Движение газов и рациональный режим давления в печи

В современных печах в качестве источника тепловой энергии в подавляющем большинстве случаев используется топливо или электрическая энергия. Среди топливных пе­чей наибольшее распространение получили пламенные пе­чи, в которых для сжигания газа или мазута применяется факельный (пламенный) метод. В пламенных печах харак­тер движения газов в рабочем пространстве печи тесней­шим образом связан с теплообменом, конструкцией и на­значением печи. Он определяется в основном следующими обстоятельствами: расположением горелок (форсунок) и дымоотводящих каналов; динамическим воздействием струй, создаваемых горелками и форсунками; режимом давления в печи.

Наивысшая температура в печи развивается в том мес­те, где сжигается топливо, т. е. там, где установлены горелки (форсунки). Сжигание топлива в печи может быть сконцентрировано с одной стороны печи или рассредоточе­но по всей ее длине. Расположив соответствующим образом дымоотводящие каналы, получают методический или ка­мерный режим работы печи. При методическом режиме (рис. 23, а) топливо сжигается с одной стороны печи (го­релки установлены в торце выдачи металла), а дымовые газы удаляются с другой стороны печи. Продукты сгорания, проходя по печи навстречу металлу, постепенно отдают ему часть своего тепла, а сами остывают. При этом температу­ра газов уменьшается по мере удаления их от горелок, и температурный режим печи характеризуется изменением (падением) температуры по длине печи.

При камерном режиме работы нагревательной печи тем­пература по ее длине остается практически постоянной. Для этого подвод тепла и дымоотводящие каналы надо рас­средоточить по длине (рис. 23, б). В этом случае горелки устанавливаются по всей длине печи. Перемешивание от­дельных струй, интенсивное движение газов — все это спо­собствует выравниванию температуры в рабочем объеме печи.

В обеспечении равномерности нагрева важная роль при­надлежит интенсивности движения газа, его циркуляции. Это особенно важно в средне- и низкотемпературных печах. В высокотемпературных печах (1473—1873 К) преобладает теплообмен излучением, в среднетемпературных (1073— 1473 К) излучение соизмеримо с конвекцией, в низкотемпературных (до 1073 К) преобладает конвекция. Посколь­ку теплопередача конвекцией тем больше, чем выше ско­рость движения газов, постольку интенсификация движения газов в печах последних двух групп имеет важное значение. Для обеспечения циркуляции газов используют способность газовых струй создавать разрежение у своих истоков. С ис­пользованием этой особенности работают, в частности, тер­мические печи с подподовыми топками (рис. 24). Струя, создаваемая горелкой, подсасывает продукты сгорания из рабочего объема и создает тем самым циркуляцию газов.

В некоторых случаях при светлой термообработке и тер­мохимической обработке ме­талла необходима интенсивная циркуляция специальной ат­мосферы, в которой нагревает­ся металл. Подобная циркуля­ция обеспечивается примене­нием специальных вентилято­ров, рабочее колесо которых вынесено непосредственно в печь. Интенсивная циркуляция специальной атмосферы повышает равномерность и скорость нагрева и обеспечивает увеличение производительности печи.

Однако в некоторых печах соответствующее движение газов обеспечивает не только теплотехнические, но и чис­то технологические цели. Примером может служить марте­новская печь, для работы которой большое значение имеет настильность (касание поверхности ванны) факела. При настильности интенсифицируется конвективный теплообмен и сопутствующий ему массообмен между факелом и ван­ной.

Для нормальной эксплуатации печи скорость выхода топлива и воздуха из горелки должна выбираться на осно­вании данных по струям и быть такой, чтобы пламя не би­ло в противоположную стенку. Горелки на противополож­ных стенках должны быть установлены в шахматном поряд­ке. Не следует устанавливать горелки вблизи окон печи во избежание подсоса в печь холодного воздуха. В некоторых случаях, например в торцах выдачи методических печей (рис. 23, а), подсос холодного воздуха в печь через окно выдачи (пунктирная стрелка) не только снижает температу­ру печи и вызывает перерасход топлива, но и приводит к образованию настылей окалины на поду печи, что вызыва­ет перебои в ее работе.

Давление в рабочем пространстве печи определяется в основном двумя факторами: воздействием струй и влиянием дымовой трубы (дымососа). Рациональным режимом дав­ления в рабочем пространстве печей является такой, при котором в печи поддерживается небольшое избыточное дав­ление. Это относится как к топливным, так и к электричес­ким печам. Если печи работают с муфелированием метал­ла, то под муфелем также поддерживается небольшое избы­точное давление. Все это делается для того, чтобы избежать попадания в печь холодного воздуха, который резко ухуд­шает работу печи, так как, снижая температуру, вызывает перерасход топлива, приводит в нагревательных печах к излишнему окислению металла.

Работа дымовой трубы осуществляется так, чтобы на уровне пода печи поддерживалось нулевое давление. Выше уровня пода будет избыточное давление, ниже — разреже­ние. Разрежение нужно для того, чтобы дымовые газы отса­сывались из печи через дымоотводы (борова), входное се­чение которых обычно и располагается на уровне пода печи.

В процессе эксплуатации печи необходимо иметь воз­можность влиять на давление в печи и на разрежение в ее боровах. Для этой цели используют специальное устройст­во, называемое шибером. Шибер представляет собой искус­ственное местное сопротивление, величину которого можно регулировать подъемом или опусканием шиберной заслон­ки. При стремлении понизить давление в печи шибер надо открывать, при желании повысить давление, наоборот, при­крывать.

Современные печи — это высокомеханизированные, ав­томатизированные агрегаты. Во многих печах давление в рабочем пространстве поддерживается на нужном уровне автоматически при помощи регулятора давления, который управляет механизмом подъема и опускания шибера.

Правильный выбор режима давления в печи необходим,, кроме того, как для увеличения долговечности службы ар­матуры и оборудования печи, так и для улучшения условий эксплуатации печи обслуживающим персоналом.

Иногда, стремясь избежать подсоса холодного воздуха в печь, поддерживают излишне высокое давление. Это при­водит к чрезмерному выбиванию раскаленных газов из пе­чи и, как следствие, к преждевременному выходу из строя арматуры печи и элементов ее оборудования.

Только в отдельных случаях (например, при заправке подин мартеновских печей), связанных с условиями рабо­ты обслуживающего персонала в непосредственной близо­сти от печи, целесообразно поддерживать разрежение по всей высоте печи, полностью исключающее выбивание га­зов.