Спалювання газового палива у промислових печах
Найбільші споживачі газу - промислові печі чорної металургії. Використання газу в доменних печах дозволяє зменшити витрату коксу, підвищити продуктивність праці та знизити собівартість отримання чавуну.
За технологічним призначенням промислові печі поділяють на нагрівальні (ковальські), термічні (для загартування, відпустки, відпалу), плавильні (для плавки металів, скла) обпалювальні (для випалу цегли, вапна, порцеляни та ін.), сушильні (для сушіння піску, лакофарбових покриттів та ін.).
За способом теплообміну і температури печі, що досягається, поділяють на високотемпературні (вище 1000 °С), в яких передача теплоти відбувається переважно променевипусканням; середньотемпературні (650-1000 ° С), в яких передача теплоти проводиться променевипусканням та конвекцією; низькотемпературні (до 650 ° С), у яких передача теплоти відбувається переважно конвекцією.
У високотемпературних печах газ спалюється в робочому просторі печі, що забезпечує передачу теплоти предметам, що нагріваються в основному за рахунок променевипускання від полум'я пальника, розпечених продуктів горіння і вторинних випромінювачів (нагріті поверхні кладки і стін).
У низькотемпературних печах газ повністю спалюється в топці, продукти згоряння, прямуючи в робочу камеру, омивають нагріваються предмети і передають теплоту в основному за рахунок конвекції.
Швидкісний нагрівання металу при температурах у пічній камері до 1400-1500 °З знаходить все більше застосування в масовому виробництві, оскільки скорочується час нагрівання та збільшується продуктивність печей.
У ковальсько-пресовому виробництві використовують камерні нагрівальні печі з висувним подом. У цих печах застосовують примусову циркуляцію продуктів згоряння за рахунок енергіїгазоповітряних струменів, що випливають з пальників, що сприяє отриманню обертових потоків газу з рівномірною температурою навколо виробів, що нагріваються.
Для захисту поверхні металу від контакту з агресивними газами застосовують захисні середовища. Один із способів отримання захисного середовища - спалювання газу з нестачею повітря.
На металургійних заводах набули поширення муфельні печі для термічної обробки холоднокатаного листа в рулонах, відпалу дроту в бунтах. Муфельні печі застосовують для термічної обробки металу в машинобудуванні. Використовують газове паливо для сушіння форм у ливарних цехах.
Природний газ успішно застосовують у хімічній та харчовій промисловості, а також у промисловості будівельних матеріалів. Для підвищення продуктивності скловарених печей та збільшення світності факела полум'я використовують збагачення газу важкими вуглеводнями (до 20-30% мазуту). Застосовують також методи переведення сталеплавильних та скловарених печей на природний газ без добавки мазуту, підвищення світності факела досягається шляхом уповільненого змішування газу та повітря в печі та посилення виділення з газу сажистого вуглецю, що дозволяє скоротити час варіння сталі та скла та знизити витрату палива. Велике значення мають правильний вибір кількості та типу пальників, їх раціональне розміщення, правильний пристрій димоходів з урахуванням розміщення у печі матеріалів, що піддаються тепловій обробці.
Пальники повинні забезпечити підготовку та подачу газоповітряної суміші в робочий простір печі, стійкість запалення та стабілізацію фронту горіння в інтервалі зміни навантаження печі, створення факела необхідної довжини та випромінювальної здатності. Для виконання цих функцій застосовують різні пальники. Атмосферні пальникивикористовують у низькотемпературних печах.
Інжекційні пальники середнього тиску застосовують у невеликих камерних печах шириною до 0,8 м-коду при односторонньому і 1,5 м-коду при двосторонньому розміщенні пальників. Пальники з примусовою подачею повітря більш універсальні, вони успішно працюють на газі низького та середнього тисків на різноманітних установках з різним режимом та забезпечують ширші межі регулювання витрати газу, що дозволяє інтенсивно підводити теплоту в період розігріву та знижувати підведення, коли витрати теплоти потрібно значно зменшити. без вимкнення окремих пальників. При переведенні печей на газове паливо рекомендується встановлювати газопальники. Число пальників на агрегаті має бути мінімальним, але достатнім для рівномірного нагрівання та відповідного теплового режиму.
При розміщенні пальників на агрегаті необхідно виключити прямий напрямок факела на поверхні, що нагріваються, так як це може призвести до місцевих перегрівів і погіршення якості продукції. Розміщення димовідвідних каналів у робочому просторі печі повинно забезпечити рівномірний розподіл продуктів згоряння, що омивають предмети, що нагріваються.
Розглянемо будову та принцип дії деяких промислових печей.
За умовами укладання і переміщення предметів, що нагріваються в робочому просторі печей розрізняють камерні та методичні печі. Камерні печі бувають зі стаціонарним або висувним подом, у яких метал у процесі нагрівання перебуває у нерухомому стані. У методичних печах метал під час нагрівання переміщається у робочому просторі печі. У методичних печах температура робочого середовища в ході металу неоднакова, а камерних - практично однакова.
Камерна нагрівальна піч (малюнок нижче). Джерелом теплоти служить пальникнизького тиску із примусовою подачею повітря. Спалювання газоповітряної суміші здійснюється в робочому просторі печі, що забезпечує швидкісне нагрівання виробів до 1400 °С. Вироби нагріваються в основному за рахунок випромінювання смолоскипів, продуктів згоряння, цегляної кладки та частково за рахунок конвекції.
Камерна нагрівальна піч
1 – газовий колектор; 2 - продувний газопровід; 3 - клапан блокування газу та повітря; 4 – запальник; 5, 6 - манометри для газу та повітря; 7 - повітропровід; 8 - повітряна регулювальна заслінка; 9 - пальник; 10 - оглядове та запальне отвори; 11 – шибер; 12 – газопровід безпеки; 13 - димар; 14 – завантажувальне вікно; 15 - робоча камера
Конструкція витяжних каналів створює хороші умови для циркуляції продуктів згоряння і рівномірного омивання предметів, що нагріваються. Перевага камерних печей полягає в тому, що в них можна нагрівати різні за розмірами та формами заготовки при різних температурних режимах. Камерні печі можуть працювати з періодичним та безперервним завантаженням та видачею виробів при постійному температурному режимі в печі.
Термічні печі
Термічні печі служать для надання виробам, що нагріваються, певних властивостей. При цьому в низькотемпературних печах сталеві вироби нагріваються нижче за температури внутрішньоструктурних перетворень (до 250-700 °С), а у високотемпературних - в інтервалі температур внутрішньоструктурних перетворень (700-1200 °С). Тому до термічних печей пред'являють більш жорсткі вимоги, ніж нагрівальних, щодо підтримки потрібного температурного режиму в робочій камері.
Мала термічна піч
1 - піч; 2 - тягомір; 3 - інжекційний пальник; 4 – термопара; 5 – регулятор температури; 6 – виконавчий механізм; 7- запірний кран; 8 – регулюючий кран; 9 - продувний газопровід; 10 – манометр; 11 - сигналізатор падіння тиску газу; 12 - газопровід безпеки
На малюнку вище показана мала термічна піч із регулюванням температури. Підтримка необхідної температури печі забезпечується автоматикою. Принцип роботи автоматики ось у чому. При відхиленнях температури у робочій камері змінюється ЕРС у термопарі. Зміна ЕРС перетворюється в регуляторі температури та у виконавчому механізмі на зусилля, що змінює ступінь відкриття регулюючого крана. Відповідно змінюється подача газу в пальник. У термічних печах на температурний режим поряд з випромінюванням впливає і конвекція, а в низькотемпературних печах конвективна теплопередача переважає, тому хороший нагрівання металу досягається тільки при рівномірному розподілі теплових потоків в робочому просторі печі.
Сушильні печі
У машинобудуванні в ливарних цехах застосовують сушильні установки для сушіння форм та стрижнів, а також для сушіння виробів після фарбування. Робоча температура в сушильних установках нижча за точку займання газу, тому в таких установках газове паливо спалюється в відокремленій камері згоряння. Продукти згоряння надходять із топки в робочий простір після розведення їх повітрям.
Переведення сушильних установок на газове паливо здійснюється шляхом встановлення газових пальників у топковому просторі, розташованому нижче рівня підлоги. Продукти згоряння надходять до робочої камери через спеціальні отвори розподільних димоходів, розташованих уздовж бічних стінок сушильних установок. Для сушильних установок використовують інжекційні пальники низького тиску. Ці пальники встановлюють уздовж бічних стін робочої камери сушарок. Газ,надходячи в пальник, всмоктує з навколишнього простору до 50% необхідного для повного згоряння повітря та змішується з ним. Для забезпечення рівномірної подачі газу по всій довжині пальника газоповітряна суміш послідовно надходить по двох концентричних розподільних трубах. На зовнішній розподільній трубі є ковпачки з вихідними отворами, де відбувається горіння газу. У отворів за рахунок змішування з повітрям, що надходить з-під пальника, утворюються розтягнуті по всій довжині сушильної установки смолоскипи. При цьому досягається температурний режим 350-450 °С.
Для поверхневого сушіння форм та стрижнів застосовують установки з панельними пальниками, а також пальники інфрачервоного випромінювання. Використання радіаційного нагріву при сушінні ливарних форм багато в чому залежить від їхньої конфігурації. Якщо плоскі поверхні нагріваються і швидко сохнуть, то сушіння глибоких і затінених виїмок триває довше.
Використання газового палива дозволяє організувати поверхневе сушіння великих форм на місці їх виготовлення за допомогою переносних сушарок, що дає великий економічний ефект.