерная нагревательная печь. Горелка низкого давления с принудительной подачей воздуха обеспечивает скоростной нагрев изделий до 1200—1400° С. Сжигание газа осуществляется непосредственно в рабочем пространстве печи, и изделия нагреваются в основном за счет излучения факела, продуктов сгорания и кирпичной кладки и частично за счет конвекции. Форма свода и расположение вытяжных каналов в сочетании с большой энергией газовоздушной струи, вытекающей из горелки, создают условия для циркуляции продуктов сгорания газа и равномерного омывания ими изделий. При этом повышается общий коэффициент теплопередачи за счет конвективного теплообмена.

На рис. XII.6 приведена схема печи безокислительного нагрева. Поступающий из горелки 4 газ сжигается с недостатком воздуха (а = 0,5 -г 0,55), и в зоне А над изделиями образуется слой продуктов сгорания, содержащих окись углерода и водород в соотношениях СО/С02 ^ 3,3 и Н220 ^ 1,25. Этот слой из-за недостатка кислорода обладает восстановительными свойствами и защищает металл изделий от окисления. Дожигание газа с выделением дополнительного тепла происходит в зоне Б за счет

XII.5. Камерная нагревательная печь

Рис, XII.5. Камерная нагревательная печь.

1 — газовый коллектор; 2 — продувочный газопровод; 3 — клапан блокировки газа и воздуха; 4 — запальник; 5 и в — жидкостные манометры для газа и воздуха; 7 — воздухопровод; 8 — воздушная регулировочная заслонка; 9 — горелка; ю — смотровое и вапальное отверстие; 11 — шибер; 12 — газопровод безопасности; 18 — дымоход; 14 —загрузочное окно; 15 — рабочая камера.

XI 1.6. Печь безоквслительного нагрева металла

Рис. XI 1.6. Печь безоквслительного нагрева металла.

1 — подвод холодного воздуха; 2 — рекуператор; 3 — выход горячего воздуха; 4 — смесительная горелка; 5 — окно для загрузки заготовок; б — подвод воздуха для дожигания газа.

воздуха, подаваемого через эжекторную установку 6. Продукты сгорания проходят через рекуператор подогрева воздуха 2 и далее отводятся в атмосферу. Использование тепла уходящих газов в рекуператоре повышает общий к. п. д. печи.

В термической печи с площадью пода 0,5—0,8 м2 (рис. XII.7) требуется строгое поддержание заданной температуры. При небольшом объеме рабочей камеры отсутствует необходимость использования горелки с принудительной подачей воздуха и

XI 1.7. Малая термическая печь с регулированием температуры

Рис. XI 1.7. Малая термическая печь с регулированием температуры.

1 — печь; г — тягомер; з — инжекционная горелка; 4 — термопара; 5 — регулятор температуры; б — исполнительный механизм (ИМ-2/120); 7 — запорный крав; 8 — регулирующий кран; 9 — продувочный газопровод; 10 — манометры; и — сигнализатор падения давления газа; 12 — газопровод безопасности.

применена инжекционная горелка среднего давления. Поддержание заданной температуры в печи обеспечивается автоматикой. При отклонениях температуры в рабочей камере от заданной изменяется э. д. с., развиваемая в термопаре 4. Это изменение преобразуется в регуляторе температуры 5 и исполнительном механизме 6 в усилие, меняющее степень открытия регулирующего крана 8 для соответственного изменения подачи газа в горелку.

В камерах для сушки литейных форм, стержней, песка требуется поддержание не более 600° С. Эта температура ниже точки воспламенения газа, поэтому сжигание газа производится в топке, обособленной от рабочей камеры. Продукты сгорания поступают в рабочую камеру после охлаждения их за счет разбавления воздухом или рециркулирующими продуктами сгорания. На рис. XII.8 представлена камера для сушки литейных форм и стержней. Сжигание газа производится инжекционными горелками 2 среднего давления в боковых топочных камерах 3. Продукты сгорания, охлажденные за счет теплопередачи стенкам топочных камер, через распределительные отверстия поступают в рабочую камеру и отводятся из нее по дымоходу 4, расположенному в середине камеры под тележкой 5, в вытяжную трубу 1.

Взаиморасположение камер сгорания и дымохода обеспечивает хорошую циркуляцию продуктов сгорания вокруг тележки с просушиваемыми литейными формами. Сочетание конвективного теплообмена от продуктов сгорания с теплопередачей от нагреваемого пода обеспечивает необходимую и равномерную температуру в рабочей камере.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >