5. Источники энергии

Рисунок 15 (1.14[1])

Горелки, применяемые в термичес­ких печах, можно разделить на четыре группы: пламенные, беспламенные, микрофакельные и диффузионные. В пламенных горелках образование смеси газа и воздуха начинается в них, а заканчивается в рабочем простран­стве печи. Такие горелки конструиру­ются двухпроводными преимуществен­но на низкое давление газа и воздуха (до 5000 Па). В зависимости от спо­соба смешения газа с воздухом горел­ки могут иметь факел различной дли­ны (в том числе регулируемый) и неодинаковой излучающей способнос­ти.

На рис.15 , а показана горел­ка типа «труба в трубе». Горелка состоит из сопла 1, тройника 2 и но­сика 3. Скорость истечения смеси из носика должна быть не менее 5 и не более 40 м/с, а газа из сопла d₁ не выше 100 м/с. Факел получается растя­нутым по длине, при повышении из­бытка воздуха (а=1,10—1,20) он уко­рачивается. Преимущества горелки: простота конструкции, малые габари­ты, возможность использования высо­конагретого воздуха и большие преде­лы регулирования производительности (1:8).

В термических печах широко при­меняются горелки ГНП (рис. 15, б) конструкции Теплопроекта (де­вять типоразмеров). Газ поступает по центральной трубке 1 через одно или несколько отверстий, расположенных под углом 45°, в воздушный поток, за­кручиваемый с помощью лопаток 2. Горелки рассчитаны на сжигание при­родного газа (при давлении 2400 Па) и воздуха (1600 Па).

Рисунок 16 (1.20[1])

На рисунке приведены конструк­ции радиационных нагревательных элементов, применяемых в промышлен­ности.

Горизонтальная U-образная радиа­ционная труба (рис.16, а) для увеличения теплопередающей поверхности расширяется в рабочей части 2 от 90 до 170 мм, дымовые газы из нее уда­ляются с помощью эжектора 1. При подводе всего газа и воздуха в начале трубчатого элемента достаточную равномерность нагрева трубы можно полу­чить, применяя горелку с регулируемой длиной факела.

Вертикальная радиационная тру­ба 2 (рис.16, б), используемая в цементационных печах конструкции ЗИЛ, имеет однопроводную систему с инжекционными горелками 3 и песочным за­твором 1, охлаждаемым водой.

На рис.16, в показан вертикаль­ный трубчатый элемент 3 параболической формы, что позволяет заменять его, не разбирая кладки печи. Горелка или форсунка 4 подводится снизу тру­бы, а продукты сгорания удаляются вверх. Для более полного сгорания топлива и повышения коэффициента теплопередачи трубы заполняют кера­мическими вставками 2. Чтобы избежать взрывов, ее делают открытой с обоих концов и снабжают электричес­ким зажигателем 3.

На рис.16, г и д представлены две конструкции нагревательных элементов: Р-образная и U-об­разная трубы. Первая имеет дополни­тельную ветвь 2, по которой продукты сгорания возвращаются, проходят ре­куператор 1, а часть их захватывается свежей смесью, увеличивая количество циркулирующих газов и снижая их температуру на выходе. Вторая снаб­жена горелкой 3 с регулируемым фа­келом, а с другого конца воздушным рекуператором 4; воздух в рекуператор поступает по центральной трубе 5, омывает ее поверхность снаружи и че­рез патрубок 6 подается в горелку, продукты сгорания проходят по коль­цевому пространству между реку­ператором и стенкой радиационной трубы.

Чаще применяют радиационные трубы диаметром 100—150 мм с толщиной стенки 6—8 мм. Из условий прочности отношение рабочей длины трубы к ее диаметру должно быть рав­но 10—15.

Пределы регулирования тепловой мощности радиационных труб для ка­мерных печей обычно составляют n =4—5, а для проходных печей с автоматическим регулированием теплового режима n=2—3. При необходимости большого уменьшения расхода топлива приходится часть трубчатых элементов отключать.

Условия сжигания газа в трубах значительно отличаются от обычных. Теория горения, закономерности тепло­передачи и механики газов в нагревательных трубчатых элементах пока еще недостаточно разработаны. При рабочей температуре печи 850—950°С и диаметре нагревательного элемента 100—120 мм температура стенки нагре­вательного элемента составляет 1000— 1100°С, а температурный перепад око­ло 150 °С.

При температурах 950—1100°С удельный теплосъем с поверхности хо­рошо работающей радиационной тру­бы равняется 3—5 Вт/см². Коэффици­ент теплоотдачи от газов к стенке тру­бы при температуре газов 1000— 1200°С составляет около 60 Вт/(м²К), а перепад температуры по длине тру­бы не более 20—25 °С на 1 м.

Иногда требуется оградить электри­ческие нагревательные элементы от агрессивной среды (например, при га­зовой цементации). В этом случае их размещают в прямых радиационных трубах (рис., е). Спиральные электрические нагреватели 3 изолируют керамическими вставками 4. Ток подво­дится через изоляционную пробку 2 и вывод 1. Нагреватели по длине трубы делают обычно четыре или шесть обо­ротов.