13.2 Теплові процеси
До теплових процесів відносяться процеси, основну роль в яких виконують безпосередньо теплообмінники змішування, кожухотрубні, трубчасті печі. Такі процеси в нафтопереробній промисловості зустрічаються значно рідше, ніж масообмінні процеси та процеси з хімічними реакторами.
Промислова піч є теплотехнологічним агрегатом, тобто пристроєм, в якому здійснюється технологічний процес, пов'язаний з тепловою обробкою матеріалу. Формально печі розрізняють по технологічній ознаці, хоча вона часто не характеризує їх теплотехнічні особливості. Оскільки піч служить для теплової обробки матеріалу, в основу класифікації слід покласти процеси генерації і передачі тепла, що визначаються перш за все первинним джерелом енергії. Для більшості промислових печей таким є паливо, хімічна енергія якого трансформується в теплоту продуктів згорання. Використовується також електроенергія при різних способах генерації тепла (дуговий, індукційний, опором прямої і побічної дії і ін.).
Багато технологічних процесів протікають з виділенням тепла, завдяки чому первинною стає хімічна енергія початкових матеріалів. Прикладом установок, званих автогенними, в яких реалізуються такі процеси, є кисневі конвертери.
Залежно від джерела первинної енергії різні і способи нагріву. По цій ознаці виділяють печі-теплообмінники і печі-теплогенератори. По-перше матеріал нагрівається в результаті передачі тепла до поверхні (зовнішній теплообмін) і його розповсюдження по масі тіла (внутрішній теплообмін). У установках другого типу зовнішній теплообмін відсутній, оскільки генерація тепла відбувається в матеріалі, що нагрівається.
До першої групи відносяться паливні печі, теплоносієм в яких є продукти згорання палива, а також електричні печі опору побічної дії, де тепло генерується і передається випромінювачами (резисторами).
До другої групи належать електричні печі опору прямої дії і індукційні, а також автогенні установки.
Зовнішній теплообмін може здійснюватися радіацією (випромінюванням), конвекцією або сумісно двома способами, залежно від чого печі класифікують і по цій ознаці. В установках для нагріву кускового і зернистого матеріалу в шарі теплообмін відрізняється певною специфікою, у зв'язку з чим такий режим (шаровий) доцільно виділити особливо.
У промислових печах початковий матеріал звичайно є твердим. Його обробка включає нагрів, випалення, сушку і інші процеси, що не змінюють агрегатного стану продукту. Якщо останній знаходиться в рідкій фазі, то процес супроводжується плавленням, і такі установки називаються плавильними.
Велике значення має режим роботи печей, який може бути безперервним і періодичним. Безперервні печі зазвичай прохідні, матеріал в них рухається уздовж робочого простору від місця завантаження до видачі, поступово нагріваючись. В установках періодичної дії вироби подаються в піч, обробляються в ній (при цьому вони не переміщаються) і вивантажуються після закінчення процесу.
Паливні металургійні печі відрізняються високими температурами газів, є, як правило, підігрів повітря, при цьому залежно від типу повітронагрівачів розрізняють печі рекуперативні і регенеративні. Розімкнена схема включає казани-утилізатори для отримання пари. Продукти горіння відводяться з печі в результаті розрідження, створюваного димарем (природна тяга) або димососом (штучна тяга). Перший спосіб застосовується при відносно високій температурі газів (400°С), що відходять, другий - при нижчих їх значеннях. Можлива також робота печей під тиском в робочому просторі (доменні печі).
Робочий простір пічної установки є камерою тієї або іншої конфігурації, захищеною вогнетривкою кладкою. У значному, звичайно більшому, його об'ємі здійснюються процеси генерації тепла і руху продуктів згорання. Цю частину робочого простору називають газовою зоною. Решта об'єму, зайнятого матеріалом, є технологічною зоною. У ній відбуваються тепло-технологічні процеси теплової обробки матеріалу.
У безперервних печах можлива наявність декількох газових і технологічних зон з різним температурним режимом. Газові і технологічні зони звичайно стикуються на поверхні виробів, що нагріваються, або займають загальний об'єм (у шарових печах).
У пічну установку входять також пристрої для видалення продуктів згорання (димові канали, димососи, димарі); використовування теплоти газів, що відходять (рекуператори або регенератори, казани-утилізатори і ін.); регулювання і вимірювання витрати палива і повітря, тиск в камері і інших параметрів; завантаження і видачі матеріалу, відкриття і закриття робочих вікон і ін.