книги из ГПНТБ / Чепель В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий

в печи, вид факела пламени — короткий или длинный, светящийся или несветящийся, настильный или нет и т. п. Поэтому перевод печей на газ разнообразен и решается по-разному в зависимости от местных условий. В частности, применение газа дает возмож­ ность во многих печах, перенести процесс его сжигания из топок

врабочее пространство, что значительно повышает их произ­ водительность, качество изделий и позволяет уменьшить размеры печей, разобрав топки.

Мазутные печи переводятся с сохранением мазутных форсугок

вкачестве резерва. Если конструкция печей этого не позволяет,

устанавливаются газомазутные горелки. Замена генераторного газа природным или смешанным осуществляются установкой в существующих горелках газовых сопел с меньшей площадью сечения как в инжекционных, так и в горелках с принудительной подачей воздуха, или существующие горелки заменяются другими. При замене твердого топлива газом горелки устанавливаются, как у котлов, —в топке или в стенках рабочего пространства печи. В последнем случае топка оставляется как резерв или разбирается, а печь при устойчивом снабжении газом остается без резерва, или оборудуется устройством для сжигания мазута.

Нагревательные печи

Нагревательные печи, применяемые для нагрева заготовок и изделий из металла, разделяются на кузнечные и термиче­ ские.

В кузнечных печах металл нагревается обычно до темпера­ туры от 1000 до 1250° С для дальнейшей обработки (гибки, штам­ повки, ковки и т. п.). В термических печах производится терми­ ческая обработка литых п кованых изделий (отжиг, отпуск, нор­ мализация закалки, цементация) с целью улучшения их механи­ ческих свойств, при температурах от 200 до 1100° С. Поэтому перевод нагревательных печей на природный и другие газы и сжигание его в них имеет некоторое различие. Необходимо учесть, что в нагревательных и других промышленных печах отдача тепла изделиям от раскаленных топочных газов происходит боль­ шей частью путем лучеиспускания, если температура их превы­ шает 600—700° С; при более низких температурах отдача тепла происходит преимущественно коцвекцией. Передача тепла кон­ векцией будет тем больше, чем ровнее изделия будут со всех сто­ рон омываться продуктами сгорания и чем больше будет скорость движения газов. Изделия получают тепло также излучением от раскаленных свода стен и пода печи, величина которого будет больше при прозрачном пламени и меньше при непрозрачном светящемся пламени, которое само имеет большую способность излучения,

230 Глава IX

Как велико значение температуры в печи для ее производи­ тельности можно заключить из того, что время нагрева заготовок в кузнечных печах при повышении температуры в печи с 1200 до 1300° С сокращается почти в два раза и почти в четыре раза при повышении температуры до 1400° С. В печах скоростного нагре­ ва, в которых температура достигает 1500—1600° С, скорость нагрева становится настолько большой, что требует механической загрузки и выгрузки изделий и автоматического регулирования теплового режима печи (температуры и времени нагрева), во избе­ жание перегрева и пережога металла.

Особенностью работы нагревательных печей является то, что нагреваемый металл способен с поверхности химически соеди­ няться с свободным кислородом, имеющимся в топочных газах (окисляться), покрываться окалиной, особенно в присутствии углекислоты и водяных паров, что ведет к потере — «угару» металла, составляющей от 2 до 5%. Кроме того, поверхность металла способна обезуглероживаться, ухудшая качество ме­ талла. Для борьбы с этими вредными явлениями применяются: обмазка металла известковым молоком, графито-глинистыми рас­ творами и т. п.; подача в печь, кроме газа — топлива, защитного газа, состоящего из горючего газа, состав которого изменен соот­ ветствующей химической обработкой в специальных установках, чтобы обеспечить безокпслительную атмосферу в печи; создание газовых завес у окон выдачи металла из печи из части газа, иду­ щего на сжигание в печи; устройство специальных печей безокислительного нагрева, в которых газ сжигается в керамических каналах, так что поверхность металла не соприкасается с про­ дуктами горения, и другие способы, обеспечивающие безокислительный нагрев металла.

Указанные способы не всегда применимы, особенно в неболь­ ших печных установках, рассматриваемых налги, поэтому в целях снижения угара металла необходимо способствовать созданию ц печи наименее окислительной атмосферы путем поддержания давления в печи, равного атмосферному, йли на 1—2 мм вод. ст. больше с целью предотвращения присоса воздуха, а также путем сжигания газа с возможно меньшими избытками воздуха (а = = 1,02—1,05 для кузнечных печей) и без избытка (а = 0,98—1 для термических печей) при незначительной неполноте сгорания газа, так как в случае большой неполноты сгорания понизится температура печи и резко возрастет пережог топлива. По этой причине инжекционные горелки полного смешения, автомати­ чески обеспечивающие постоянство соотношения газ — воздух и тесное перемешивание газа с воздухолг, получили в металлур­ гических печах большое распространение.

С другой стороны, сокращение угара достигается повышением скорости нагрева металла, почему необходимо добиваться поддер­

жания в печи наиболее высокой допустимой температуры, а также соответствующей длины факела в печи, его светимости и его на­ стильности (высоты пламени под металлом), обеспечивающих повы­ шение отдачи тепла металлу и быстроту его нагрева, не до­ пуская, конечно, перегрева и пережога металла.

Так, например, в плавильных печах — мартеновских и стекло­ варенных, — где сжигание топлива происходит в рабочем простран­ стве печи непосредственно над плавящимся металлом или сте­ кольной массой, 80—90% тепла должно передаваться лучеис­ пусканием от факела пламени газа и отражением от сводов топки. Поэтому сжигание газов в этих печах производится светя­ щимся пламенем, развитию факела которого способствуют большие объемы рабочего пространства печи. При этом воздух, подавае­ мый для горения, нагревается в регенераторах до температуры

800-1000° С.

Для увеличения светимости факела применяются специальные меры, как например, предварительное сжигание части газа в спе­ циальных каналах печи с недостатком воздуха, в результате чего происходит образование большого количества сажи, которая, сго­ рая потом в объеме печи, увеличивает светимость газового факела. Светимость факела повышается добавлением к газу мазута при помощи газомазутных горелок или мазутных форсунок. Вслед­ ствие того, что нагревательные печи имеют высокую температуру отходящих газов, достигающую 800—1000° С и более, необходимо использовать их тепло путем установки рекуператоров (или регенераторов) для подогрева воздуха, направляемого в горелки для смешения с газом; для этого наиболее удобно применение смесительных горелок с принудительной подачей воздуха. Подо­ грев воздуха при сжигании, например, генераторных газов в пе­ чах, является решающим фактором для поддержания необходи­ мой температуры в печи.

Подогрев природных газов сам по себе оказывает мало влия­ ния на горение (учитывая, что количество газа в смеси будет примерно равно V10 части), но подогрев его в рекуператорах применяется до температзфы в 400° С, при которой уже начи­ нается разложение тяжелых углеводородов газа с выделением части свободного углерода (сажи), что сильно повышает свети­ мость пламени, имеющего большую отдачу тепла, против про­ зрачного пламени. Кроме того, высокий подогрев воздуха и газов увеличивает устойчивость процесса горения, так как при темпе­ ратурах выше температуры воспламенения горение происходит при любых соотношениях газа с воздухом (см. раздел — Пре­ делы взрываемости газов, глава III).

Использовать тепло отходящих газов любых печей можно (и нужно) и на подогрев воды или получение пара в котлах-утили­ заторах, устанавливаемых на пути отходящих газов.

232 Глава I X

К у з н е ч н ы е п е ч и

Как было изложено выше, в кузнечных печах должна поддер­ живаться температура в пределах 1200—1300° С и выше, а по­ этому топливо сжигается в рабочем объеме печи, что удобно осу­ ществить при сжигании высококалорийных газов.

Небольшие кузнечные печи разделяются в основном на камер­ ные, горновые (или щелевые) и проходные (полуметодические).

Перевод кузнечных печей на газ осуществляется установкой в их стенках горелок внутреннего смешения (полного или частич­ ного) с принудительной подачей воздуха, при наличии газа низ­ кого давления и пнжекционных горелок полного смешения, при питании газом среднего давления.

Горелки устанавливаются с туннелями на толщину стенки печи, а иногда, при малых камерах печей, в предтопках (форкамерах), вынесенных наружу. Горелки целесообразно распо­ лагать на уровне 400—450 мм выше пода печи или на 200—250 мм выше поверхности садки.

Для равномерного распределения температур в печах, обеспе­ чивающего большую скорость нагрева металла и хорошее его качество, печи оборудуются большим числом горелок меньшей производительности. При этом необходимо обеспечить правиль­ ное распределение воздуха на отводах из общего воздухопровода к каждой горелке, обеспечивающее необходимое соотношение газ — воздух.

На рис. 106 показана однокамерная кузнечная печь, оборудо­ ванная двумя многосопловыми инжекционнымн горелками пол­ ного смешения. Горение газа происходит" в основном в объеме рабочего пространства печи над нагреваемым металлом, откуда продукты сгорания выходят в боров со стороны загрузочного отверстия, прикрываемого заслонкой, что способствует умень­ шению подсоса воздуха через заслонку в печь. Далее отходящие продукты сгорания при наличии котла утилизатора отводятся к нему и затем в дымовую трубу. В малых кузнечных печах, осо­ бенно щелевых, газы отводятся прямо в цех через загрузочные окна и небольшие дымовые трубы и отсасываются из него при помощи цеховой вентиляции.

Горновые или щелевые печи, применяемые для нагревания прут­ ков и отдельных частей других изделий, подаваемых в печь через щели, переоборудуются на газ так же, как и камерные.

На рис. 107 показана полуметодическая толкательная печь с рекуператором (рис. 108), предназначенная для нагрева корот­ ких заготовок с проталкиванием их по подине печи (механизм для посадки — толкатель — не показан).

Печь оборудована для сжигания генераторного газа при помощи инжекционных горелок полного смешения с загнутыми

головками и туннелями, установленными в боковых и задней стенках нагревательной части печи, под некоторым углом друг к другу, что увеличивает теплообмен в печи. Продукты сгорания двигаются навстречу заготовкам, подаваемым в садочное окно по подогревательной (методической) части печи, и по дымоходам отводятся через рекуператор в дымовую трубу. Воздух, нагре­ тый в рекуператоре, поступает к горелкам по воздухопроводу.

Разрез A -B -C -D

Рис. 106. Камерная кузнечная печь:

1 — многосопловые пнжекцпопные горелки; z — дымоходы в Ооров; з — васлонки загрузочного окна; 4 — боров; 5 — шпбер.

Перевод печи на природный газ будет наиболее целесообраз­ ным путем замены существующих горелок горелками внутреннего смешения с принудительной подачей воздуха с установкой венти­ лятора перед рекуператором. Использование существующих горе­ лок для сжигания природного газа путем замены в них газовых со­ пел в настоящее время большинством специалистов не рекомен­ дуется, так как сопротивление рекуператора и воздухопроводов при большом количестве воздуха, потребного для сжигания при­ родных газов, будет значительно, и не может быть преодолено инжекционной способностью горелки без нарушения устойчивости

их работы и качества сжигания газа. Даже подача воздуха к го­

труб, прутков, движущихся через секции печи 1 при помощи роликов рольганга 2, располагаемых между секциями печи, вне зоны нагревания,

Нагрев изделий производится со всех сторон при помощи горелок, устанавливаемых с двух сторон секций, как показано

Рис. 109. Секционная газовая печь:

1— секция печи; 2 — ролики; з — штанга; i — горелка; 5— рекуператор.

на рисунке, или с четырех сторон, противоположно одна другой Наибольшее распространение в этих печах получили беспламен­ ные излучающие керамические горелки,

концам пластин, которые при нагревании расходятся и дают импульс отсекательному клапану на отсечку газа.

Керамические щелевые горелки (рис. 111) с успехом приме­ няются для местного нагрева отдельных изделии и их частей.

1 2 3

Рис. 111. Керамическая щелевая горелка:

1 — кожух; 2 — керамический корпус; з — керамическая решетка.

В нагревательных и, в частности, в кузнечных печах с успехом могут быть применены панельные излучающие горелки (см.

рис. 60).

Т е р м и ч е с к и е п е ч и

Термические печи, разделяющиеся на камерные и проходные (полуметодическпе), отличаются от кузнечпых печей более низ­ кими температурами в рабочем объеме печи, необходимыми для проведения в них различных процессов термообработки изделий.

Рис. 112. Камерная термическая газовая печь:

1 — горелкп; 2 — газоходы; з — боров; i — сушилка для песка.

Поэтому сжигание топлива в этих печах производится главным образом в отдельных топках, располагаемых под подом, из кото­ рых нагретые продукты сгорания выходят в рабочую камеру печи (рис. 112); при этом обеспечивается «горячий» под, что необходимо

для возможно более равномерного нагрева изделий, лежащих на нем; разница в температуре изделий к концу выдержки не должна быть более ±10—15° С.

В термических печах с высокой температурой рабочего объема (свыше 600° С) применяются дополнительные горелки, устанавли­ ваемые в стейках печей под подом, как в кузнечных печах, и приме­ няемые в основном лишь в начале нагрева изделий. В остальном переоборудование термических печей на газ не отличается от кузнечных, однако применение в термических печах горелок внутреннего смешения с принудительной подачей воздуха более удобно, чем инжекционных, так как они более маневренны в регу­ лировке на разных нагрузках и позволяют легче вести топочный процесс, при котором могут быть обеспечены жесткие требования, предъявляемые к механическим свойствам изделий. Кроме того, стойкость печей при этих горелках выше.

Термические полуметодическне газовые печи отличаются от кузнечных полуметодических печей также установкой горелок в два яруса: основных — под подом, и дополнительных — в рабо­ чей камере. В некоторых низкотемпературных термических пе­ чах, с температурой рабочего пространства ниже 600° С, для обеспечения равномерного нагрева металла применяется прину­ дительная циркуляция топочных газов в. рабочей камере при помощи вентилятора, с регулировкой температуры газов присад­ кой холодных газов.

В термических печах в качестве основных горелок, распола­ гаемых в топке или в каналах под подом, могут быть применены подовые диффузионные горелки.

Обжигательные печи П е ч и д л я о б ж и г а ф а р ф о р а

На рис. 113 приведен способ перевода с твердого топлива на природный газ печи для обжига художественных изделий из фарфора. В топках сняты колосники и все поддувальное простран­ ство заложено боем шамотного кирпича, как указано на рисунке. На месте топочных дверец, в четырех топках печи, установлены многосопловые горелки с принудительной подачей воздуха (тип ГНД — см. рис. 76) с туннелям на толщину стенки топки, расширяющиеся к выходу.

Производительность горелок — по 50 нм3/час при давлении газа 80 мм вод. ст. и давлении воздуха'50 мм вод. ст. Время обжига изделий сократилось с 22 час. на твердом топливе до 12 час. на природном газе, при зглучшении качества изделий и увеличении выхода продукции первого сорта в два раза. Расход средств на топливо сократился в 2,5 раза, а на зарплату обслуживающего персонала — в 3,1 раза.