Движение газов и рациональный режим давления в печи

В современных печах в качестве источника тепловой энергии в подавляющем большинстве случаев используется топливо или электрическая энергия. Среди топливных печей наибольшее распространение получили пламенные печи, в которых для сжигания газа или мазута применяется факельный (пламенный) метод. В пламенных печах характер движения газов в рабочем пространстве печи теснейшим образом связан с теплообменом, конструкцией и назначением печи. Он определяется в основном следующими обстоятельствами: расположением горелок (форсунок) и дымоотводящих каналов; динамическим воздействием струй, создаваемых горелками и форсунками; режимом давления в печи.

Наивысшая температура в печи развивается в том месте, где сжигается топливо, т. е. там, где установлены горелки (форсунки). Сжигание топлива в печи может быть сконцентрировано с одной стороны печи или рассредоточено по всей ее длине. Расположив соответствующим образом дымоотводящие каналы, получают методический или камерный режим работы печи. При методическом режиме (рис. 16, а) топливо сжигается с одной стороны печи (горелки установлены в торце выдачи металла), а дымовые газы удаляются с другой стороны печи. Продукты сгорания, проходя по печи навстречу металлу, постепенно отдают ему часть своего тепла, а сами остывают. При этом температура газов уменьшается по мере удаления их от горелок, и температурный режим печи характеризуется изменением (падением) температуры по длине печи.

При камерном режиме работы нагревательной печи температура по ее длине остается практически постоянной. Для этого подвод тепла и дымоотводящие каналы надо рассредоточить по длине (рис. 16,6). В этом случае горелки устанавливаются по всей длине печи. Перемешивание отдельных струй, интенсивное движение газов — все это способствует выравниванию температуры в рабочем объеме печи.

В обеспечении равномерности нагрева важная роль принадлежит интенсивности движения газа, его циркуляции. Это особенно важно в средне- и низкотемпературных печах. В высокотемпературных печах (1473—1873 К) преобладает теплообмен излучением, в среднетемпературных (1073— 1473 К) излучение соизмеримо с конвекцией, в низкотем-пературных (до 1073 К) преобладает конвекция. Поскольку теплопередача конвекцией тем больше, чем выше скорость движения газов, постольку интенсификация движения газов в печах последних двух групп имеет важное значение. Для обеспечения циркуляции газов используют способность газовых струй создавать разрежение у своих истоков. С ис­пользованием этой особенности работают, в частности, тер­мические печи с подподовыми топками (рис. 17). Струя, создаваемая горелкой, подсасывает продукты сгорания из рабочего объема и создает тем самым циркуляцию газов.

В некоторых случаях при светлой термообработке и тер­мохимической обработке металла необходима интенсивная циркуляция специальной атмосферы, в которой нагревается металл. Подобная циркуляция обеспечивается применением специальных вентиляторов, рабочее колесо которых вынесено непосредственно в печь. Интенсивная циркуляция специальной атмосферы повышает равномерность и скорость нагрева и обеспечивает значительное увеличение производительности печи.

Однако в некоторых печах соответствующее движение газов обеспечивает не только теплотехнические, но и чисто технологические цели. Примером может служить мартеновская печь, для работы которой большое значение имеет настильность (касание поверхности ванны) факела. При настильности интенсифицируется конвективный теплообмен и сопутствующий ему массообмен между факелом и ванной.

Для нормальной эксплуатации печи скорость выхода топлива и воздуха из горелки должна выбираться на основании данных по струям и быть такой, чтобы пламя не било в противоположную стенку. Горелки на противоположных стенках должны быть установлены в шахматном порядке. Не следует устанавливать горелки вблизи окон печи во избежание подсоса в печь холодного воздуха. В некоторых случаях, например в торцах выдачи методических печей (рис. 23, а), подсос холодного воздуха в печь через окно выдачи (пунктирная стрелка) не только снижает температуру печи и вызывает перерасход топлива, но и приводит к образованию настылей окалины на поду печи, что вызывает перебои в ее работе.

Давление в рабочем пространстве печи определяется в основном двумя факторами: воздействием струй и влиянием дымовой трубы (дымососа). Рациональным режимом давления в рабочем пространстве печей является такой, при котором в печи поддерживается небольшое избыточное дав­ление. Это относится как к топливным, так и к электрическим печам. Если печи работают с муфелированием металла, то под муфелем также поддерживается небольшое избыточное давление. Все это делается для того, чтобы избежать попадания в печь холодного воздуха, который резко ухудшает работу печи, так как, снижая температуру, вызывает перерасход топлива, приводит в нагревательных печах к излишнему окислению металла.

Работа дымовой трубы осуществляется так, чтобы на уровне пода печи поддерживалось нулевое давление. Выше уровня пода будет избыточное давление, ниже — разрежение. Разрежение нужно для того, чтобы дымовые газы отсасывались из печи через дымоотводы (борова), входное сечение которых обычно и располагается на уровне пода печи.

В процессе эксплуатации печи необходимо иметь возможность влиять на давление в печи и на разрежение в ее боровах. Для этой цели используют специальное устройство, называемое шибером. Шибер представляет собой искусственное местное сопротивление, величину которого можно регулировать подъемом или опусканием шиберной заслонки. При стремлении понизить давление в печи шибер надо открывать, при желании повысить давление, наоборот, прикрывать.

Современные печи — это высокомеханизированные, автоматизированные агрегаты. Во многих печах давление в рабочем пространстве поддерживается на нужном уровне автоматически при помощи регулятора давления, который управляет механизмом подъема и опускания шибера.

Правильный выбор режима давления в печи необходим, кроме того, как для увеличения долговечности службы арматуры и оборудования печи, так и для улучшения условий эксплуатации печи обслуживающим персоналом.

Иногда, стремясь избежать подсоса холодного воздуха в печь, поддерживают излишне высокое давление. Это приводит к чрезмерному выбиванию раскаленных газов из печи и, как следствие, к преждевременному выходу из строя арматуры печи и элементов ее оборудования.

Раздел 2. Основы теплопередачи.

2.1 Основные понятия теории теплообмена. Способы переноса тепла.