Промышленные горелки — виды и особенности работы устройств

9.7. Промышленные печи на газовом топливе

Широко распространенными газопотребляющими агрегатами являются промышленные печи. Применение газа (взамен других видов топлива) в промышленных печах при рациональной организации его сжигания дает значительный экономический эффект, определяющийся как более низкими затратами на топливную составляющую в себестоимости продукции, так и улучшением технико-экономических показателей самих агрегатов.

Широкое использование газа открывает возможности для создания высокоэффективных автоматизированных печей новых типов: безокислительного и скоростного нагрева, с кипящим слоем, рециркуляционных и др.

• по технологическому назначению — плавильные, нагревательные, термические, обжиговые, сушильные и т.д.;

• по конструкции рабочей камеры — камерные, проходные, с выдвижным и с вращающимся подами, методические, шахтные и туннельные;

При организации сжигания газового топлива в печах особое внимание необходимо уделять правильному теплообмену в рабочей камере печи. По условиям теплообмена промышленные печи можно разделить на три группы:

• Высокотемпературные печи (температура в рабочей камере — выше 1000°С). Теплопередача осуществляется в основном излучением; топливо сжигается в рабочем пространстве печи;

• Среднетемпературные печи (температура в рабочей камере — 650–1000°С). В этих печах теплопередача осуществляется, как излучением, так и конвекцией, газовое топливо сжигается в отдельных камерах, чаще отделенных от рабочего пространства печи.

• Низкотемпературные печи (температура в рабочей камере — до 650°С). Теплопередача осуществляется в основном конвекцией. Газовое топливо сжигается в отдельной топочной камере, а теплоноситель, образуемый смешением высокотемпературных продуктов сгорания с воздухом или рециркулятором необходимой температуры, подается в рабочее пространство печи.

В высоко- и среднетемпературных печах теплообмен совершается главным образом за счет излучения пламен и раскаленных трехатомных газов (СО2 и Н2О) к нагреваемым изделиям и к кладке. Роль кладки как вторичного излучателя особенно ощутима при теплопрозрачных продуктах сгорания, образующихся при кинетическом сжигании газа (например, при применении инжекционных горелок среднего давления, работающих с коэффициентом избытка первичного воздуха α1>1,0).

Интенсивность теплообмена в низкотемпературных печах, где основное значение имеет передача теплоты конвекцией, достигается путем циркуляции газов, которая одновременно приводит к выравниванию температуры в печах и равномерному прогреву находящихся в них изделий.

Расход газа в печах зависит от их конструкции, эксплуатационного состояния, режима работы, производительности и температуры уходящих газов. Расход газа (теплоты) на 1 кг металла, нагреваемого в печах без рекуператоров, приведен в табл. 9.11.

В печах, использующих теплоту уходящих газов для нагрева воздуха, расход газа уменьшается на 20–30% . Количество используемой в печах химической теплоты газа зависит от температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха (табл. 9.12) Приведенные в таблице данные указывают на необходимость работы с минимальным коэффициентом избытка воздуха и использования теплоты уходящих газов, в особенности для высокотемпературных печей.

Газовое оборудование нагревательных и термических печей. Нагревательные печи предназначены для нагрева металла перед ковкой, штамповкой или прокаткой. При нагреве черных металлов температура в печах в зависимости от марки стали достигает 1250–1400, в отдельных случаях — 1500°С, при нагреве цветных металлов — 500–950°С. Рабочее пространство нагревательных печей выложено шамотным или высокоглиноземистым кирпичом. В печах с температурой выше 1400°С свод выполнен из динасового кирпича.

Термические печи предназначены для нагрева металла перед последующей технологической обработкой. Термическая обработка металлов улучшает их структуру и придает свойства, необходимые для определенных конкретных условий: прочность, твердость, износоустойчивость, вязкость и т.п. Термическая обработка включает в себя ряд операций: нагрев до определенной температуры, выдержку при ней в течение заданного времени и охлаждение с заданной скоростью.

Для термической обработки применяются камерные, проходные, вертикальные, муфельные и ванные печи. Выбор типа горелок и их числа определяются типом и размером печи, технологией нагрева и т. п. Применение газа позволяет внедрять прогрессивные методы ускоренного и скоростного нагрева металла. Сталь обладает большими возможностями для проведения скоростного нагрева, при котором значительно уменьшаются окисление и разуглероживание стали, а структура и механические свойства улучшаются. В основу этого метода положен принцип транспортирования изделий через печь в течение строго заданного времени, так как температура в печи значительно превышает температуру нагрева металла и достигает 1500–1600°С.

Читать статью  Что такое опытно промышленная эксплуатация?

Важнейшим требованием, предъявляемым к скоростным печам, является обеспечение равномерного и всестороннего нагрева. Последнее достигается интенсивным подводом теплоты не только за счет излучения газов и кладки, но и за счет больших скоростей продуктов сгорания, приводящих к увеличению конвективного теплообмена. Тепловые напряжения в печах скоростного нагрева достигают нескольких десятков и даже сотен тысяч киловатт на 1 м3, продолжительность нагрева сокращается в 3–5 раз, а угар металла снижается на 0,3–0,5%.

Печи безокислительного (малоокислительного) нагрева. Для получения после нагрева или термообработки изделий чистой неокисленной поверхностью применяют печи безокислительного нагрева, резко сокращающие потери металла, переходящего в окалину, составляющие в обычных печах 2–5% нагреваемого металла. Кроме того, отсутствие окалины исключает брак от вдавливания ее в поверхность металла при ковке, штамповке или прокате; повышает стойкость штампов и валков. Нагрев заготовок без образования окалины позволяет применять точную штамповку с минимальными допусками, что дает значительную экономию металла и уменьшает затраты на механическую обработку деталей. Для нагрева изделий до 900–1000°С, главным образом для термообработки, а также для газовой цементации, применяют муфельные печи или печи с радиационными трубами.

Для предотвращения угара металла применяется безокислительный нагрев заготовок и изделий в специальных газовых печах. Газ в нагревательных камерах сжигают с большим недостатком воздуха, в результате чего в продуктах неполного сгорания появляется значительное количество оксида углерода и водород, которые не окисляют, а при определенных условиях даже восстанавливают окисленный нагретый металл.

Печь безокислительного нагрева состоит из двух камер и рекуператора для нагрева воздуха. Предварительный разогрев печи осуществляется при сжигании газа с α = 1,05–1,10. После разогрева печи нижняя рабочая камера переводится на горячий воздух с α = 0,5, а в верхнюю камеру подается холодный воздух для дожигания продуктов неполного сгорания из нижней камеры. Образовавшиеся в верхней камере продукты завершенного сгорания поступают в рекуператор, где отдают теплоту проходящему через него воздуху, и отводятся в атмосферу. Передача теплоты заготовкам или изделиям в рабочей камере происходит от факела, продуктов неполного сгорания газа и излучения свода, отделяющего нижнюю камеру от верхней.

Если требуется полностью устранить окисление или обезуглероживание поверхности металла или необходима ее цементация, изделия нагре-вают в пламенных муфельных или радиационных печах. Рабочее пространство таких печей полностью изолируется от продуктов сгорания газа и заполняется специальными газами необходимого химического состава. Изделия помещают в муфели, заполняемые нужной газовой средой.

Нагрев муфелей снаружи осуществляется пламенем горелок и продуктами сгорания газа. В радиационных печах изделия, находящиеся в камерах, заполненных газовой средой, нагревают за счет излучения труб, в которых сжигают газ. Радиационные трубы применяют в безмуфельных печах при термической или химико-термической обработке металла в специальной атмосфере. Наиболее часто с помощью радиационных труб обогревают протяжные и проходные печи для светлой термической обработки полосовой стали, прутков, труб и пр. По мере создания сталей с высокой жаростойкостью (до 1300°С) можно ожидать значительного расширения области применении радиационных труб для безокислительного нагрева металла под ковку и штамповку, для высокотемпературного подогрева воздуха и пр.

В качестве защитной среды, которой заполняют муфели, камеры или туннели с нагреваемыми в них изделиями, широко используют продукты неполного сгорания углеводородных газов, очищенные частично или полностью от водяных паров и углекислого газа, в зависимости от необходимого состава защитной среды процесс неполного сгорания газа проводится при α = 0,60–0,90/0,25–0,40. В первом случае реакция является экзотермической, идущей с выделением теплоты, и полученный газ называется экзогазом; во втором случае эндотермической, требующей подвода теплоты извне. Полученный при этом газ носит название эндогаз.

Печи с кипящим слоем. Одним из наиболее перспективных способов интенсификации теплообмена между греющими газами и поверхностью металла является кипящий слой, образующийся при продувании засыпки зернистого материала потоком газа. При относительно низких скоростях газового потока слой материала неподвижен, сопротивление фильтрации возрастает пропорционально скорости газа. Когда гидравлическое сопротивление слоя становится равным его удельному весу (на единицу площади опорной решетки), наступает состояние псевдоожижения: высота слоя возрастает, частицы (зерна) материала под действием потока газа начинают перемешиваться.

Читать статью  Оборудование для диагностики промышленных сетей

В качестве зернистой засыпки в печах кипящего слоя применяют кварцевый песок, корунд, карборунд, шамот, магнезит и другие огнеупорные материалы с размером частиц (зерен) от 50 мкм до 2 мм и более. Для получения высоких значений коэффициента теплоотдачи выгоднее использовать засыпку из мелкозернистого материала (dср = 0,3–1,0 мм).

Частицы (зерна) твердого материала, нагретые газовым потоком, соприкасаются с поверхностью нагреваемого металла и отдают теплоту. Постоянное обновление частиц у нагреваемой поверхности следствие их интенсивного перемешивания, высокая объемная теплоемкость и их большая поверхность в единице объема слоя обеспечивают высокие значения коэффициентов теплоотдачи от газов к частицам и наоборот. Таким образом, частицы служат эффективным промежуточным теплоносителем.

По нагревающей способности кипящий слой превосходит все применяемые в промышленной практике способы нагрева, за исключением индукционного. Так, например, при температуре среды 900°С средний коэффициент теплоотдачи αк, кВт/(м2•°С), при нагреве металла от 20 до 900°С достигает:

Промышленные горелки — виды и особенности работы устройств

Промышленная горелка — устройство для контролируемого сжигания топливо-воздушной смеси, состоящей из воздуха и распыленного топлива (жидкого, газообразного, комбинированного), что дает возможность настройки горелочного устройства для большинства производителей теплогенератора. Возможность регулировать производительность горелочного устройства в зависимости от требуемой мощности потребителя делает ее одним из важных элементов коммунальных предприятий, заводов по утилизации отходов и других секторов промышленности.

Классификация промышленных газовых горелок

Несмотря на простоту конструкции и работы, газовые горелки отличаются между собой по многим параметрам: принцип образования топливно-воздушной смеси, рабочее давление смеси, ступени регулировки мощности, вид применяемого топлива. Разнообразное техническое исполнение позволяет подобрать наиболее подходящую модель под конкретные задачи.

По принципу смесеобразования горелки подразделяются на:

Снабжение рабочей области воздухом происходит за счет эффекта диффузии — перемещения и перемешивания молекул кислорода с фракциями топлива. Такое устройство часто применяется в подовых горелках промышленных печей для равномерного сжигания газа по всей ее площади.

Кинетическая энергия газа, подаваемого из форсунки под большим давлением, увлекает за собой в камеру сгорания воздух из окружающей среды через инжектор-глушитель. Данный тип исполнения применяется для направленной подачи высокотемпературного факела с малым рассеиванием тепла. Основное применение — газовые котлы квартир и домов до 120 кВт, промышленное огневое оборудование.

Для обеспечения полного сгорания топлива к форсунке принудительно подается воздух турбиной или вентилятором. Данные горелки отличаются экономичностью и высоким КПД, что позволяет использовать их в системах горячего водоснабжения. Единственный существенный минус таких горелок для промышленных котлов — высокая шумность.

По принципу регулировки горелки делятся на:

Такие горелки работают на заданном параметре мощности. Подача топлива к устройству не изменится, а горелка может быть либо включена, либо выключена. Чаще такое исполнение встречается в отопительных котлах малой мощности, минусом которых является повышенный расход топлива, а плюсом — надежность и безотказность механики.

Двухступенчатые горелки могут работать либо с производительностью, уменьшенной на 30% от максимальной мощности, либо на максимальной мощности. Переключение с одной ступени на другую может происходить автоматически или осуществляться вручную.

Изменение производительности в таких горелках происходит не ступенчато, а плавно. При при подключении к таким горелкам электронного блока управления они получают возможность работать в модуляционном режиме.

Устройства с множеством позиций для автоматической настройки мощности управляются автоматикой котла, что снижает расход топлива и исключает появление нагара с сажей.

Тип применяемого топлива

Вентиляторные горелки могут использовать разные виды топлива. Горелки , которые используют топливо только одного вида называются “Однотопливными” , а горелки, которые используют разные вида топлива (одно в качестве резервного) — “Комбинированными”. Таким образом существует несколько типов горелок:

Газовые

Устройства используют в качестве топлива сжиженный или природный газ, смешанный с воздухом. Это позволяет получить высокотемпературный устойчивый факел. Преимуществом является экономичность по сравнению с другими видами применяемого топлива, и экологичность из-за низких выбросов.

Пример газовой горелки:

Жидкотопливные

Жидкотопливные горелки в свою очередь подразделяются по типу используемого жидкого топлива на:

Дизельные

На горение вместо газа поступает распыленное дизтопливо (посредством форсунки), смешанное в смесительном устройстве с необходимым количеством кислорода.

Дизельные горелки активно используются в промышленности, в которой нет возможности применения газа. Такие устройства чаще закапчиваются, но работают в условиях низких температур окружающей среды.

Читать статью  Отзывы о Промышленное оборудование, ООО (Южнопортовый район, Москва)

Мазутные

Мазут заранее подогревается до определенной температуры, после чего посредством насоса поступает к форсунке для дальнейшего распыла и смешения с воздухом. Сжигание низкосортного топлива контролирует автоматика, отчего расход таких горелок не превышает дизельные аналоги. Это отличный вариант дешевого источника тепла для машиностроительных предприятий и автомастерских (где есть отработанное масло или мазут).

Комбинированные

Горелки могут работать на нескольких видах топлива, так как оборудованы разными типами форсунок. На рынке наиболее распространены газово-дизельные и газово-мазутные устройства. Комбинированные горелки используются там, где перебои в работе недопустимы — школы, детские сады, больницы, а также в энергетической и металлургической промышленности.

Промышленные горелки решают множество проблем нашей повседневной жизни и обеспечивают работу предприятий. Высоким качеством среди производителей отличаются горелки Ecoflam. Компания ООО “ТЕРМОГАЗ” является дистрибьютором горелок Ecoflam, успешно работающих на самых ответственных объектах России и стран СНГ. Специалисты компании помогут сделать правильный выбор подходящего устройства.

Печи с газовым нагревом для термообработки металла

На заводах и в термических цехах для термообработки металла используется огромное количество различных видов нагревательного оборудования. Их основная классификация приведена в статье «Оборудование для термической обработки: основные виды печей». Подчеркивается, что перечень оборудования для термообработки и вспомогательного оборудования очень и очень велик, поскольку требуется обеспечение различных свойств металлических изделий. В этой статье мы хотим познакомить Вас с газовыми нагревательными печами для термообработки металла.

Печи с газовым нагревом

В печах с газовым нагревом для термообработки металла, как следует из названия, в качестве топлива используется газ, он подается в печь инжекционными горелками.

К газовым нагревательным печам можно отнести камерные с неподвижным подом и выдвижным подом, с вращающейся ретортой, муфельные непрерывного действия и т. д.

Рассмотрим существующие на сегодняшний день аналоги печей с газовым нагревом

Газовые кузнечные печи

ПГТ 12.9.6/13 К

Газовые камерные нагревательные печи предназначены для ковки, штамповки и др. процессов термообработки

В конструкциях такого рода печей предусмотрено:

  • автоматическая продувка печи перед началом работы.
  • защита от превышения температуры.
  • аварийная остановка печи при выходе давления газа за допустимый диапазон.
  • аварийная остановка при падении давления воздуха перед горелками.
  • аварийная остановка печи при невозможности автоматического розжига горелки.
  • защита от погасания горелок.
  • необходимое защитное ограждение.

Газовые промышленные печи с выкатным подом

Газовые печи с выкатным подом используются для термообработки крупногабаритных садок.

В конструкциях такого типа газовых печей предусмотрено:

  • автоматическая продувка печи перед началом работы;
  • защита от превышения температуры;
  • аварийная остановка печи при выходе давления газа за допустимый диапазон;
  • аварийная остановка при падении давления воздуха перед горелками;
  • аварийная остановка печи при невозможности автоматического розжига горелки;
  • защита от погасания горелок;
  • необходимое защитное ограждение;

Плавильные газовые печи для плавки металла

ПГП 600/14 М

Плавильные печи с газовым нагревом предназначены для плавки и выдержки алюминия, меди и сплавов на их основе.

В таких печах предусмотрено:

  • аварийный слив расплава металла в случае повреждения тигля;
  • система управления горением (осуществляет автоматическое выключение при потери пламени, падении напряжения, давления газа, воздуха и других аварийных ситуациях);

Карусельные печи с газовым нагревом

ПГТ 20.2/13,8-КВ

Газовые печи карусельного типа используются для непрерывного нагрева заготовок перед горячей штамповкой и ковкой.

В газовых печах карусельного типа предусмотрено:

  • Система нагрева со скоростными горелками и центральным рекуператором;
  • Система управления на базе PLC контроллера с операторской панелью;
  • Автоматическое и ручное управление вращением пода;
  • Отличные теплоизоляционные качества футеровочных материалов;

Шахтные печи с газовым нагревом

ПГТ 20.10.50/7Ш

Газовые печи шахтного типа предназначенные для термообработки длинномерных изделий.

В газовых печах шахтного типа предусмотрено:

  • Прочный корпус с усиленным профилем;
  • Нагревательные элементы по всей поверхности рабочей камеры;
  • Равномерное распределение температуры по камере;
  • Система принудительной циркуляции воздуха в печи (вентилятор, экран, диффузор).
  • Модуль аварийного отключения при превышении температуры в печи;

Производителем газовых печей для термообработки в России является в частности ЗАО «Нaкaл — Промышленные печи» (город Москва), специализирующееся на разработке, производстве и продаже оборудования для термической обработки с 1992 года.

Источник https://www.fas-him.ru/info/spravochnik/gl-9/gl-9_105.html

Источник https://newsvo.ru/promyshlennye-gorelki-vidy-i-osobennosti-raboty-ustrojstv.dhtm

Источник https://heattreatment.ru/pechi-s-gazovym-nagrevom-dlya-termoobrabotki-metalla.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *