Файл: Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие.pdf

117

На рис. 40 показан котел-утилизатор типа КУ-80, устанавли­ ваемый за мартеновскими печами. Поверхности нагрева котла, выполненные в виде ряда змеевиков, расположены в двух верти­ кальных газоходах.

В первом по ходу газов восходящем газоходе расположены пароперегреватель и испарительные змеевики, а в нисходящем— водяной экономайзер. Газоходы снаружи имеют легкий металли­ ческий каркас, а изнутри — футеровку из огнеупорного кирпича с изоляцией из диатомитового кирпича.

Барабан котла расположен сбоку газоходов и изолирован снаружи шлаковатными матами. Питательная вода поступает в экономайзер, подогревается там и проходит в барабан. Из бара­ бана вода идет в испарительные змеевики, где нагревается до температуры насыщенного пара. Пароводяная смесь снова по­ ступает в барабан, откуда пар идет в пароперегреватель, а вода циркуляционным насосом снова подается в испарительные змее­ вики.

В пароперегревателе пар подогревается до температуры 350— 400° С и затем в виде сухого перегретого пара идет в заводской паропровод. Котел рассчіГган на пропуск 80—100 тыс. м3/ч отхо­ дящих дымовых газов. Паропронзводительность котла до 15 т/ч пара давлением 18 кгс/см2.

Для меньших или больших количеств отходящих газов приме­ няются котлы с соответственно меньшей или большей поверхно­ стью нагрева.

ГЛАВА V

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ И СУШИЛА

§ 15. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЧЕЙ

Промышленные печи .можно классифицировать по различным признакам: назначению, характеру протекающих процессов, ви­ ду топлива, способу выделения тепла, устройству рабочего про­ странства, способу обслуживания, способу использования тепла отходящих газов и др. Наиболее просто для характеристики пе­ чей классифицировать их по четырем основным признакам.

118

По технологическому назначению

а) Плавильные, служащие для плавки материалов (металлов, минералов, стекла и др.). К ним относятся доменные и мартенов­ ские печи, вагранки, печи для плавки цветных металлов, стекло­ плавильные и др.

б) Нагревательные, служащие для нагрева металла перед обработкой давлением: прокаткой — печи прокатных цехов, ков­ кой или штамповкой — кузнечные печи.

в) Термические, служащие для нагрева материалов с целью их термической обработки — закалки, отпуска, отжига, нормали­ зации. К ним относятся печи для термической обработки стали, чугуна, стекла и т. д.

г) 'Обжиговые, служащие для обжига материалов. К ним от­ носятся печи для обжига керамики, извести, цементного клинке­ ра, серного колчедана.

д) Сушила, служащие для удаления влаги из материала или высушивания окрашенных изделий. Это — сушила для сушки форм и стержней в литейных цехах, для сушки сырца в керами­ ческой промышленности, для сушки дерева и малярные сушила.

е) Печи, служащие для получения из одного продукта друго­ го путем его перегонки. К ним относятся печи нефтеперерабаты­ вающих заводов, печи для получения искусственного жидкого топлива, коксовые батареи, ряд печей химической промышлен­ ности.

ж) Печи химической промышленности, служащие для нагре­ ва материалов с целью проведения химических процессов.

По источнику тепловой энергии

а) Пламенные, в которых тепловая энергия получается путем сжигания топлива. Пламенные печи в свою очередь подразделя­ ются на печи, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе.

б) Электрические, в которых нагрев происходит за счет элек­ троэнергии. По виду использования электроэнергии различают электрические печи сопротивления, дуговые, индукционные, кон­ тактные, электронные, инфракрасного нагрева.

По конфигурации рабочего пространства (рис. 41)

а) Камерные, в которых материал в процессе нагрева непод­ вижно лежит на поду. Температура рабочего пространства ка­ мерных печей во всех точках почти одинаковая.

б) Проходные, в которых материал постепенно по мере на­ грева продвигается от загрузочного конца к выгрузочному. Тем­ пература на всем протяжении рабочего пространства поддержи­ вается примерно одинаковой.

119

в) Методические, рабочее пространство которых вытянуто в длину. Нагрев материалов в них происходит по принципу про­ тивотока. Тепло в печь подается с одного конца, а материал, поступающий с противоположного торца, непрерывным потоком движется навстречу продуктам горения, отводимым у места за-

а.) 6) S)

Рис. 41. Классификация промышленных печей по конфигурации рабочего про­ странства

грузки материалов. При этом по мере продвижения по печи ма­ териал нагревается, а продукты горения, отдавая свое тепло ма­ териалу (и частично стенкам печи), охлаждаются.

г) С выдвижным подом, представляющие собой камерную печь, у которой для удобства загрузки и выгрузки материалов под выдвигается.

д) С вращающимся подом или карусельные — кольцевые и тарельчатые, в которых нагреваемый материал неподвижно ле­ жит на поду, а под, вращаясь, передвигает его по рабочему про­ странству.

е) Шахтные, рабочее пространство которых расположено вер­ тикально. Материал загружается в них сверху, а удаляется снизу.

ж) Цилиндрические вращающиеся, представляющие собой расположенный под небольшим углом вращающийся цилиндр. Материал в процессе нагрева, непрерывно перемешиваясь, по­ степенно проходит от верхнего загрузочного конца к нижнему, где и выдается из печи.

з) Туннельные с рабочим пространством в виде длинного ка­ нала; материал передвигается по печи на вагонетках.

Иногда материал для предохранения от непосредственного

І 2 0

соприкосновения с продуктами горения помещается в закрытую со всех сторон камеру-муфель. Муфель обогревается снаружи и передает тепло нагреваемому материалу (рис. 41,и).

По способу использования тепла отходящих дымовых газов

а) Рекуперативные, в которых тепло отходящих газов ис­ пользуется для подогрева воздуха или воздуха и газа в рекупе­ раторах.

б) Регенеративные, в которых для тех же целей вместо ре­ куператоров применяются регенераторы.

в) Печи без использования тепла отходящих газов.

Хотя тепло отходящих газов печей используется часто и для подогрева воды или получения пара в котлах-утилизаторах, но эти устройства находятся, как правило, вне печи, на конструкции самой печи не отражаются и поэтому ее не характеризуют.

В печах с механизированным передвижением материалов к характеристике печи добавляют метод передвижения материалов, например: термическая проходная конвейерная печь, нагрева­ тельная методическая газовая печь с шагающими балками и т. п.

§ 16. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Нагревательные печи предназначены для нагрева металла перед ковкой, штамповкой или прокаткой. При нагреве черных металлов температура в печах в зависимости от марки стали до­ стигает 1350—1400° С, а в отдельных случаях 1500°С. В печах для нагрева цветных металлов температура равняется 500— 950° С. Рабочее пространство нагревательных печей выкладыва­ ют из шамотного или высокоглиноземистого кирпича. В печах с температурой выше 1400°С свод выполняют из динасового кирпи­ ча. В процессе нагрева поверхность металла окисляется и окали­ на, попадая на под, взаимодействует с ним, образуя жидкий шлак, в дальнейшем застывающий на подине с образованием на­ стылей. Чтобы избежать такого явления кладку верхних рядов подины выполняют из шлакоустойчивого талькового, магнезито­ вого или форстеритового кирпича или делают хромитовую на­ бивную подину.

В последние годы вместо кладки из кирпича иногда применя­ ют сборный жаростойких бетон.

Камерные и щелевые печи

Камерные печи для нагрева мелких и средних заготовок ши­ роко распространены в кузнечных цехах. Нагреваемый матери­ ал загружают на под печи и вынимают через рабочие окна (одно или несколько), расположенные в стене с одной стороны печи

121

(иногда с двух противоположных сторон) и закрываемые заслон­ ками. Мелкие заготовки загружают и выгружают вручную, тя­ желые — при помощи специальных загрузочных механизмов.

Типовая камерная нагревательная печь конструкции Тепло­ проекта (рис. 42) предназначена для нагрева металла под ковку и штамповку. Она работает на природном газе. Загрузка и вы­ грузка металла осуществляется через рабочее окно, расположен-

Рис. 43. Камерная щелевая печь

I— щель; 2 — экран; 3 — инжекционная горелка; 4 — рекуператор; 5 — вытяжной зонт

ное с переднего торца печи. Горелка находится-с боковой сто­ роны печи. Печь не имеет отдельной топки. Горение происходит непосредственно в рабочем пространстве печи. Продукты горе­ ния отводятся через каналы, устроенные в боковых стенах печи, вверх, под зонт. Футеровка стен и свод рабочего пространства выложены из шамотного кирпича марки ША, под — из талько­ магнезитового кирпича. Для уменьшения потерь тепла в окружа­ ющую среду стены, под и свод изолируются диатомитовым кир­ пичом. Так как диатомитовый кирпич можно применять при тем­ пературе не выше 900° С, то для снижения температуры на сты­ ке диатомитовой кладки с футеровкой между ними предусмотрен слой легковесного шамота марки БЛ-1,0. Кладка печи заключена в сварной каркас из профильной стали с обшивкой из листовой

123

стали толщиной 4 мм. Для обеспечения нормальных условий ра­ боты обслуживающего персонала рабочее окно печи имеет водоохлаждаемые раму и заслонку, а снаружи стен печи предус­ мотрены навесные защитные панели из листа толщиной 2 мм, окрашенные алюминиевой краской. Механизм подъема заслонки пневматический. Печи иногда оборудуют рекуператорами для подогрева воздуха; его располагают вверху под зонтом. Анало­ гичные печи строят и с отводом отходящих газов в боров.

Для нагрева концов длинных заготовок применяют щелевые печи (рис. 43), отличающиеся от описанной выше камерной печи тем, что в их передней стенке вместо рабочего окна предусмат­ ривается щель, через которую засовывают концы заготовок. Для уменьшения потерь тепла щель делают по возможности неболь­ шой высоты. Перед печью устраивают теплоизолированный или охлаждаемый водой экран. В пространство, образованное меж­ ду экраном и печью, уходят дымовые газы.

Нагрев очень крупных слитков массой в несколько десятков тонн производят в камерных печах с выдвижным подом, который облегчает посадку и выдачу слитков из печи. Конструкция печи аналогична описанной ниже термической печи с выдвижным по­ дом (см. рис. 55). Загрузку слитков на под и съем их производят мостовым краном при выдвинутом из печи поде.

Методические и полуметодические печи

Камерные печи обычно имеют низкий коэффициент полезного действия, так как газы уходят из камеры при очень высокой тем­ пературе (несколько выше температуры нагрева металла). Кро­ ме того, затруднена загрузка и выгрузка заготовок среднего и крупного размера. В связи с этим широкое распространение для нагрева заготовок среднего и крупного размера правильной фор­ мы, обеспечивающей возможность проталкивания их по поду пе­ чи, получили методические печи с толкателями (рис. 44, 45). Ме­ талл загружается в одном конце методической печи, толкателем проталкивается по печи и выдается в другом. При этом металл, двигаясь навстречу продуктам горения, постепенно (методиче­ ски) нагревается, а продукты горения остывают и уходят из за­ грузочного конца печи при температуре 700—1000° С. Окно для выдачи заготовок располагается в боковой стене печи (печи «с боковой выдачей») или в торцовой стене (печи «с торцовой выда­ чей»). Для выдачи заготовок из печи с боковой выдачей у рабо­ чего окна устанавливается выталкивающий механизм.

По температурному режиму методические печи делятся на двухзонные и трехзонные. У двухзонных печей рабочее простран­ ство подразделяется на методическую низкотемпературную часть, где происходит подогрев металла, и сварочную высокотем­ пературную часть, где осуществляется окончательный нагрев его.

В трехзонных печах помимо методической и сварочной частей

124

3 -5

Рис. 44. Полуметодическая нагревательная печь

а — методическая зона; б — сварочная зона; 1 — загрузочное окно; 2 — стелюги; 3 — желоб; 4 ~ рабочее окно; 5 — горелки; 6 — рекуператор; 7 — отверстие для термопары

125

имеется еще так называемая томильная зона, в которой поддер­ живается температура на 40—60° выше конечной температуры нагрева металла. В томильной зоне происходит выравнивание температур поверхностных и внутренних слоев нагреваемых за­ готовок, разность которых при быстром нагреве заготовок в сва­ рочной зоне достигает большой величины.

Двухзонные методические печи небольшой длины (3,6—6 м), применяемые в кузнечных цехах для нагрева мелких заготовок, называют п о л у м е т о д и ч е с к и м и пе ча ми . На рис. 44 по­ казана полуметодическая толкательная двухзонная печь с реку­ ператором, боковой выдачей заготовок и отводом отходящих га­ зов вверх. Нагреваемые заготовки лежат в ней непосредственно на поду и обогреваются только сверху и с торцов. Заготовки по­ даются в печь через загрузочное окно толкателем, проходят че­ рез печь, нагреваются и выдаются через боковое рабочее окно выталкивателем. Для облегчения передвижения заготовок в ме­ тодической и начале сварочной части в поду проложены стелю- ги-брусья из жаропрочной стали. По оси окна выдачи проложен водоохлаждаемый желоб, по которому осуществляется выталки­ вание заготовки. Стены и свод печи выполнены из шамота марки ША, под — из хромомагнезита. В качестве изоляции применены диатомитовый кирпич и легковесный шамот марки БД -1,3. Печь работает на природном газе. Горелки расположены с торца и с боков печи. Отходящие газы через отверстие в своде уходят в рекуператор для подогрева воздуха и далее под зонт. Аналогич­ ные печи строят и с отводом отходящих газов в боров. Каркас печи — сварной со сплошной обшивкой стальным листом. Печь устанавливается непосредственно на полу цеха и не имеет фун­ дамента.

Показанная на рис. 45 и 46 методическая печь с торцовой вы­ дачей заготовок имеет три зоны нагрева — методическую, сва­ рочную и томильную. В методической и сварочной частях печи заготовки передвигаются по глиссажным трубам и обогревают­ ся также и с нижней стороны, в томильной — они передвигаются по стелюгам, заложенным в под, и обогреваются только сверху и с торцов. Нагреваемые заготовки подают рольгангом к загру­ зочному окну и проталкивают по печи толкателем. Они запол­ няют по длине весь под, поэтому при загрузке очередной заго­ товки в печь крайняя заготовка на противоположном конце печи автоматически выталкивается из томильной зоны и по наклонной водоэхлаждаемой плите выдается через торцовое окно из печи на рольганг, подающий ее к прокатному стану.

В сварочной и методической частях предусмотрен самостоя­ тельный подвод тепла как сверху, так и под глиссажные трубы. По числу мест подвода тепла (1 — в томильную и по 2 в свароч­ ную и методическую части) печь называется «пятизонной». Она отапливается смешанным (коксо-доменным) газом и оборудова­ на инжекционными горелками. Отходящие газы уходят через ды-

127