Расчет камерной печи со сводовым отоплением

керамической  поверхности. При движении вдоль  керамической поверхности происходит подсос в струю газов из пространства, расположенного между поверхностью и струей, и образуется разрежение большее, чем с противоположной стороны струи. В результате возникает поперечный градиент давлений, способствующий прилипанию струи к поверхности. В большинстве

 случаев разомкнутый  факел создается при закручивании  воздушного потока, что также способствует прилипанию газового потока к керамической поверхности. Возможно, что одной из причин прилипания разомкнутого факела к поверхности является процесс горения, который увеличивает турбулентность потока, повышает его эжектирующую способность, что и способствует прилипанию газового потока к керамической поверхности.

Схема   разомкну того факела:

/ — разомкнутый  факел 2 — сопло горелки; 3 — горелочный камень;

4 — наружная поверхность свода 5 — внутренняя поверхность свода;  
 

Выбор топлива и способа  отопления

В пламенных  печах факел является единственным теплогенерирующим компонентом, от характеристик которого зависят такие важнейшие показатели

работы печи как температура в рабочем  пространстве; распределение температуры по объему рабочего пространства (чаще всего по длине) печи; общая интенсивность и степень развития теплообменных процессов как в печи в целом, так и в отдельных зонах рабочего пространства; аэродинамические  характеристики факела, определяющие в свою очередь характер движения газов в печи, развитие массообменных процессов, стойкость футеровки и   некоторые другие моменты.

Очевидно,   что  такое  многообразие  важнейших  факторов, определяющих работу печи делает выбор топлива с необходимой теплотой сгорания наряду с выбором метода отопления очень ответственной задачей, решаться которая

должна с учетом технологического назначения  печи, условий ее эксплуатации, а также технико-экономических соображений, из которых главными являются возможности выделения того или иного топлива на печь в соответствии с топливным балансом предприятия и цеха. В понятие «метод отопления печи» входят не только вид используемого топлива и конструкции горелок (форсунок), но и способы утилизации тепла отходящих дымовых газов с обеспечением предварительного подогрева газа и воздуха, идущего на горение, а также использование дутья, обогащенного кислородом.

Все эти составляющие метода отопления оказывают влияние  на величину калориметрической температуры горения топлива, от которой в значительной степени зависит достигаемая в печи температура. Практикой установлено, что для печей определенного назначения необходима (для обеспечения нормального, современного уровня тепловой работы) вполне определенная калориметрическая  температура  /„  вне   зависимости   от  вида  топлива и способа его сжигания. Так, например, в нагревательных колодцах /„ должна быть в пределах 2000—2100 °С, в методических печах  1900—2000 °С.

В большинстве  случаев в печах должна обеспечиваться максимально возможная полнота сгорания топлива в пределах рабочего пространства печи. Обычно та или иная полнота сгорания достигается комбиниро

ванным действием  двух факторов — качества смешения и величины коэффициента расхода воздуха. Если качество смешения достаточно высокое, то для достижения необходимой полноты сгорания можно сжигать топливо при низком коэффициенте расхода воздуха и наоборот.  При высокой теплоте сгорания топлива (как, например, у природного газа) достаточно высокие значения калориметрической температуры могут быть получены и без подогрева воздуха и газа . Однако это не значит, что в подобных случаях не следует применять рекуператоров, так как использование предварительно подогретого воздуха (газа), необязательное для обеспечения необходимой величины калориметрической температуры горения, будет весьма полезным с экономической точки зрения, поскольку будет приводить к снижению расхода топлива в результате частичной утилизации тепла отходящих продуктов сгорания. При низкой теплоте сгорания топлива применение подогретого воздуха, а иногда и воздуха и газа, чаще всего совершенно необходимо. Так, в промышленности обычно используют керамические рекуператоры двух конструкций. Металлические трубчатые сварные рекуператоры обычно позволяют подогревать воздух или газ до 250—350 °С

При выборе топлива  приходится руководствоваться не только возможностями топливного баланса предприятия, экономическими   соображениями   и   необходимостью обеспечить  нужную температуру в печи, но также требованиями к радиационным характеристикам факела.  Если  нужен  светящийся факел, то необходимо  выбирать топливо,  содержащее углеводороды.

Следует подчеркнуть, что только на металлургических комбинатах с полным циклом имеются достаточно широкие возможности для выбора топлива, так как на них обычно имеются доменный, коксовальный и природные газы, смешивая которые можно получить газообразное топливо с самой различной теплотой сгорания. На металлургических заводах с неполным циклом используется обычно топливо двух видов — природный газ или мазут. В этих случаях выбор вида топлива предопределен ц решающими становятся

соображения, связанные  с рациональным его использованием, с выбором таких методов сжигания топлива, которые обеспечивают минимальный его расход.

На выбор методов  отопления печей важное влияние  оказывает характер их работы: печи постоянного и периодического действия, камерные и методические.

Методический  или камерный режим работы нагревательных печей  обеспечивается  соответствующим  размещением  горелок (форсунок) и дымоотводящих каналов. Для обеспечения методического режима, характеризующегося изменением температуры по длине печи, необходимо топливо подавать с одной (по длине) стороны печи, дымовые газы отбирать с противоположной стороны. При этом горячие газы, продвигаясь навстречу нагреваемому металлу, обеспечивают его постепенный, методических нагрев. При камерном режиме работы печей необходимо обеспечить максимально возможное постоянство температуры в пределах рабочего пространства печи. С этой целью необходимо осуществить равномерный (скажем, по длине печи) подвод топлива и максимально возможный равномерный отвод дымовых газов. При  этом горелки целесообразно размещать таким образом, чтобы осуществлялось энергичное движение газов, что весьма снизят влияет на выравнивание температуры в пределах рабочего пространства печи.

При выборе метода отопления пламенных нагревательных печей необходимо учитывать аэродинамический режим рабочего пространства, с тем, чтобы

распределение давления в печи было таким, при котором подсос холодного воздуха в печь и выбивание дымовых газов были бы минимальными. Автоматическое регулирование теплового режима печей строится на принципе поддержания определенной, необходимой температуры в печи или в ее зоне путем соответствующего изменения расхода топлива и воздуха на его горение. Изменение общего расхода топлива может производиться как изменением расхода топлива на всех горелках, так и отклонением и включением части из них. Поэтому, решая вопрос об отоплении печи, необходимо увязывать его с возможностью и удобством последующего автоматического регулирования тепловым ходом печи

1.5Общая характеристика тепловой работы нагревательных колодцев

Как известно, нагревательные колодцы используются для нагрева  слитков холодного и горячего посада перед их прокаткой на обжимных станах.

Конструкции нагревательных колодцев со временем претерпевали изменение и развитие. В настоящее время в мировой практике в основном используются рекуперативные колодцы с горелкой в центре пода и с одной верхней горелкой (преимущественно). В Советском Союзе кроме рекуперативных  применяются еще регенеративные колодцы. Нагревательные колодцы всех конструкций имеют вполне конкретные характеристики — заполняемость колодцев, вид используемого топлива, тепловая мощность ячеек, способ утилизации тепла отходящих продуктов сгорания и др.

Все время нагрева  слитков подразделяется на два периода: нагрева и выдержки. Период нагрева предназначен для доведения температуры поверхности слитков до температуры выдачи, период выдержки для прогрева слитков по сечению без чрезмерного повышения температуры поверхности слитков. При нагреве горячего посада как общая продолжительность нагрева; так и продолжительность отдельных периодов нагрева тем меньше, чем выше температура посада слитков. Продолжительность нагрева зависит также от максимально возможного расхода топлива (от тепловой мощности) на колодец, который определяет возможную скорость повышения температуры колодца и слитков после полной загрузки колодца.

Таким образом, чем выше температура слитков  при их размещении в нагревательных колодцах и чем больше доля горячего посада в общем объеме нагреваемых слитков при правильно выбранной величине тепловой мощности колодца, тем производительнее и экономичнее работают нагревательные колодцы. Объем и температура горячего посада зависят от уровня организации

производства. На лучших предприятиях объем горячего посада доходит до 96—98 % при температуре слитков 850—870 °С.

Интенсивность окисления и стойкость футеровки  зависят от величины и изменения температуры во времени, что в значительной степени определяется изменением расхода топлива. Работа при максимальном расходе топлива в период нагрева — это наиболее простой метод обеспечения

 максимальной  скорости подъема температуры  в нагревательном колодце. Однако  он далеко не оптимальный, поскольку для достижения минимальной продолжительности нагрева необходимо целесообразное соотношение периодов нагрева и выдержки. При чрезмерном форсировании нагрева неизбежно возникает необходимость  более продолжительной выдержки металла. Делаются попытки вести период нагрева слитков в колодцах при постепенном увеличении (до максимального) расхода топлива, в результате чего должны уменьшаться длительность периода выдержки, количество окислившегося металла и в конечном счете расход топлива. Однако ряд специфических особенностей нагрева сталей разных марок в различных колодцах, усложняющих и без того сложный процесс нагрева слитков, не позволяет, пока сделать достаточно надежные выводы.

Кроме правильного  выбора расхода топлива, в нагревательных колодцах, как и в других печах, необходимо обеспечение определенного пирометрического эффекта сжигания топлива   1см.

Регенеративный  подогрев газообразного топлива  и воздуха до температуры 750—850 °С позволяет осуществлять работу этих колодцев на доменном газе (Q= 3500 кДж/м³)  или, в случае необходимости, на смеси доменного и коксового или природного газа (Qp = 4400-M500 кДж/м³). Возможность экономии топлива с высокой теплотой сгорания безусловное достоинство регенеративных нагревательных колодцев. Верхние ряды регенеративных насадок выполняют из динасового кирпича, нижние — из шамота. Насадки

газовых регенераторов  выполняют в простую клетку с ячейками размером 113x113, воздушного размером 80x80 мм. Для  насадок используют обычный  прямой  кирпич размером 230x113x65 мм.

Регенеративные  колодцы объединяют в группы по четыре ячейки, в каждую ячейку длиной около 4,5 м помещают обычно шесть слитков, тепловая мощность каждой ячейки 16—20 ГДж/ч, производительность группы '—300 тыс.

т в год, удельный расход условного топлива 40 кг/т  или 750 кДж/кг нагреваемой стали. В связи с ростом производительности прокатного оборудования возникает необходимость в повышении производительности регенеративных нагревательных колодцев. Этому может способствовать система мер, направленная на повышение доли и температуры горячего посада. Однако, для существенного повышения производительности колодцев необходимо или увеличить их число или поднять общую производительность колодцев путем повышения производительности каждого как за счет увеличения вместимости, так и за счет сокращения непроизводительных простоев. Повышения вместимости колодцев можно добиться, если увеличить длину рабочего пространства до 7,9 м, что позволит размещать в них до восьми слитков массой ~13—14,7 т. Увеличение производительности за счет снижения простоев зависит в основном от длительности службы подины и регенераторов. Стойкость подины, как известно, в значительной степени зависит от качественного шлакоудаления; стойкость регенераторов — от применяемых огнеупоров, способов выполнения

насадки, конструкции регенераторов. Интересная работа по совершенствованию конструкции регенераторов нагревательных колодцев проведена на Днепровском металлургическом комбинате им. Дзержинского. На двух группах колодцев верхние 6—7 рядов насадок газовых регенераторов выполнили по типу насадки с замкнутыми сплошными каналами из кирпича размером 300xl5UXK> и 230X115X65 мм вместо насадки в простую клетку, что увеличило стойкость регенераторов с 6-7 до 12-13 мес, т. е. практически вдвое. известно, процесс горения топлива в регенеративных колодцах начинается над газовым

регенератором и продолжается в рабочем пространстве. Для улучшения качества сжигания топлива изменили конструкцию типовых регенераторов, газовые и воздушные насадки которых заканчиваются на одном уровне . Эти мероприятия позволили улучшить условия сжигания топлива, в результате чего общая продолжительность нагрева садки сократилась в среднем на 7,5 %, удельный расход тепла снизился на 5—7 % •

Как уже отмечалось, нагревательные колодцы работают в  условиях, приближающихся к равномерно-распределенному радиационному режиму, который предполагает равную интенсивность теплового потока излучением как на кладку, так и на поверхность нагреваемых слитков. Степень приближения к указанному режиму во многом зависит от характера распределения температуры по длине факела и всего газообразного объема, заполняющего промежутки между слитками. Практически равномерного распределения температуры конечно нет, что и порождает неравномерность нагрева металла по садке слитков, их высоте и сечению.