Примерный удельный расход тепла на нагрев (или плавлeние)

1 Кг материала

Тип печи	Процесс	Расход тепла на 1 кг материала, ккал/кг
Нагревательные печи
Малые камерные	Нагрев стальных заготовок	1000-1600
Большие камерные и полуметодические	То же	500-700
Методические с утилизацией тепла уходящих газов	То же	350-500
То же, без утилизации тепла отходящих газов	То же	450-600
Нагревательные колодцы (горячая садка)	То же, слитков	300-330
Нагревательные колодцы (холодная садка)	Нагрев стальных слитков	500-800
Печи с выдвижным подом	Тоже	700-1200
Термические печи
Малые камерные	Отпуск	400-600
То же	Закалка или нормализация	500-800
Ямные, с выдвижным подом или вертикальные	Отжиг, нормализация	600-1100
Проходные	Отжиг, нормализация или закалка	450-850
Обжиговые печи
Кольцевая	Обжиг обыкновенного глиняного кирпича	260-280
Туннельная	Обжиг шамотных изделий	1000-1100
Туннельная	Обжиг обыкновенного глиняного кирпича	300-350
Шахтная	Обжиг портландцементного клинкера	1000-1400
Вращающаяся барабанная	Обжиг портландцементного клинкера	1500-1800
Плавильные печи
Мартеновские	Плавка стали	1200-2000
Вагранки	Плавка чугуна	700-1400
Ванная стекловаренная	Варка натриево-кальциевого стекла	450
Ванная стекловаренная	Плавка сульфатного стекла	650
Сушила
Камерные	Сушка форм	3700-4500
Вертикальные и горизонтальные конвейерные	Сушка стержней	200-300
Туннельные	Сушка керамических материалов	1000-1200
Барабанные	Сушка глины	400-1000

Эффективное использование газа в газоиспользующих установках возможно при одновременном соблюдении:

• надлежащего технического состояния печей (обмуровки, газоходов, заслонок и т.д.);

• автоматизации процессов сжигания газа и регулирования его расходов в зависимости от температурных режимов;

• контроля за качеством сжигания газа с помощью приборов по составу и температуре уходящих газов;

• утилизации тепла уходящих газов;

• передовых приемов организации тепловых процессов и режимно-технологических карт.

Состоянию обмуровки печей, газоходов, тепловой изоляции сводок необходимо уделять большое внимание, так как потери тепла через ограждающие конструкции нагревательных и термических печей достигают 15-20 %.

По ориентировочным подсчетам применение эффективной изоляции стен и сводов печей даст экономию до 3-5 % от общего количества сжигаемого газа. С целью экономии топлива кладку печей желательно заключать в металлический кожух, который следует окрашивать алюминиевой краской. При этом потери тепла стенками печи в окружающее пространство снижаются примерно в 2 раза (по сравнению с открытой кирпичной кладкой).

Оснащенность нагревательных и термических печей автоматикой регулирования теплового режима позволяет экономить до 10-15 % газового топлива.

Организация контроля за качеством сжигания газа позволяет ликвидировать потери топлива с химическим недожогом, снижать потери тепла с уходящими газами в результате регулирования коэффициента расхода воздуха и поддержания его на заданном уровне, способствует интенсификации работы печей. Вместе с тем обеспечение контроля за качеством сжигания газа приводит к снижению вредных выбросов (СО, NО₂, и др.) в атмосферу; тем самым ведется работа по защите окружающей среды от загрязнений.

Использование тепла уходящих газов для подогрева воздуха, идущего на горение, – один из наиболее эффективных способов повышения экономичности работы печей. При подогреве до 250-300 ^оС воздуха, идущего на горение, в рекуператорах современного типа экономия топлива достигает 15-25 %. Целесообразные температурные пределы подогретого воздуха определяются технико-экономическими соображениями.

Для подогрева воздуха в печах машиностроительных заводов используют и регенераторы, см. п. 5.2.

Величина экономии топлива при установке рекуператора (регенератора) может быть оценена по формуле:

Э = [(q2 + q3)R∙100]/[100 – (q2 + q3) (1 – R)],

(5.49)

R = [(tв" – tв') tух.г.] 0,9С",

(5.50)

где С" – отношение теплоемкостей воздуха и уходящих газов в соответствующем интервале температур, С" = С_в : С_ух.г, табл. 5.27; t_в", t_в' – температура воздуха на выходе и входе в рекуператор (регенератор) соответственно, ^оС; t_ух.г – температура уходящих газов перед рекуператором (регенератором), ^оС.

Как видно из формулы (5.49), экономия топлива определена с учетом возможного химического недожога газа. Однако недожог газа может быть ликвидирован, в результате чего экономический эффект от установки рекуператора (регенератора) станет больше на величину недожога топлива, т.е.:

Э' = Э + q3, %,

(5.51)

В процессе обследования следует также установить техническое состояние рекуператоров (регенераторов) и проверить их тепловой режим:

• высокая температура уходящих газов за рекуператором свидетельствует о его засорении, отложении сажи на его поверхности или недостаточной (заниженной) поверхности теплообмена;

• увеличение коэффициента расхода воздуха после рекуператора свидетельствует о его неплотности;

• наличие недожога топлива перед рекуператором и отсутствие недожога после него свидетельствует о догорании топлива в воздухоподогревателе, об этом будет также свидетельствовать высокая температура уходящих газов.

Установка котлов-утилизаторов за печами является рациональной, когда температура уходящих продуктов сгорания от 400 ^оС и выше, и расход топлива превышает 500 кг у.т./ч, что обеспечивает паропроизводительность котла 1 т/ч и выше, а также для группы печей при сжигании в них не менее 500 кг у.т./ч и могущих работать в один газоход.

Котлы-утилизаторы могут быть установлены за печами либо отдельно, либо совместно с рекуператорами или регенераторами. При установке котлов-утилизаторов экономически выгодная конечная температура продуктов сгорания находится в пределах 200 ^оС. С ростом цен на топливо этот показатель будет снижаться, см. гл. 8.

Применение котлов-утилизаторов, регенераторов (рекуператоров) и т.д. дает возможность снизить потери тепла с уходящими газами, однако создание этих устройств требует дополнительных капиталовложений, затрат дефицитных огнеупоров. Вместе с тем, есть более экономичный способ снижения потерь с уходящими газами – это ступенчатое использование тепла.

В тех случаях, когда оптимальный режим работы топливоиспользующих установок требует поддержания высокой температуры уходящих газов, предложено использовать тепло уходящих газов от этих установок по ступенчатой схеме в других, смежных установках, исключив при этом расход топлива на смежную установку.

Теплоэнергетические схемы комплексных установок использования газа могут быть:

• двухступенчатыми;

• многоступенчатыми.

Например, располагаемое тепло уходящих газов (рис. 5.19), отводимых от промышленных печей 1; можно использовать для подогрева воздуха в рекуператоре 2, а затем в сушильной установке 3. Затем чистые продукты сгорания природного газа применяют для нагрева воды в контактном экономайзере 4, что позволяет использовать скрытую теплоту конденсации водяною пара, содержащегося в количестве 2 м^З на 1 м^З сжигаемого газа.

Осуществление такой ступенчатой схемы применения тепла продуктов сгорания природного газа позволяет повысить коэффициент использования топлива в три раза, с одновременным снижением расхода природного газа на комплексную установку с минимальными капиталовложениями на их внедрение.

Существенные резервы повышения эффективности использования газового топлива в печах имеются также в организации их работы и в правильной эксплуатации.

Как показывают расчеты, перевод печи с односменного режима работы на трехсменный позволяет уменьшить удельные расходы топлива на 30-40 %, при этом уменьшаются потери тепла на охлаждение во время остановок и на нагрев при розжиге печи.

Рис. 5.19. Схема использования тепла уходящих газов в ступенчатой установке.

Состав уходящих газов при h = 1,55 (α = 1,5): СО₂ = 7,6 %; О₂ = 7,5 %: N₂= 84,9 %

Затраты тепла на разогрев печи определяется по формуле:

Qраз=Vкл ρ (C2t2 – C1t1)n, ккал,

(5.52)

где V_кл – объем кладки, м³; ρ – плотность кладки, кг/м³; C₂,C₁ – средние удельные теплоемкости кладки при начальной и конечной температуре, ккал/(кг∙^оС); t₂ ,t₁ – конечная и начальная температура кладки, ^оС; п – количество разогревов печи за рассматриваемый период (месяц, год).

Затраты тепла в % определим по формуле:

Qраз = [Vкл ρ (C2t2 – C1t1)n] BQнр, %,

(5.53)

где В – расход газа за рассматриваемый период, м³.

С целью экономии топлива в нагревательных и термических печах периодического действия следует предусматривать:

• футеровку печных объемов легковесными огнеупорами КЛ-13 с целью снижения затрат тепла на аккумуляцию кладки (более подробно данный вопрос изложен в [5.21];

• вести тепловой режим с избыточным давлением до 1,5 кг/м² в рабочей зоне печи, что позволит снизить подсосы воздуха;

• перевод на непрерывное производство.

Одним из перспективных в деле повышения эффективности использования газа является внедрение в производство нагревательных и термических печей с внутренней рециркуляцией греющих газов.

Тепловой режим таких печей может быть выражен уравнением:

tг – tп = (Qпол + Qпот)/VгCг,

(5.54)

где t_г – температура греющих газов, ^оС; t_п – температура рабочего пространства печи, ^оС; Q_пол – расход тепла на нагрев садки, ккал/ч; Q_пот – потери тепла через кладку, ккал/ч; V_г – объем вводимых в рабочее пространство греющих газов, м³; C_г – теплоемкость продуктов сгорания, ккал/(м³∙^оС).

Из формулы (5.54) видно, что при увеличении V_г при прочих равных условиях, разность температур t_г – t_п уменьшается, а при уменьшении – увеличивается. Чем меньше разность между температурой греющих газов t_г, вводимых в печь, и температурой газов рабочего объема печи t_п, тем более равномерный и интенсивный нагрев может быть достигнут.

Сущность внутренней рециркуляции заключается в том, что к греющим газам до ввода их в рабочий объем присоединяются остывшие газы печи и, тем самым, представляется возможность менять (при необходимости) значение V_г, путем приближения температуры греющих газов к температуре рабочего объема.

Отношение общего количества газов, вводимых в рабочий объем, к количеству свежих газов, вытекающих из горелки, определяет кратность рециркуляции:

т= (V1 + V2)/ V1=Vг/ V1,

(5.55)

где V₁, V₂, V_г – объемы соответственно свежих, присоединенных (остывших) и греющих газов.

При достаточно большом значении т величина перепада t_г – t_п минимальна. Следовательно, рециркуляция газов открывает возможности повышения эффективности нагрева. Благодаря рециркуляции уменьшается процентное содержание греющих газов, что обуславливает снижение расходов топлива.

В печах с внутренней рециркуляцией удается сократить длительность нагрева на 20–40 %, уменьшить удельные расходы топлива на 20–30 %.