книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов

А.А. ЩУКИН

ЭК О Н О М И Я ТОПЛИВА

ВЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

(Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов)

Москва, «МЕТАЛЛУРГИЯ», 1973

ж

У ДК 669.662.76

Экономия топлива в черной металлургии. Щ у к и н А. А. М., «Металлургия», 1973, 272 с.

Изложены общие вопросы повышения тепловой эффективности огнетехнических агрегатов металлургической промышленности и в первую очередь вопрос о снижении удельных расходов топлива. Рассмотрены теория и прак­ тика регенерации тепла газов, отходящих от печей, конструкции воздухо­ нагревателей, как рекуперативных, так и регенеративных нового типа с интен­ сивным теплообменом в насадке, вопросы использования рециркуляции газов как средства регулирования температур и повышения тепловой эффек­ тивности агрегатов. Описаны особенности сжигания природного газа и мазута

Книга предназначена для инженеров-энергетиков и металлургов, зани­ мающихся вопросами сжигания топлива. Она может быть полезна студентам вузов. Ил. 107. Табл. 22. Список лит.: 55 назв.

3101-170 040(01)—73 131—73

© Издательство «Металлургия», 1973

Г л а в а I

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГНЕТЕХНИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Металлургическая промышленность является крупнейшим по­ требителем топлива. Только черная металлургия расходует до 20% всех топливных ресурсов в стране. Экономия топлива, являющегося, по образному выражению В. И. Ленина, «хлебом промышленности», имеет огромное значение в условиях очень больших абсолютных расходов топлива. Экономию топлива, выражающуюся в снижении удельных расходов топлива, получают в результате повышения тепловой эффективности использования топлива в отдельных агре­ гатах и в первую очередь увеличения их производительности.

Методы повышения тепловой эффективности топлива многооб­ разны. Они описаны в отечественной и зарубежной литературе по теп­ лоэнергетике.

В настоящей работе освещены общие приемы энергетической модернизации огнетехнических агрегатов, разработанные на основе самостоятельных исследований автора, а также путем анализа неко­ торых новых, но еще мало известных достижений отечественной и зарубежной теплоэнергетики. Методы по повышению использо­ вания топлива зависят от конкретных условий предприятия и каждого отдельного агрегата.

Можно наметить ряд общих мероприятий, при проведении кото­ рых снижается расход топлива без сколько-нибудь^ значительных переделок оборудования. К ним относятся:

а) наладка работы печных агрегатов, правильный выбор физикохимических параметров рабочего процесса сжигания топлива, распре­ деление температур, давлений газов, рациональная садка изделий, улучшение теплопередачи от газов к изделиям и т. д.;

б) устройство дополнительной тепловой и уплотнительной изо* ляции, уменьшающей потери тепла в окружающую среду и устраня­ ющей присосы воздуха или выбивание газов;

в) автоматизация тепловых процессов и введение в практику строгого контроля (с обязательной установкой контрольно-измери­ тельной аппаратуры), а также материальное стимулирование работ» ников, занимающихся вопросами экономии топлива.

К другой группе относятся мероприятия, реализация которых связана с более или менее значительными затратами средств по энергетической модернизации оборудования.

При модернизации промышленных печей преследуют цель повы­ шения их тепловой эффективности путем увеличения производи* тельности, улучшения качества тепловой обработки материала, уменьшения удельных расходов топлива (повышения коэффициентов

5

и жидкого топлива с большой скоростью и очень быстро нагревать или плавить сыпучий материал.

Для наибольшего теплоиспользования модернизируют и топочные устройства. Для твердого топлива (бурых и каменных углей) при­ меняют циклонные и пылеугольные топки, для жидкого топлива — ротационные форсунки, циклонные камеры и др.

Высокотемпературный подогрев воздуха представляет собой слож­ ную задачу, в настоящее время еще далеко не решенную. Сложность заключается в необходимости применять дефицитные и дорогостоящие жаростойкие и жаропрочные трубы для изготовления той части рекуператора, в которой воздух нагревается до высоких температур от 400 до 700—900° С, в неравномерном нагреве труб и секций реку­ ператора, что вызывает его разрушение при недостаточной компен­ сации удлинений; в загрязнении поверхностей нагрева технологи­ ческим уносом, шлаками и пылью, что вызывает необходимость трудоемкой очистки поверхностей нагрева; в абразивном износе поверхностей нагрева твердой взвесью из шлаковых частиц и техно^- логических уносов. Проще решают вопросы реконструкции конвек­ тивных трубчатых рекуператоров с нагревом воздуха примерно до 400° С, но и в этом случае не все трудности преодолены.

Для решения задачи высокотемпературного подогрева воздуха предпринимают попытки найти более надежные и дешевые устройства, чем трубчатые рекуператоры из высоколегированных жаростойких сталей—воздухоподогреватели регенеративного типа: вращающиеся с насадкой из прутков диаметром 2—4 мм из чугунных шариков (дроби) диаметром 5 мм и пр.; воздухоподогреватели дробепоточного типа с тонкой струей дроби, движущейся под действием силы тя­ жести, и с поочередным продуванием дроби горячими газами и воз­ духом; воздухоподогреватели с падающей сыпучей насадкой про­ межуточного теплоносителя; воздухоподогреватели с зернистой насад­ кой в «кипящем» слое и др.

Результаты проведенного обследования нагревательных печей прокатных цехов ряда металлургических заводов показали, что 24% из 135 обследованных печей работают на холодном воздухе и 76% с подогревом воздуха до 300—350° С. Имеется реальная возмож­ ность устройства описанных ниже более совершенных высокотемпе­ ратурных стальных рекуператоров или установки регенеративных воздухоподогревателей с нагревом воздуха до 600—800° С. Исполь­ зование природного газа и мазута отнюдь не означает, что из-за высокой жаропроизводительности этих топлив следует отказываться от подогрева воздуха до высокой температуры в печах для нагрева' стальных слитков или массивных заготовок.

В настоящей работе показано, что при рециркуляции газов можно осуществлять газовое и мазутное отопление с малыми избыт­

7

что техника использования вторичных энергетических ресурсов обстоятельно разобрана в ряде руководств [55, 56 и др. ], ради крат­ кости эта тема в нашей книге не разработана.

Увеличение производства электрической энергии и добычи при­ родного газа, намеченное Директивами X X I V съезда КПСС, делает

и экономическими соображениями. В данной работе проанализирован вопрос о целесообразности газопламенного и электрического нагрева в разных отраслях производства и намечены области применения электрических и"пламенных печей.

Основные условия развития огнетехнического процесса в промышленных печах

Тепловая обработка материалов так же разнообразна, как разнообразны материалы, подвергающиеся обработке, и процессы, протекающие в них. Тепловая обработка протекает при определенной температуре, обеспечивающей развитие тех­ нологического процесса, например, жидкую сталь выпускают из печей с температу­ рой 1550—1650° С, стальные слитки нагревают перед прокаткой до 1250° С, чугун выпускается из вагранки при 1300—1400° С и т. д. Разумеется, чтобы довести металл, до указанных температур и при том обеспечить необходимую производительность агрегата, следует в рабочем пространстве развивать гораздо более высокие темпе­ ратуры, например температура факела в мартеновской печи составляет около 2000° С, раскаленного кокса в горне доменной печи 1900° С и т. д. Достижение необходимых температур является первым и основным условием развития технологического про­ цесса. Получить высокие температуры, необходимые для плавки металлов, нагрева их, для обжига огнеупорных материалов и т. п., не так легко, и для этого требуется определенная техника сжигания топлива в том или ином агрегате. Дл я создания высо­ ких температур в горне доменной печи сжигают кокс определенного качества (кон­ диционный кокс), а воздух, необходимый для горения, нагревают в регенеративных

этом соответственно снижается. В мартеновских печах для достижения высокой температуры воздух, а часто и газообразное топливо, расходуемое на горение, нагре­ вают в регенеративном устройстве до 1200—1400° С теплом отходящих из рабочей камеры газов; тем самым реализуется принцип регенерации тепла. Факел в печи должен обладать высокой лучеиспускательной (радиационной) способностью, так как в противном случае трудно или невозможно будет осуществить плавку. Луче­ испускательная способность каждого участка факела (плотность собственного излу­

где С0 — коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела.

Чем больше концентрация излучающих газов и сажистого углерода в факеле, тем больше степень черноты (при одних и тех же толщине излучающего слоя и тем­ пературе газов), тем интенсивнее излучает факел. При сжигании топлив, не дающих светящегося факела (например, природного газа или генераторного газа), для при­ дания факелу светимости организуют самокарбюрацию или карбюрируют факел путем дополнительного сжигания жидких топлив (смолы, мазута), богатых высоко­ молекулярными углеводородами. Разлагаясь, они выделяют дисперсный углерод,

9