IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Термообработка является одним из основных этапов получения готового металлопроката и металлоизделий. В зависимости от вида исходного материла, часто термическую обработку производят в печах с защитной атмосферой. До сих пор большинство нагревательных печей (в том числе и с защитной атмосферой) имеют низкий КПД. Это связано с тем, что в данных нагревательных агрегатах имеются большие потери тепла через кладку и с уходящими из печи газами. Другими словами теплота полученая при сгорании топлива расходуется не рационально. В связи с условиями рыночной конкуренции сегодня необходимо сокращать энергоемкость производства. При этом научно-технический прогресс должен способствовать созданию нового оборудования в техники, с целью экономии энергетических и материальных ресурсов. В этом направлении необходимо проводить исследования  связанные с повышением эффективности работы нагревательных устройств.

Особенности конструкции нагревательных и термических печей с защитной атмосферой.

Очень часто при термической обработки металла необходимо выдерживать не только определенный температурный режим, но и определенную защитную  атмосферу.  Печи с защитной атмосферой  имеют либо излучающие трубы, внутри которых и происходит сгорание топлива, либо защитный кожух-колпак, который отделяет обрабатываемый металл от пламени горелок.

Современные печи с защитной атмосферой для термообработки металлов  представляют собой высокомеханизированные агрегаты, удовлетворяющие технологическим и экологическим требованиям, но жизнь выдвигает новые задачи развития печной техники:

- обеспечение заданной производительности;

- обеспечение качества нагрева, удовлетворяющего технологии изготовления продукта, по механическим свойствам металла, по степени окалинообразования;

- эффективное использование топлива, характеристикой которого служит удельный расход энергии на единицу продукции в кг.условного топлива на 1 тонну продукции;

- соответствие экологическим нормам по предельно допустимому выбросу в атмосферу пыли и вредных газов: СО, СО₂, NO_x, SO₂, C₂₀H₁₂ и других углеводородов;

Способы повышения эффективности работы нагревательных термических печей.

Сегодня несколько способов повышения коэффициента использования теплоты и экономии топлива. Основными из них являются повышение степени  утилизации теплоты уходящих из печи газов и замена футеровки печи новыми волнистыми материалами.

Второй способ основан на том, что новые материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности, значительно снижает потери теплоты через кладку.

На сегодня самым распространённым способом повышения коэффициента использования теплоты является повышение степени утилизации тепла отходящих газов, при нагреве воздуха в регенераторах. Регенеративные системы отопления нового типа получают распространение в мире по мере накопления опыта их эксплуатации. Насадка в малогабаритных регенераторах, применяемых в промышленных нагревательных печах, состоит из корундовых окатышей диаметром 20-25 мм, содержащих 98% Al₂O₃. Поверхность нагрева  такой насадки в 10-15 раз больше, чем кирпичной насадки типа Сименс. Поэтому шариковый регенератор имеет небольшие габариты и может устанавливаться в стенах печи или в так называемой регенеративной горелке. Чтобы возвратить в печь с нагретым воздухом и, при необходимости, с газом как можно больше теплоты, уносимой дымом, насадка регенератора не должна прогреться по всей высоте, поэтому через 1-3 минуты делают перекидку клапанов - дымовоздушных и газовых, при этом температура дыма на выходе из регенератора не превышает 150-200°С.

Шариковые регенераторы возвращают в печь 85-90% теплоты уходящих

из печи газов. Температура подогрева воздуха примерно на 100°С ниже температуры дыма на выходе из печи. Расход топлива на печь сокращается в на 30 %. Перевод действующих печей на регенеративное отопление требует установки дымососа для преодоления аэродинамического сопротивления шариковой насадки

Система утилизации теплоты печных газов в компактных регенераторах

изменяет облик печей. Существующие сертифицированные горелки из металла рассчитаны на температуру воздуха до 500°С и поэтому не применимы в регенеративных печах, где температура воздуха может достигать 1200°С и более.

Фактическое сжигание топлива с высокотемпературным воздухом в нагревательных печах, где температура воздуха может достигать 1200°С и более.

Регенеративные горелки установлены на различных завода всего мира. Известная немецкая фирма Loi Thermprocess GmbH завершила строительство регенеративной нагревательной печи с шагающими балками на заводе Hoesch Hohen Limburg и получила новый заказ на модернизацию печи с вращающимся подом от австрийской фирмы Voest - Alpine Tubulares Co.KG для завода в Donawitz. Производительность печи при нагреве заготовок диаметром 230 мм и длиной 2500 мм должна увеличиться с 60-75 до 108 т/ч за счет установки регенеративной системы отопления.

Другая немецкая фирма - WS Warmeprozesstechnik GmbH предлагает регенеративную горелку REGEMAT.

Для обеспечения непрерывной работы горелки используется пара регенераторов, каждый из которых состоит из трех керамических патронов с очень большой поверхностью теплообмена. Они расположены вокруг центральной трубки подачи газа и пропускают через себя с тактом в 10 секунд то воздух для горения, то отходящие газы. При этом количество оксидов азота в продуктах сгорания минимально и не превышает 80 мг/куб. м. Данная конструкция регенеративной горелки имеет максимальную тепловую мощность - всего 200 кВт (20 куб. м/ч) и большую стоимость, что делает ее, на наш взгляд, пока не конкурентоспособной с горелками, имеющими шаровые насадки.

Швейцарская фирма Maerz-Gautschi предлагает нагревательные камерные печи с тарельчатым подом и регенеративной системой отопления.

В России ВНИИМТ совместно с НПФ «Горелочный центр» проекты камерной печи с выносной механизацией для нагрева крупных заготовок и прутков различного диаметра из титановых сплавов для пресса. Данная печь, оснащена четырьмя парами регенеративных горелок мощностью в 80 куб. м/ч.

Основные характеристики печи:

1. Печь позволяет нагревать широкую номенклатуру заготовок без применения на поду печи дорогостоящих подставок из жаропрочной стали и обеспечивает жесткие технологические требования по температурным перепадам, как по всей поверхности заготовок, так и по их сечению (±7-10°С).

2. Регенеративная система отопления печи устойчиво нагревает воздух до 1050°С при температуре в рабочем пространстве 1250-1270°С и за счет высокой теплоемкости корундовых шаров и развитой поверхности теплообмена (180 кв. м на 1 куб. м объема насадки) обеспечивает глубокую утилизацию тепла. Температура дымовых газов за насадкой - не более 190°С.

3. Экономия природного газа составляет 34% по сравнению с печью, оборудованной металлическим рекуператором, и 50% при работе печи на холодном воздухе.

При использовании новой системы отопления необходимо правильно выбрать радиационные трубы. Чтобы их физические параметры, такие как жаропрочность, коррозионная стойкость, прогиб позволяли эксплуатировать их с выбранной горекой.

 

Виды излучающих рационных труб

Для термообработки в атмосфере защитного газа или для бескислородного нагрева применяются излучающие трубы из металла или керамики. В зависимости от мощности, которую необходимо подать в печь, применяются радиационные трубы различной формы:

- тупиковые трубы из керамики или металла;

- Р - образные  трубы;

-Ф - образные  трубы;

- U - образные трубы;

- W - образные трубы.

Первые три вида труб относятся к  трубам с внутренней рециркуляцией. Последние два вида относятся к виду  прямоточных труб.

Так же трубы отличаются по составу материала из которого они изготовлены. Сегодня на производстве применяют виды труб:

- трубы из жаропрочных сталей;

- керамические трубы;

На сегодняшний день предпочтение отдается керамическим трубам. Излучающие трубы из SiSiC-керамики для непрямого нагрева имеют
в два раза большую интенсивность излучения по сравнению с металлическими трубами. Существенно более высокая температура применения по сравнению с металлическими (до 1250 °С). Излучающие керамические трубы могут устанавливаться в любом положении и не требуют опорного штыря при горизонтальной установке. Керамические излучающие трубы не нужно вращать, т.к. они не подвержены поперечному изгибу под действием температуры. Окалина не образуется, поэтому не нужна очистка. Легко перемещать, т.к. вес на 75 % меньше, чем у металлической при одинаковых размерах трубы.

Выводы

В условиях рыночной конкуренции  производители цветных металлов стали стремиться сокращать энергоёмкость  своего производства. Основными методами повышения кпд являются мероприятия по сокращению потерь тепла с уходящими из печи газами и сокращение потерь тепла через кладку печи. Для реализации этих методов необходимо применять новое оборудование, которое отвечает современным требованиям по  автоматизации и эко логичности производства. Примером такого оборудования  являются регенеративные горелки. При замене рекуперативной системы отопления на регенеративную  происходит сокращения расхода топлива. Как же отпадает необходимость в строительстве сложных конструкции в системе дымоотвода.

Литература

1. Румянцев В.Д., Ольшанский В.М. Теплотехника: Учебное пособие / Под ред. В.И.Губинского. - Днепропетровск: Пороги, 2002. - 325 с.

2. Сацкий В.А. Технический прогресс. // Металлургическая и горнорудная промышленность, 2000, № 4. - С. 1-3.

3. Сезоненко Б.Д., Орлик В.Н., Алексеенко В.В. Повышение эффективности использования природного газа при отоплении промышленных печей регенеративными горелками. // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1996, № 1.- С. 14-18

4. Хоу Чэн Лян. Современное состояние и перспективы развития высокопроизводительных регенеративных печей в КНР // "Металлургическая теплотехника". Сборник научных трудов Государственной металлургической академии Украины - Днепропетровск: ГМетАУ, 1999. - 214 с.

5. Маслов В.И.. Лобанов Д.Л., Малкин В.М., Агафонова М.И., Щербин В.И.  Отчетная записка по НИР «Разработка регенеративных горелочных устройств и исходных данных для проектирования нагревательных печей с регенеративной системой отопления»  Свердловск 1991.

6. Брошюра фирмы WS Warmeprozesstechnik.

7. Официальный сайт фирмы Loi Thermprocess GmbH.

Код для цитирования: Скопировать