3.3 Система отопления

Оптимальное топливо для методических печей – газообразное. Жидкое топливо применяют только при отсутствии газообразного.

Для методических печей характерен концентрированный подвод большого количества топлива через небольшое число горелок, которые должны быть расположены на ограниченной площади торцовых стен. Пределы регулирования количества топлива составляют 1 : 2,5÷1 : 3.

На рис. ХХХ-8 схематично показана печь, отапливаемая газом с теплотой сгорания 1800 ккал/м³. При отоплении газом с теплотой сгорания до 1400 ккал/м³ воздух подогревают до 500-600° С в рекуператоре из керамических блоков, а газ – до 250-350° С в металлическом трубчатом рекуператоре. При таком подогреве необходимый температурный потенциал можно обеспечить только применив инжекционные горелки типа П, которые позволяют благодаря быстрому сжиганию с коэффициентом расхода воздуха, близким к единице, получить в непосредственной близости от горелки область достаточно высоких температур.

На случай выхода из строя металлического рекуператора предусмотрен обводной боров. При сжигании газа с теплотой сгорания 1400-1800 ккал/м³ можно подогревать только воздух до 500-600° С. Подогрев газа применяют для уменьшения расхода топлива. В этом случае тепло продуктов сгорания, уходящих из керамического рекуператора, можно использовать также для получения пара в котлах-утилизаторах и для других целей. Преимуществами такой системы отопления при сжигании газа с теплотой сгорания до 1800 ккал/м³ является применение для подогрева воздуха керамического рекуператора, стойкость которого практически неограниченна, упрощением системы автоматического регулирования и отсутствием надобности в вентиляторах для подачи воздуха.

При отоплении методических печей мазутом применяют форсунки высокого давления с двойным распыливанием при подогреве воздуха в металлическом трубчатом рекуператоре. В случае применения для отопления одновременно газа и мазута желательно газ использовать для отопления томильной зоны.

По расположению горелок различают торцевую, сводовую и боковую системы отопления. Обычно применяют сочетание этих систем в зависимости от теплотехнических и конструктивных особенностей отдельных зон отопления печи. Схематично печь с сочетанием торцевой, сводовой и боковой систем отопления показана на рис. 3.3.

Наиболее распространенной является торцевая система отопления. При этой системе горелки располагают в торцах с наклоном к оси печи так, чтобы факел или высокотемпературная струя продуктов сгорания были направлены под небольшим углом к поверхности заготовок. Торцевая система отопления обеспечивает высокую интенсивность нагрева за счет удара струи в металл и создания у поверхности металла высокотемпературного потока продуктов сгорания, движущегося с большой скоростью навстречу движению заготовок.

Рис. 3.3 Схема печи с сочетанием торцевой, сводовой и боковой систем отопления: 1- торцевые горелки; 2- сводовые горелки; 3 - боковые горелки

Сводовое отопление осуществляется путем установки в своде печи радиационных (плоскопламенных) горелок. В этих горелках сгорание газа происходит в тонком слое на поверхности огнеупорной футеровки. При этом горелочный камень и прилегающая к нему кладка свода раскаляются и служат эффективным равномерным излучателем.

Наиболее целесообразно применение сводового отопления в томильной зоне, где главной задачей является равномерный нагрев заготовок и выравнивание температур по их сечению. Равномерное сводовое отопление обеспечивает высокое качество нагрева и исключает местный перегрев поверхности заготовок. Кроме того, при сводовом отоплении создается благоприятный гидравлический режим в томильной зоне, возможно поддерживать небольшое положительное давление на уровне пода печи и исключить подсосы холодного воздуха в рабочее пространство печи через окно выдачи, которые неизбежны при торцевом отоплении из-за инжектирующего действия горелок. С такими подсосами, вызывающими подстуживание загото­вок перед самой выдачей, очень трудно бороться.

В печах с полностью сводовым отоплением в верхних зонах можно гибко менять тепловую нагрузку по длине печи в зависимости только от разбивки горелок на зоны регулирования. Можно даже организовать порядное регулирование подачи тепла. Таким образом, можно выбирать оптимальные тепловые и температурные режимы нагрева заготовок при изменяющихся условиях работы печи (различных марках стали и размерах заготовок, горячем и холодном посаде, меняющейся производительности и т.д.). Благодаря этому печи с полностью сводовым отоплением хорошо встраиваются в автоматизированные системы управления тепловым режимом печей. Кроме того, такие печи очень экономичны, так как при снижении производительности можно выключать ряды горелок со стороны посада заготовок и тем самым удлинять методическую зону, добиваясь наилучшего использования тепла продуктов сгорания. При полностью сводовом отоплении, однако, иногда возникают трудности с регулированием давления в рабочем пространстве печи.

Боковое отопление, особенно в широких методических печах, применяется только в тех случаях, когда по конструктивным условиям невозможно применить другие системы отопления, например, в нижних зонах отопления печей с шагающими балками (см. рис. 3.1, д) или толкательных печей с двусторонним нагревом по всей длине печи (см. рис. 3.1, г). Основным недостатком бокового отопления является невозможность обеспечить равномерность нагрева по ширине печи (по длине заготовок), при регулировании производительности. Поэтому даже в нижних зонах печей с шагающими балками стараются организовать торцевое отопление.

Наиболее глубокое использование тепла уходящих продуктов сгорания обеспечивает регенеративная система отопления, в которой используются регенераторы с керамической шариковой насадкой. При этой системе горелки, снабженные индивидуальными регенераторами, объединяют в блоки (не менее двух). Через один регенератор или их группу подают подогреваемый воздух (газ), а через другой или группу – отводят продукты сгорания.

Применение шариковой насадки обеспечивает возможность подогрева воздуха всего на 100-150 °С ниже температуры уходящих продуктов сгора­ния, т.е. до 1000-1100 °С. Коэффициент использования тепла при этом дос­тигает значений 70-80 %, а экономия топлива может составлять 30-50 %. Система особенно эффективна при отоплении печи газом с низкой теплотой сгорания.

Из регенератора продукты сгорания выходят с температурой ниже 200 °С, что облегчает их транспортирование и делает нецелесообразным дальнейшую утилизацию тепла. Керамическая шариковая насадка служит хорошим фильтром для очистки продуктов сгорания от пыли, частиц окалины и т.д. Насадку легко заменять без остановки печи, а засоренная насадка промывается водой и может использоваться повторно. Перекидка регенератора осуществляется специальными клапанами, обеспечивающими срабатывание за несколько секунд и имеющими рабочий ресурс не менее 1 млн. перекидок.

Регенеративная система отопления может быть успешно применена для методических нагревательных печей. При этом регенераторы, встраиваемые в кладку или располагаемые с внешней стороны печи, могут быть установлены как в отдельных зонах, так и по всей печи. На рис. 3.4 показана ус­тановка регенеративных горелок в методической толкательной печи с ши­риной рабочего пространства 11,25 м.

Рис. 2.8. Поперечный разрез методической толкательной печи с регенеративными горелками: 1 - регенеративная горелка; 2 - подвод газа; 3 - подвод воздуха и отвод продуктов сгорания

В схеме автоматического регулирования теплового режима предусматривают следующие основные узлы регулирования: температуры в зонах; давления в томильной зоне; соотношения газ-воздух (в печах с горелками дутьевого типа). При установке металлических рекуператоров предусматривают его автоматическую защиту от перегрева путем сброса подогретого воздуха или разбавлением продуктов сгорания холодным воздухом. Подача газа автоматически прекращается при падении давления газа, воздуха или отключении питания приборов автоматического регулирования. В печах с инжекционными горелками применяют сигнализаторы проскока пламени в горелку.

Кроме того, контролируют температуру продуктов сгорания в начале печи, до и после рекуператоров; температуру подогрева газа и воздуха; дав­ление в воздушных коллекторах печей с инжекционными горелками и раз­режения в боровах.