Енергозбереження в нагрівальних та термічних печах

ВСТУП Україна — енергодефіцитна держава. Власними ресурсами вона забезпечує свої потреби всього на 53%. Чорна металургія — одна з найбільш енергоємних галузей промисловості України. Частка витрат на паливо в загальних заводських витратах на виробництво продукції складає більше 30%. На сьогоднішній день існує значний моральний і фізичний знос основного устаткування і спостерігається істотна неритмічність роботи металургійних підприємств, пов’язана з особливістю сучасного ринку продукції. Ці два чинники в основному визначають значну частину втрат при виробництві. Висока енергоємність металургійних виробництв при постійному зростанні цін на паливо ставить на одне з перших місць проблеми енерго-ресурсозбереження. Одним з найбільш великих споживачів палива в металургії є прокатне виробництво.

Нагрівальні печі відносяться до основного обладнання прокатних цехів. У більшості випадків помилки, що виникають при нагріванні металу, вже не можуть бути виправлені. Від їх роботи значною мірою залежать обсяг, якість і економічність виробництва прокату продуктів які виробляються у цих печах.

Прохідні печі, що працюють на заводах Україні, проектувалися більше 20 років тому з основною вимогою — забезпечити максимальну продуктивність. Температурні режими розраховували також на максимальну продуктивність. Експлуатувати піч таким способом економічно доцільно тільки в тому випадку, якщо продуктивність змінюється у вузькому діапазоні. У реальних умовах печі працюють при значних змінах продуктивності. Одним із способів зменшення витрати палива є використання нового, енергозберігаючого, теплового режиму. Особливо це важливо для експлуатації печі в умовах нестабільного виробництва при дорогих енергоресурсах.

1 ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Характеристика об'єкту дослiдження В даний час на металургійних підприємствах України широко використовуються камерні нагрівальні і термічні печі, опалювальні природним газом. Більшість з них фізично застарілi і потребують повної або часткової модернізації.

Незважаючи на значну універсальність з точки зору сортаменту нагріваються виробів і режиму нагріву, найбільш поширені у вітчизняній металургії камерні нагрівальні та термічні печі мають ряд істотних недоліків. Серед них: великі теплові втрати з газами, нерівномірність нагріву садки, високий угар металу при нагріванні. Крім того, термічні камерні печі характеризуються істотними витратами теплоти на розігрів кладки, що пов’язано з періодичністю роботи, обумовленої заданим графіком нагріву. Середній коефіцієнт використання палива в металургії, машинобудуванні та промисловості будівельних матеріалів становить близько 20%, це говорить про те, що 80% палива спалюється в печах, не виробляє корисної теплової роботи.

У структурі втрат переважну роль відіграють втрати які йдуть з димовими газами — 65%. Також істотні втрати теплопровідністю через футеровку печі і на її періодичний розігрів — 25%. За рахунок недосконалості процесу спалювання палива втрачається до 10%.

Втрати теплоти на розігрів футеровки особливо істотні в термічних печах циклічної дії, коли в цикл термообробки входить охолодження печі до низької температури. Футеровка, виконана із щільних шамотних вогнетривів, може поглинати більше теплоти, ніж садка металу. Зменшення кількості теплоти, що поглинається футеровкою, досягається шляхом застосування матеріалів мають малу теплоємність, теплопровідність і відносно низьку щільність, наприклад з вогнетривких волокон. Економія палива в термічних печах циклічного дії досягає при цьому 30%.

Втрати теплоти через футеровку теплопровідністю мають місце в будь-яких печах, проте надійна теплова ізоляція, в тому числі із застосуванням волокнистих або ультралегких виробів, дозволяє скоротити ці втрати до 5% від теплової потужності печі. Термін експлуатації волокнистої ізоляції складе 8−15 років. У той час як найчастіше аркове склепіння з шамотної цегли вимагає капітального ремонту вже після двох-трьох років експлуатації.

Для прохідних печей скорочуються простої стану на зупинках печі і розігрівання за рахунок швидкого виходу печі на режим. Піч може виходити на режим роботи в 1150 С за 40 хвилин, замість 12 — 14 годин при шамотній футеровці.

Основною причиною неефективного використання палива є та обставина, що експлуатований в даний час парк печей представлений в основному агрегатами, побудованими в другій половині минулого століття. Існуюча в той час концепція будови печей передбачала забезпечення високої продуктивності, а питань економії не приділялося належної уваги. У слідстві чого питома витрата палива на одиницю продукції в країнах СНД 2−5 разів перевищує показники промислово-розвинених країн. Вік деяких печей досягає 20−30 років. Вони неекономічні через використання в них застарілих вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів. Також на енергоефективності термічних виробництв позначається незначна завантаження печей, нерідко складова 20−30% від номінальних значень. Обстеження пічного господарства металургійних заводів Україні показало, що питомі витрати палива у вітчизняних печах значно вище в порівнянні із закордонними агрегатами.

Вихід зі становища один — необхідно оновлювати парк термічного обладнання. При цьому, варто використовувати виборчий процес: можливо, частина печей слід негайно зупиняти на повну реконструкцію, так як їх експлуатація збиткова, і проводити заміну самого типу печей або заміну енергоносія. Іншим при зупинці на ремонт може бути запропонована часткова модернізація. А десь необхідно просто вивести частину термічного парку з технологічного обороту. В умовах постійного зростання цін на природний газ, тривалої нестабільності в промисловості та енергетиці, питання вибору енергоносіїв та їх ефективного та економного витрачання виходять на перший план.

Сьогодні найбільш часто джерелом теплової енергії термічного обладнання є природний газ, рідше — електроенергія. Це так звана спадщина, що залишився ще з часів СРСР, коли в умовах економічної стабільності і низького рівня цін на енергоносії, особливо, на природний газ, перевагу, як правило, віддавалася газового нагріву. Низька теплотехнічна і технологічна ефективність використання природного газу компенсувалася його невисокою вартістю.

Сьогодні ж визначальним фактором при порівнянні газ-електроенергія є зіставлення вартості необхідної теплової енергії в еквіваленті 1 кВт/год. Як показують розрахунки, вартість необхідної теплової енергії, одержуваної спалюванням природного газу, в 1,5−1,6 рази дорожче електроенергії. Крім ефективності та економічності використання електричний нагрів володіє і іншими перевагами: точністю і стабільністю підтримки і регулювання температури і потужності; мобільністю, технологічністю і компактністю конструкцій печей; простотою пуску та експлуатації; високою якістю нагрівання; екологічністю. Враховуючи дані фактори, можна зробити висновок, що правильний вибір теплоносія в процесах нагрівання і термообробки металів є досить актуальним питанням, що вимагає оперативного вирішення.

Нагрівальні полум’яні печі є основним видом печей для нагрівання і термообробки металовиробів в металургії та машинобудуванні.

Сучасні нагрівальні печі являють собою високомеханізований агрегати, що задовольняють технологічних та екологічних вимогам, проте життя висуває нові завдання розвитку пічної техніки.

Вимоги до роботи нагрівальних печей включають в себе:

— забезпечення заданої продуктивності;

— забезпечення якості нагріву, що задовольняє технологів по структурі і за механічними властивостями металу, за ступенем утворення окалин та зневуглецювання;

— ефективне використання палива, характеристикою якого служить питома витрата енергії на одиницю продукції в кг. палива на 1 тонну продукції;

— відповідність екологічним нормам по гранично допустимим викидам в атмосферу пилу та шкідливих газів: СО, СО2, NOx, SO2, C20H12 та інших вуглеводнів;

— механізація праці при експлуатації та ремонті печі та автоматизація її теплового режиму.

Інтегральним економічним показником технології нагріву і конструкцii печі є собівартість нагріву і термін окупності капіталовкладень в будівництво або реконструкцію печі при гарантованій якості продукції і відповідно екологічним нормам.

Актуальність вимог до роботи печей з плином часу зазнала трансформацію. Вирішальний вплив рівня теплової потужності на продуктивність печі в той час був переконливий але обгрунтував його автор енергетичної теорії печей, професор Дніпропетровського металургійного інституту І. Д. Семикін.

В даний час продуктивність печі є варійованим фактором. Одну й ту ж продуктивність можна забезпечити при роботі одної або декількох печей. Існує поняття оптимальної виробничності печі, відповідної мінімуму витрати енергії на нагрів металу, або мінімуму собівартості нагріву.

На передній план при конструюванні печей висувається вимога ефективного використання палива та інших ресурсів, тобто проблема енергоі ресурсозбереження. У зв’язку з цим змінюється актуальність наукових проблем.

Наприклад, втратила своє значення завдання інтенсифікації теплообмiну в печах, як засіб підвищення швидкості нагріву, а, значить, і опiр нагрівальних печей. Швидкісний нагрів і висока продуктивнiсть сьогодні не є самоціллю, оскільки промислової практику потрібні не рекорди, а економічна доцільність.

1.2 Обгрунтування мети роботи

При реконструкції і модернізації безпосередньо печей нагріву першочерговим є задоволення вимог ефективного використання палива та інших ресурсів, тобто вирішення проблеми енерго-і ресурсозбереження. Таким чином, рішення задачі інтенсифікації теплообміну в печах як засобу підвищення швидкості нагріву і, як наслідок, продуктивності нагрівальних печей, що була найбільш актуальною в радянські часи, до теперішнього часу втратило свою важливість.

До основних сучасних способів економії енергії в камерних нагрівальних і термічних печах слід віднести: зменшення теплового дефіциту металу, зниження втрат теплоти в навколишнє середовище і підвищення коефіцієнта використання теплоти палива (КВП).

Зменшення теплового дефіциту металу, тобто кількості теплоти, яку необхідно витратити для нагріву металу від початкової до кінцевої температури, досягається на практиці шляхом підвищення початкової температури металу при посаді його в піч. Такий так званий гарячий посад можливий при збереженні в металі теплоти, отриманої їм в попередньому переділі, у тому числі теплоти кристалізації зливків. При температурі 300−4000 С посада витрата палива зменшується на 40%. В даний час технологія посада в нагрівальні колодязі злитків з незатверділої серцевиною застосовується на комбінаті Запоріжсталь і забезпечує скорочення питомої витрати палива на 40%, від 51,7 до 30,7 кг умовного палива на тонну металу.

Для скорочення енергетичних витрат необхідно якомога менше охолоджувати заготовки, перед посадом в нагрівальні печі для подальшої прокатки. Для цього можна використовувати технологію ливарно-прокатних модулів.

У деяких випадках з’являється можливість взагалі виключити проміжний нагрів між двома послідовними прокатними станами, тобто довести теплової дефіцит до нуля завдяки зменшенню втрат теплоти гуркотом при транспортуванні від одного табору до іншого. На комбінатах Запоріжсталь і ММК ім.Ілліча впроваджена технологія транзитної прокатки слябів на безперервних листових станах, при якій 95% слябів прокочуються без проміжного нагрівання в методичних печах. У цьому випадку витрати умовного палива на методичних печах скорочується з 85 до 15 кілограм на тонну.

Зменшити теплової дефіцит металу можна також шляхом зниження температури нагріву металу в печі. Однак не варто забувати, що це спричинить за собою не тільки скорочення витрат палива, чаду і зневуглецювання металу, але й збільшить витрати електроенергії на прокатку, що найімовірніше призведе до скорочення терміну служби прокатних валків.

Втрати теплоти з робочого простору печі, в принципі, характерні для будь-яких печей. Але в нагрівальних і термічних печах циклічної дії, коли в цикл термообробки входить охолодження печі до низької температури або коли таке охолодження обумовлено тривалими проміжками між циклами нагрівання садки, втрати теплоти особливо істотні. Футеровка таких печей, виконана з шамотної цегли, поглинає приблизно в три рази більше теплоти, ніж садка металу. Зменшення кількості теплоти на розігрів футеровки досягається шляхом заміни шамотних вогнетривів малоінерційними, муллітокремнеземніевими волокнистими плитами, виробництво яких добре налагоджено в Україну.

У цілому застосування в якості теплоізоляції і футерувального шару малоінерційних матеріалів дозволяє значно скоротити трудовитрати при монтажі футеровки, збільшити економію енергоносія в печах періодичної дії до 40% і до 25% в печах безперервної дії, зменшити габарити печі за рахунок товщини кладки, знизити масу футеровки печі до 10 разів, скоротити термін виходу на режим до 1−2 годин. Крім того, конструкція футеровки забезпечує простоту і зручність монтажу, а також хорошу ремонтопридатність.

Підвищення коефіцієнта використання палива можна досягти кількома способами, серед яких: зниження температури відхідних газів, зменшення обсягу продуктів згоряння на одиницю палива за допомогою збагачення повітря киснем за допомогою підвищення теплоти згоряння палива або повного спалювання палива при мінімальному надлишку повітря. Даний ефект також дає ущільнення робочого простору і регулювання тиску газів в печі з метою усунення підсосів атмосферного повітря.

Найбільш ефективним засобом підвищення підвищення коефіцієнта використання палива та економії палива вважається утилізація теплоти відхідних газів з печі, зокрема, шляхом нагрівання повітря і газоподібного палива в рекуператорах або регенераторах. У рекуператорах частка теплоти, переданої повітрю по відношенню до теплоти відхідних димових газів, складає 30−40%. Решта 60−70% теплоти виноситься в атмосферу.

На печах великої потужності встановлюють дорогі енергетичні котли-утилізатори. Однак властива нагрівальним печей робота зі змінною продуктивністю призводить до низької ефективності експлуатації таких котлів.

Застосування для утилізації теплоти пічних газів малогабаритних, зокрема, кулькових регенераторів являє собою найбільш перспективний напрямок у розвитку конструкцій нагрівальних печей. Кулькові регенератори повертають в піч 85−90% теплоти відхідних газів з печі. Температура підігріву повітря, приблизно, на 1000С нижче температури диму на виході з печі. Витрата палива на піч скорочується в 1,5−2 рази.

Перша в Україну нагрівальна піч з кульковими регенераторами була введена в експлуатацію на ВАТ Арселор Міттал у Кривому розі ще в 2003 році. Робота реконструйованої печі продемонструвала ряд переваг. Так, температура нагріву повітря на вході в пальник зараз становить 12 000С замість 6000С, коефіцієнт використання палива підвищився від 50 до 75%, витрата палива на нагрів зливків скоротився на 30%. При цьому також знизився витрата вогнетривів, зменшилася вартість ремонтів. Потребують заміни через 2−3 роки фасонні вогнетриви трубчастих керамічних рекуператорів замінюються корундовими окатишами, стійкість яких в умовах нагрівальних печей фактично не обмежена.

За останні кілька років не багато українських металургійних підприємств можуть похвалитися значними інвестиціями в модернізацію виробництва. Тим не менш, зокрема, в напрямку підвищення ефективності термічних агрегатів дещо було зроблено.

Так, значної економії палива вдалося досягти при модернізації нагрівальних печей на ВАТ Арселор Мітал у Кривому Розі. Реконструкція проводилася на основі таких технічних рішень, як застосування нових вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів, удосконалення конструкції пічних пальників, впровадження сучасних автоматизованих систем управління технологічним режимом печей на основі мікропроцесорної техніки. Плюс до всього впровадження на МПС-250/150−6 унікального обладнання — неприводному, тобто не має електроприводу кліті розробки вчених Інституту чорної металургії (м. Дніпропетровськ). Це сприяє економії електроенергії за рахунок вивільнення з технологічного процесу прокатки металу частини звичайних приводних клітей.

У рамках модернізації виробництва на ММК ім. Ілліча планується будівництво нової нагрівальної печі № 1 на стані-1700.Також у даний час тут здійснюється пошук шляхів відходу від застосування газу на інших нагрівальних печах стану-1700.В цілому, за оцінками експертів, у комбінату є великі резерви економії газу, пов’язані з ефективністю роботи нагрівальних печей, пальників, а також зі строгим урахуванням газоспоживання.

На підприємстві ЗАТ Донецьксталь розпочато роботи з реконструкції прокатного виробництва: з метою скорочення споживання природного газу на нагрівання металу. Для цього планується модернізація станів і всіх нагрівальних печей.

Звичайно, в рамках всієї металургійної галузі України — це лише крапля в морі. Багатьом підприємствам просто не вистачає фінансових коштів для здійснення намічених планів реконструкції. Але необхідно пам’ятати, що крім витратних шляхів економії енергії при експлуатації термічного устаткування існує і цілий ряд безвитратних або потребують незначних витрат заходів. Серед них: використання не менше 70% робочого простору обладнання, складання оптимальних графіків завантаження-вивантаження, експлуатація печей в тривалому режимі, контроль і облік споживання енергоносіїв, місцеві ущільнення частин термічного обладнання, використання вторинних ресурсів (газів, що відходять, води) і т.д.

З аналізу теплового балансу печі, випливає висновок про те, що можливі шість напрямків енергозбереження:

1) Зменшення теплового дефіциту металу Дi, тобто кількості теплоти, яке має поглинути 1 кілограм металу в печі, щоб нагрітися до кінцевої температури.

2) Зменшення втрат теплоти з робочого простору печі через футеровку і вікна в навколишнє середовище, а також на розігрів футеровки до робочої

температури.

3) Підвищення к коефіцієнта використання палива (КВП), тобто частки теплоти згоряння палива, яку вдається використовувати в межах робочого простору печі. Витрата палива на піч обернено пропорційний величині коефіцієнта використання палива.

4) Встановлення покращених рекуператорів та регенераторів.

5) Встановлення котла-утилізатора.

6) Автоматизація технології.

2. СПЕЦIАЛЬНА ЧАСТИНА На фоні зробленого аналізу я пропоную декiлька способiв модернiзацiї та реконструкцiй печей.

Розглянемо конкретні способи реалізації кожного з напрямків енергозбереження в сучасних печах металургії та машинобудування.

2.1 Зменшення теплового дефіциту

Зменшення теплового дефіциту металу Дi досягається на практиці шляхом підвищення на початкової температури металу при посаді його в піч. Так званий «гарячий посад «можливий при збереженні в металі теплоти, отриманої їм у майбутньому переділі, у тому числі теплоти кристалізації зливків. Застосовувана на комбінаті «Запоріжсталь» технологія посада в нагрівальні колодязі злиткiв з незатверділої серцевиною забезпечує, за свідченням комбінату, скорочення питомої витрати палива на 40%, з 51,7 до 30,7 кг. палива на тонну металу. Подібні результати отримані на комбінаті «Криворіжсталь» .

Згідно з розрахунками, в момент посада злитків в колодязі приблизно З30% їх обсягу займає рідка серцевина. Необхідно якомога менше охолоджувати заготовки, перед посадом в нагрівальні печі для подальшої прокатки. Прикладом здійснення такої енергозберігаючої технології є ливарно-прокатні модулі. У ряді випадків вдається взагалі виключити проміжний нагрів металу між двома послідовними прокатними станами, тобто довести тепловий дефіцит до нуля завдяки зменшенню втрат теплоти гуркотом при транспортуванні від одного табору до іншого. На комбінатах «Запоріжсталь» і

ім. Ілліча (Маріуполь) впроваджена технологія «транзитної» прокатки слябів на безперервних листових станах, при якій 95% слябів прокочуються без проміжного нагрівання в методичних печах. В даному випадку витрати умовного палива в методичних печах скорочений з 85 до 15 кг / т.

Зменшити тепловий дефіцит можна також шляхом зниження температури нагріву металу в печі. Однак треба враховувати, що це спричинить за собою не тільки зменшення витрат палива, чаду і зневуглецювання металу, але й збiльшить витрату електроенергії на прокатку і, ймовірно, скоротить термін служби прокатних валків. Таким чином, вибір температури нагріву заготовок являє собою задачу оптимізації по мінімуму всіх витрат на процеси нагріву і прокатки.

2.2 Зменшення втрат теплоти

Втрати теплоти з робочого простору мають місце в будь-яких печах, але вони особливо істотні в нагрівальних і термічних печах циклічної дії, коли в цикл термообробки входить охолодження печі до низької температури або коли таке охолодження обумовлено тривалими проміжками між циклами нагрівання садки. Футеровка таких печей, виконана з шамотної цегли, поглинає приблизно в 3 рази більше теплоти, ніж садка металу. Зменшення кількості теплоти на розігрів футеровки досягається шляхом заміни шамотних вогнетривів муллітокремнезійовими простими волокнистими плитами, виробництво яких налагоджено на Україну, Росію, Білорусь та ще декілька країн СНГ.

Між циклами нагрівання кладка печі охолоджується до 300 ° С. У результаті заміни футеровки шамотної легкими, малотеплоємними волокнистими плитами маса футеровки зменшилася з 76,5 до 10,5 тонн, поглинання теплоти футеровки при нагріванні знизилося з 43 000 МДж до 4700 МДж, тобто в 9 разів.

Питома витрата умовного палива за цикл скоротився з 220 до 73 кілограм умовного палива на тонну продукту, що виготовляється та економія палива склала 67%, ККД печі підвищено з 12 до 36%.

У прохідних печах з крокуючими балками завдяки застосуванню волокнистих матеріалів для теплової ізоляції стін і водоохолоджуваних балок в поєднанні з бетонною оболонкою втрати теплоти з робочого простору скорочують до 3−5% від теплової потужності печі.

2.3 Підвищення коефіцієнту використання палива

Для підвищення КВП застосовують такі заходи:

— зниження температури відхідних газів в методичних і кільцевих печах шляхом теплообміну з металом в неопалюваній зоні;

— зменшення обсягу продуктів згоряння на одиницю палива за допомогою збагачення повітря киснем, шляхом підвищення теплоти згоряння палива, а також шляхом повного спалювання палива при мінімальному надлишку повітря;

— ущільнення робочого простору і регулювання тиску газів в печі з метою усунення підсосів атмосферного повітря.

2.4 Встановлення рекуператорів та регенераторів

Найбільш ефективним засобом підвищення корисної дії та економії палива є утилізація теплоти відхідних газів з печі, зокрема, шляхом нагрівання повітря і газоподібного палива в рекуператорах або регенераторах.

У рекуператорах частка теплоти, переданої повітрю по відношенню до теплоті йдуть димових газів, складає 30−40%. Інша частина теплоти виноситься в атмосферу. На печах великої потужності встановлюють енергетичні котли-утилізатори. Однак властива нагрівальним печей робота зі змінною продуктивністю створює ненормальні умови для експлуатації дорогих котлів-утилізаторів.

Причини низької ефективності існуючих рекуператорів такі:

1) Температура димових газів, перед металевим рекуператором не може бути вище 900−1000°С через особливі умови його довговічності.

2) Фактично температура диму на вході в рекуператор значно нижче в результаті підсосу холодного повітря в димовий канал за піччю, та температура підігріву повітря (або газу) не перевищує 300−400 ° С.

3) Керамічні рекуператори здатні підігріти повітря до більш високої температури, проте вони дуже громіздкі і негерметичні. Витік повітря через нещільності досягає 50−60%, внаслідок чого знижується теплова потужність печі і порушується регулювання горіння та температур.

Перспективним напрямом розвитку конструкцій нагрівальних печей в XXI столітті є застосування утилізації теплоти пічних газів, зокрема, кулькових регенераторів.

Регенеративні печі нового типу отримують поширення у світі в міру накопичення досвіду їх експлуатації. Насадка малогабаритних регенераторів, що застосовуються в промислових нагрівальних печах, складається з корундових окатишів діаметром 20−25 мм, що містять 98% Al2O3. Поверхня нагріву 1 м³ такий насадки в 10−15 разів більше, ніж цегляної насадки типу Сіменс. Тому кульковий регенератор має невеликі габарити і може встановлюватися в стiнах печі або в так званій регенеративної пальнику. Щоб повернути в піч з нагрітим повітрям і, при необхідності, з газом якнайбільше теплоти, яка йде разом iз димом, насадка регенератора не повинна прогрітися по всій висоті, тому через 1−3 хвилини роблять перекидання клапанів — димо-повiтряних і газових, при цьому температура диму на виході з регенератора не перевищую 150−200 ° С.

Кулькові регенератори повертають в піч 85−90% теплоти відхідних з печі газів. Температура підігріву повітря приблизно на 100 ° С нижче температури диму на виході з печі. Витрата палива на піч скорочується в 1,5−2,0 рази. Найбільший ефект відноситься до печей, які не мали рекуператорів.

Перевiд діючих печей на регенеративне опалення вимагає встановлення димососа для подолання аеродинамічного опору кульковою насадки.

У 2003 році в Україні введена в експлуатацію перша нагрівальна піч з кульковими регенераторами. На комбінаті «Криворіжсталь» реконструйований типовий рекуперативний нагрівальний колодязь з опаленням з центру подини, в результаті чого трубчасті керамічні рекуператори змiненi кульковими регенераторами для підігріву повітря Корундові кульки виготовляються Белокаменським вогнетривким заводом (України).

Реконструкцiя виконана з мінімальним зміною існуючої кладки колодязя.

Для перемикання регенераторів з диму в повітря, і з повітря на дим через кожні 3 хвилини служить один перекидний клапан.

Новизна конструкції полягає в тому, що є, як і раніше один постійно ввімкнений пальник в центрі подини внаслідок чого відсутній перекидний газовий клапан, характерний для регенеративних печей.

Експлуатація колодязя з кульковими регенераторами показала наступнi його переваги в порівнянні з рекуперативним колодязями:

— температура нагріву повітря на вході в пальник становить 1200 ° С замість 600 ° С, коефіцієнт використання палива підвищився з 50 до 75%, витрата палива на нагрів зливків скоротився на 30%;

— завдяки високотемпературному підігріву повітря можливе опалення колодязів доменним газом замість коксо-доменної суміші з теплотою з горяння 8,5 МДж/м;

— знижується витрата вогнетривів і вартість ремонтів, так потребують заміни через 2−3 роки фасонні вогнетриви трубчастих керамічних рекуператорів замінюють корундовими окатишами, стійкість яких в умовах печей фактично не обмежена.

Система утилізації теплоти пічних газів в компактних регенераторах змінює вигляд печей. Існуючі сертифіковані пальники з металу розраховані на температуру повітря до 500 ° С і тому не застосовні в регенератівних печах, де температура повітря може досягати 1200 ° С і більше.

Фактичне спалювання палива з високотемпературним повітрям в нагрівальних печах недоцільно, оскільки надмірно висока температура горiння викликає місцевий перегрів металу і підвищує утворення термічних оксидів азоту.

Смолоскипне спалювання повинно поступитися місцем розподіленому за обсягом печі або окремої зони, так званого, об'ємному спалюванню палива.

У зв’язку з цим виникає необхідність конструювання нових пристроїв, їх взаємного розташування і раціональної організації реверсивного руху пічних газів. Проектування печей нового типу стає наукомістким завданням, що включає фізичне та комп’ютерне моделювання об'ємного спалювання палива та циркуляції пічних газів по всьому простору печі.

У методичних і кільцевих регенеративних печах не потрібна неопалювальна зона, в якій знижували температуру відхідних газів з метою економії палива. У печах з регенеративними пальниками питома витрата палива не залежить від температури відхідних газів у зв’язку з глибокою утилізацією їх теплоти в кулькових регенераторах, що передбачає охолодження диму до 150−200°С.

Димові гази йдуть з печі через пальникові отвори, розташовані в кожній зоні. Тому температурний режим кожної зони регулюється автономно.

Якщо немає обмеження по швидкості нагріву металу через термічних напруг, то по всій довжині печі можна підтримувати однакову, максимально можливу за технологією, температуру. Такий камерний температурний режим забезпечить скорочення довжини печі при тій же продуктивності.

Відпадає необхідність у будівництві матеріаломістких вогнетривких димових каналів за піччю. Дим з температурою 150−200°С видаляється з регенераторів по трубах зі звичайної вуглецевої сталі, що доцільно.

Стає більше вирішуваною стара проблема малоокіслювального нагріву стали в печах з відкритим полум’ям шляхом неповного спалювання палива, оскільки допалювання може відбуватися в насадці регенератора.

Реально скоротилися втрати металу в окалину за один нагрів з 1,0−1,2% до 0,5% від маси металу з відповідним підвищенням виходу придатного.

Поряд з енергота ресурсозбереження, печі завтрашнього для повинні забезпечити більш високу якість теплової обробки металу. Якісний рівень продукції прокатного, ковальсько-пресового, ливарного виробництва багато в чому залежить від точності виконання вимог технології по температури, рівномірності і стандартності нагрівання металовиробів.

Температура нагріву характеризує досягнення заданої температури на поверхні виробу в момент видачі його з печі. Рівномірність нагрівання оцінюють допустимим перепадом температури по поверхні виробу та по його поперечному перерізі в момент видачі з печі. Стандартність нагріву спочатку виконання вимоги ідентичності температури і рівномірності нагрівання всіх виробів, що видаються з печі.

Вимоги до температури і рівномірності нагріву по товщині вироби виконують шляхом відповідної витримки металу при певній температурі печі. Практика роботи печей показує, що для рівномірного по поверхні і стандартного нагрівання виробів необхідно управляти температурне полем в обсязі робочого простору печі за допомогою циркуляції і умов спалювання палива.

Найбільш важко вирішується це завдання в камерних печах, коли потрібно забезпечити однакову температуру пічних газів за усім, потрібним обсягом печі.

Засобами управління рухом газів і спалюванням палива з метою вирівнювання температури в печах служать внутрішня і зовнішня рециркуляція, реверс пічних газів, регульоване перемішування палива з повітрям шляхом пульсуючої подачі цих компонентів горіння, переміщення факела в камері печі шляхом хитання пальника або впливу на факел струменем компресорного повітря.

У прохідних печах з рухомої садком стандартний нагрів заготовок забезпечується тим, що при стабільній роботі печі кожна заготовка знаходиться в однакових умовах нагрівання. У ряді випадків, наприклад, при нагріванні заготовок великої довжини виникає необхідність вирівнювання температури по довжині заготовок в нижній зоні печі. Це завдання успішно вирішується при розташуванні пальників в бічних стінах шляхом управління рухом пічних газів поперек печі за допомогою додання подині трикутного профілю.

2.5 Встановлення котлів-утилізаторів Котли-утилізатори призначені для отримання безпаливної пари за рахунок використання тепла відхідних газів технологічних агрегатів. Розрізняють котли-утилізатори радіаційного, радіаційно-конвективного і конвективного типу. Котли перших двох типів застосовують в конверторному виробництві, де температура газів вище 1000 є С.

Найбільшого поширення в чорній металургії отримали котли-утилізатори конвективного типу. Їх встановлюють за мартенівськими, нагрівальними, обпалювальними та іншими печами. Ці котли призначені для використання газів з температурою 600 … 850 є С. Марки цих котлів складаються з буквеної і цифрової частин (КУ-80; КУ-100). При цьому число в марці позначає обсяг газів печі в тисяч кубометрів на годину.

За компонуванні поверхонь нагріву і газового тракту розрізняють конвективнi, газотрубнi і водотрубні КУ.

Основна особливість газотрубних КУ полягає в русі газів всередині труб, що утворюють поверхні нагрівання котла.

Котел-утилізатор КУ — конвективний, водотрубний, барабанний, з багаторазової примусової циркуляцією, баштової компоновки, розрахований на роботу під розрідженням.

Всі поверхні нагріву розташовані в одному вертикальному газоході з висхідним потоком газів.

Для очищення зовнішніх поверхонь від золових відкладень в котлі передбачена газоімпульсне очищення.

Для забезпечення доступу до елементів котла під час його експлуатації та ремонту на котлі встановлені сходи і площадки обслуговування.

Котел-утилізатор забезпечений необхідною арматурою, гарнітурою, пристроєм для відбору проб пари і води, контрольно-вимірювальними приладами.

Котел поставляється транспортабельними блоками, вузлами, деталями.

Котел утилізатор — це котел, в конструкції якого немає своєї топки, принцип його дії заснований на використанні тепла, що утворюється в процесі яких або виробничих процесів, наприклад, освіта гарячих газів в металургійній промисловості. Великі парові котли-утилізатори мають всі ознаки котлоагрегата, крім пристосувань для спалювання палива. Для невеликої продуктивності і невисокого тиску застосовуються газотрубних котли-утилізатори або котли з примусовою циркуляцією циклічної.

З метою захисту навколишнього середовища від забруднення та отримання додаткової електроенергії, газ спалюють у котлах-утилізаторах. При згоранні газу утворюється теплова енергія, за допомогою якої вода, що пропускається через труби, перетворюється на пару. Продуктивність пари в котлах-утилізаторах, безпосередньо залежить від обсягу та якості утилізованого газу. Використання парових котлів утилізаторів має ряд переваг: зменшення вихлопу забруднюючих речовин в атмосферу; зниження витрат на очищення газів, більш раціональне використання палива.

Котли-утилізатори відрізняються від парових котлів та іншого котельного обладнання тим, що вони використовують для свого функціонування енергію відпрацьованих газів, наприклад, вихлопних газів, які утворюються при згорянні палива. Котел-утилізатор дозволяє використовувати енергію теплового двигуна в максимальній мірі, саме тому такі котли-утилізатори мають високий ККД у порівнянні з іншими видами котельного обладнання. Застосування парових установок — котлів-утилізаторів в різних областях промисловості дозволяє реалізовувати енергозберігаючі технології.

Котли-утилізатори, парові водогрійні котли та енерготехнологічні парові котли-утилізатори за своєю конструкцією можуть бути з природною або примусовою циркуляцією, котельне обладнання з барабаном або без барабана (прямоточні парові котли) і т.д. У теплоенергетиці застосовується величезна кількість парових котлів енергетичних, котлів водогрійних і котлів-утилізаторів різних за потужністю, за тепловим схемами, і по параметрах.

Фахівці розробляють проекти всіх типів котлів і поставляють котел-якого типу, за вимогами замовника, а також допоміжного котельного обладнання або запчастин до парових котлів або котлів-утилізаторів.

Можливе проведення реконструкції вже існуючого котельного обладнання, шефмонтаж, повне забезпечення пуско-налагоджувальних процесів парових котлів і котлів-утилізаторів.

2.6 Автоматизація технології

Одним з найважливіших питань підвищення економічності роботи печей є створення системи автоматичного керування тепловим режимом в залежності від темпу видачі, марки стали і типу розміру заготовки. Це дозволяє проводити нагрівання заготовки до заданої температури, при мінімальному витраті палива та освіті окалини. Для розрахунку температури металу, застосовується математична модель, тому що не існує практичного способу отримання цієї інформації шляхом прямого вимірювання. Математична модель розраховує двомірне тепловий стан заготівлі, під час її перебування всередині печі. Впровадження таких систем на прохідних печах дозволяє отримувати до 10% економії палива.

ВИСНОВКИ Таким чином, нагрівальні печі металургії та машинобудування сьогодні і в найближчому майбутньому повинні забезпечувати:

— високу рівномірність і стандартність нагрівання виробів на основі управління процесами руху газів і спалювання палива;

— глибоку утилізацію теплоти відхідних газів на рівні коефіцієнта використання палива 85−90%, зокрема з застосуванням малогабаритних регенераторів для нагріву повітря і, в разі необхідності, газоподібного палива з дотриманням екологічних вимог;

— мінімальні втрати теплоти на розігрів футеровки і через елементів конструкції печей в навколишнє середовище шляхом використання вогнетривких і теплоізоляційних волокнистих виробів;

— малоокислювальний режим нагріву зі зниженням втрат металу в окалину до 0,25−0,5% маси виробів (продуктів), що нагріваються.

Актуальним науковим напрямом розвитку нагрівальних печей є розробка нових пристроїв та пальників для об'ємного спалювання палива з високотемпературним повітрям, а також систем опалювання нагрівальних і термічних печей з малогабаритними регенераторами.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

енергозбереження нагрівальна піч

1. Грум-Гржимайло В. Е. Полум’яні печі. М.-л. Госмашметіздат, 1932.

2. Рум’янців В. Д., Ольшанский В. М. Теплотехніка: Навчальний посібник.

В. И.Губинского. — Дніпропетровськ: Пороги, 2002. — 325 с.

3. Сацкий В. А. Технічний прогрес — запорука високопродуктивної роботи комбінату. Металургійна і гірничорудна промисловість, 2000, № 4. — С. 1−3.

4. Царицін Е. А. Технічний розвиток ММК ім. Ілліча // Металургійна і гірничорудна промисловість, 2000, № 4. — С. 3−6.

5. Сезоненко Б. Д., Орлик В. Н., Доруденко В. В. Підвищення ефективності використання природного газу при опалюванні промислових печей регенеративними пальниками. Екотехнології і ресурсозберігання, 1996, № 1. -С.14−18.

6. Хоу Чэн Лян. Сучасний стан і перспективи розвитку регенеративних печей. «Металургійна теплотехніка». Збірка наукових праць Державної металургійної академії України. У 2-х томах. Т. 1 — Дніпропетровськ: ГМетАУ, 1999. — 214 с.