Учебное пособие по дисциплине «Энергосбережение в промышленных печах» для бакалавров направления 5310100 «Энергетика

Рис. 1-2. Принцип действия камерной печи для безокислительного нагрева.
1 — рабочая камера; 2 — горелка; 3 — на­греваемые детали; 4 — отвод защитного газа; 5 — подача вторичного воздуха; 6 — камера догорания: 7 — теплопроводный свод; 8 — рекуператор.


Следует заметить, что здесь перечислены только основные условия, которые, в различных печах реализуются по-разному.
1-3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ


Принципиальные схемы печей и их конструкция зависят: от вида технологического процесса и характера производства; требований, предъявляемых к качеству тепловой обработки; масштабов производства; рода энергии, используемой в печах (для пламенных печей от вида и качества топлива). Лучшей схемой пламенной промышленной печи бу­дет такая, которая обеспечивает высокую удельную производитель­ность (на 1 м³ объема или на 1 м² площади пода в единицу времени) при высоком качестве тепловой обработки материала и малых удель­ных расходах топлива, т. е. расходах топлива, отнесенных к единице количества исходного материала или готовой продукции.
Высокая производительность определяется, во-первых, поточностью технологического процесса — устройством непрерывно действующих печ­ных агрегатов и, во-вторых, интенсивностью теплообменных и массообменных процессов, протекающих в рабочих пространствах печей, что достигается разными путями:

1. 
   повышением температуры в печах путем высокотемпературного нагрева воздуха, идущего на горение топлива. Это чаще всего осуществляется в плавильных печах, где температура факела часто не имеет ограничений и лимитируется только стойкостью огнеупоров. Например, в регенеративных печах для плавки стали, стекла и других материалов температура подогрева воздуха достигает 1000-1200 °С, что сильно повышает температуру факела при сжигании мазута или природного газа. При использовании низкокалорийных газов — доменного и генераторного— подогревают не только воздух, но и газ;
   
2. 
   использованием высокой турбулизации факела (потока продуктов сгорания) в «кипящем» слое измельченного сырья — в печах с кипящим слоем;
   
3. 
   использованием центробежного эффекта закручивания потока воздуха и газов, что сильно интенсифицирует процессы тепло- и массообмена за счет тесного контакта вихревого потока газов и мелкозернистого материала и турбулизации пограничного слоя газов у частиц — в циклонных печах;
   
4. 
   использованием высокоскоростных свойств потока раскаленных газов (при «атакующих» горелках) — в печах высокоскоростного нагрева;
   
5. 
   увеличением температуры кладки за счет интенсивного нагрева ее поверхности особыми плоскопламенными горелками с последующей передачей тепла на изделия;
   
6. 
   увеличением давления в рабочем пространстве печного агрегата—в доменных печах для выплавки чугуна из железных руд и в других.
   

Выше приведены главные приемы интенсификации тепло- и массобмена. Как было сказано, первым условием хорошей работы печных агрегатов является непрерывность процесса нагрева; это реализуется в печах при непрерывном движении материала сквозь рабочие прост­ранства печей: за счет гравитационных сил (в шахтных печах); при помощи конвейеров разной конструкции; за счет проталкивания специ­альными толкателями изделий, загруженных на вагонетках (в туннель­ных печах) или лежащих на глиссажных трубах (стальные заготовки в нагревательных печах). Ввиду большого разнообразия технологиче­ских процессов нет единых решений в приемах, обеспечивающих высо­кие производственные «показатели печей, — эти приемы разнообразны и зависят от конкретных особенностей.
Ниже приводятся некоторые примеры конструкции печей. Эти при­меры расположены по признаку использования тепла в рабочем про­странстве печей: тепла продуктов сгорания — для нагрева изделий и тепла остывающих изделий или материала для нагрева воздуха, иду­щего на сгорание топлива. Сначала рассмотрим непрерывно действую­щие печи с полной регенерацией тепла в рабочем пространстве (тун­нельные, шахтные и вращающиеся печи), не требующие установки осо­бых регенеративных теплообменников, а затем печи с регенеративными устройствами (регенераторами или рекуператорами).