Основные положения

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

(к лекции №14,15)

Системой отопления печей является совокупность горелочных устройств или нагревателей, устройств для подачи топлива и воздуха для горения, эвакуации продуктов сгорания и утилизации их тепла.

Цель разработки системы отопления печи — обеспечить осуществле­ние теплового, температурного и аэродинамического режимов, необходи­мых для оптимального проведения технологического процесса, для кото­рого предназначена печь, а также максимальную экономичность работы агрегата и удобство его эксплуатации.

При разработке системы отопления печи необходимо опираться на целый ряд исходных положений и удовлетворить специальным требовани­ям, предъявляемым к системе отопления.

При этом необходимо выбрать и рассчитать:

тип, характеристику, число и расположение в печи горелочных устройств или нагревателей;

характер движения продуктов сгорания или атмосфер контро­лируемого состава в рабочем пространстве печи и в случае необходимости устройства для организации циркуляции этих газовых сред;

способ подачи воздуха для горения и уборки продуктов сгора­ния, схемы разводки топлива и воздуха для горения;

температуры подогрева топлива и воздуха для горения;

тип, размеры и характеристику теплоутилизационных устройств (рекуператоров или регенераторов).

Решения всех этих вопросов тесно взаимосвязаны. Например, при при­менении инжекционных горелок с инжекцией воздуха газом необходима установка блочного керамического рекуператора для подогрева воздуха для горения. Это диктуется тем, что такой рекуператор имеет самое низкое со­противление по воздушному пути и поэтому чрезмерного повышения дав­ления газа перед горелкой не потребуется. В связи с этим система отопле­ния печи может быть правильно сконструирована только при комплексном подходе к ее разработке.

Тип и конструкция печи в значительной мере определяют схему сис­темы отопления. Садочные печи, устанавливаемые в отделении в количе­стве нескольких десятков (например, нагревательные колодцы), предпоч­тительно отапливать одной мощной горелкой со сравнительно широкими пределами регулирования. Это позволит ограничиться установкой неболь­шого числа горелок, что облегчит эксплуатацию отделения. Горелка с ши­рокими пределами регулирования необходима для проведения садочного режима нагрева со значительным сокращением подачи топлива к концу цик­ла. В печах проходного и протяжного типа необходим распределенный подвод тепла по длине печи многочисленными горелками сравнительно небольшой мощности. Ввиду постоянства во времени теплового режима этих печей на них можно применять горелки со сравнительно узкими пределами регулиро­вания. При большом числе горелок на печи при конструировании разводки топлива и воздуха необходимо принимать меры для равномерного распреде­ления компонентов горения между всеми горелками зоны регулирования.

В зависимости от вида и характеристики нагреваемых изделий или за­готовок даже для одного типа печей могут потребоваться разные системы отопления. Например, в колпаковой печи для отжига рулонов в отличие от такой же печи для отжига стоп листов необходима искусственная циркуля­ция атмосферы контролируемого состава под муфелем.

Одним из наиболее значительных факторов, определяющих выбор системы отопления печи, является проводимый в ней технологический процесс. При нагреве в атмосфере контролируемого состава необходимо применять радиационные трубы или электрические нагреватели сопротив­ления. Если технологией предусмотрена выдержка нагреваемого изделия при заданных температурах, то в печах непрерывного действия предусмат­риваются камеры выдержки. Система отопления этих камер должна ком­пенсировать потери тепла и обеспечивать высокую равномерность нагрева. Необходимость работы при повышенных скоростях нагрева заставляет при­менять печи с высокой температурой рабочего пространства даже при уме­ренных температурах нагрева металла. Для обеспечения повышающихся тре­бований к равномерности нагрева заготовок перед прокаткой в проходных нагревательных печах отказываются от торцевого отопления и переходят к отоплению многочисленными сводовыми горелками.

При организации системы отопления печей для термообработки же­лезорудных материалов необходимо учитывать физико-химические процес­сы, происходящие в плотном пересыпающемся или подвижном слое. Осо­бое внимание необходимо уделять газовыделениям из слоя и дожиганию горючих компонентов в пределах печи.

Температурный режим печи чрезвычайно сильно влияет на выбор сис­темы отопления. Высоко- или среднетемпературный нагрев можно органи­зовать, используя в основном теплопередачу излучением. В этом случае при­меняют нагрев открытым пламенем или с помощью радиационных труб. Сложнее организовать нагрев до 400—500 °С и ниже. В таких печах применя­ют выносные топки или сжигание с высокими коэффициентами расхода воздуха.

Организация струйного нагрева или интенсивной принудительной цир­куляции газов в рабочем пространстве обеспечивает конвективный нагрев заготовок или изделий. При низкотемпературном нагреве необходимо прини­мать специальные меры для надежного зажигания топлива и контроля го­рения.

Особенно сложно выбрать систему отопления, если в печи должны проводиться операции при различных температурах (например, нормализация и отпуск). В отдельных случаях при разных режимах нагреваемые изде­лия проходят через печь в противоположных направлениях. Система отопле­ния таких печей должна строиться с применением групп горелок, отключаю­щихся автоматически, или горелок с широким диапазоном расхода воздуха.

Пропускную способность системы отопления печи по топливу, возду­ху и продуктам сгорания принимают соответствующей тепловой мощности печи. Тепловую мощность рассчитывают, исходя из максимальной произ­водительности при наиболее высокотемпературном режиме. Однако при разработке системы отопления следует иметь в виду, что значительную часть времени печь работает с меньшим расходом топлива. Это имеет место при работе станов на трудоемких профилях, переходе на нагрев изделий иных размеров и иного качества, изменении технологического режима и в других случаях. Для обеспечения нормальной работы печи при пониженных расхо­дах топлива необходимо выбирать горелки с соответствующими пределами регулирования и предусматривать автоматическое отключение части горе­лок. Система автоматического регулирования теплового режима должна быть работоспособна и при низких расходах. При выборе мер защиты рекупера­торов и решении задачи вторичного использования тепла отходящих про­дуктов сгорания следует учитывать возможность длительной работы печи при пониженном расходе топлива.

Одной из задач, которую нужно решать при разработке системы ото­пления, является организация аэродинамического режима рабочего про­странства. Горелочные устройства должны быть расположены так, чтобы по длине печи не было значительного изменения давления. Давление в рабо­чем пространстве должно быть таким, чтобы подсосы воздуха в печь и вы­бивание продуктов сгорания из печи были минимальными. Соответствую­щее расположение горелок позволяет создать циркуляцию или рециркуля­цию продуктов сгорания в рабочем пространстве, что повышает равномер­ность и сокращает длительность нагрева заготовок или изделия. В печах с атмосферой контролируемого состава для этой цели разрабатываются сис­темы отопления с применением циркуляционных вентиляторов, которые радикально интенсифицируют теплообмен в рабочем пространстве печи.

Существенными факторами, определяющими выбор системы отопле­ния печи, являются вид и характеристика топлива. Если заготовки прихо­дится нагревать до высокой температуры газом с низкой теплотой сгора­ния, то необходим либо высокотемпературный нагрев компонентов горе­ния, либо сочетание горелок предварительного смешения и умеренного подогрева компонентов горения. Не все горелочные устройства настолько универсальны, чтобы успешно работать на разных газах, поэтому вид топ­лива часто определяет выбор горелочного устройства. Особенно сложны случаи комбинированного отопления двумя газами, или, что еще сложнее, газом и мазутом. Основная трудность состоит в том, что сжигание жидкого и газообразного топлива следует организовывать по-разному. Различие во времени, необходимом для сгорания, влияет на характеристику факела. Это затрудняет создание горелочного устройства, равно удовлетворяющего тре­бованиям технологии при сжигании как газа, так и мазута. В ряде случаев

приходится одновременно устанавливать на печи два комплекта горелочных устройств раздельно для каждого вида топлива. Естественно, что при комбинированном отоплении существенно усложняются разводки топлива и воздуха для горения, а также система автоматического регулирования теплового режима печи.

Обязательным условием успешного решения системы отопления печи является комплексная ее разработка совместно со схемой автоматического регулирования теплового режима печи. Применение двухпозиционного, ступенчатого или пропорционального регулирования подачи топлива, ав­томатического отключения групп горелок, автоматическое изменение ко­эффициента расхода воздуха и другие возможности автоматики позволяют достаточно просто создавать системы отопления даже в чрезвычайно слож­ных случаях.

Системы отопления печей, безусловно, должны разрабатываться с соблюдением всех правил техники безопасности. Кроме того, они должны быть удобны в эксплуатации и обслуживании. Следует стремиться полнос­тью исключить надобность ручного вмешательства в работу системы ото­пления в процессе эксплуатации. Все элементы системы должны быть легко доступны для наблюдения за их работой, обслуживания и ремонта.

При разработке системы отопления необходимо предусматривать меры по сокращению вредных выбросов в воздушный бассейн. Подавляющее боль­шинство металлургических печей отапливаются газом, основной вредной составляющей продуктов сгорания которого являются оксиды азота. Для снижения содержания оксидов азота следует стремиться к рассредоточе­нию подвода тепла в рабочее пространство печи, рециркуляции продуктов сгорания, уменьшению времени пребывания газов в области высоких тем­ператур, а также, по возможности, осуществлять двухстадийное сжигание топлива и подачу вторичного воздуха в зону горения.

Системы отопления печей должны разрабатываться с учетом эконо­мических факторов, в первую очередь с целью сокращения расходов топ­лива. Обязательным элементом системы отопления должны быть рекупера­торы или регенераторы подогрева компонентов горения. На основании эко­номического анализа в ряде случаев может оказаться эффективным энер­готехнологический агрегат, в котором печь объединяется с паропроизводящей установкой и рекуператором для подогрева воздуха. Следует стремить­ся к минимально необходимому коэффициенту расхода воздуха, сокраще­нию подсосов в печь воздуха и выбивания из нее продуктов сгорания, а также устранению разбавления воздухом продуктов сгорания по тракту к теплоутилизационным устройствам. Практическое применение перечислен­ных принципов разработки систем отопления иллюстрируют схемы систем отопления основных типов печей черной металлургии.

Дата добавления: 2014-01-05