Промышленные печи

Тринкс В
Москва, 1961 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Промышленные печи
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВЕ
Для лиц, имеющих дело с промышленными печами, важно знать свойства топлива, возможности его приобретения и срав­нительную стоимость.
В промышленных печах сжигаются следующие топлива.
1. Газообразные топлива: а) с высокой теплотвор­ностью (богатые газы) —природный, светильный, коксовый, во­дяной, нефтезаводекой газы, бутан и пропан;
б) с низкой теплотворностью (бедные газы) — генераторный (неочищенный и очищенный), доменный, смешанный (коксовый с доменным).
2. Жидкие топлива, начиная с легких погонов нефти — керосина, солярового масла и др., до тяжелых остатков — мазу­та и смолы.
3. Твердые топлива: уголь и кокс, сжигаемые на ко­лосниковых решетках, а также угольная пыль.
Электрическая энергия, не будучи топливом, заменяет последнее, так как она может быть легко превращена в тепло. Ядерная (атомная) энергия пока еще не применяется для на­грева в промышленных печах.
Примерные характеристики некоторых важнейших топлив приведены в табл. I.
Выражение «адиабатная температура горения» или «теоре­тическая температура горения» обозначает ту температуру, ко­торая получилась бы при сжигании топлива с теоретически не­обходимым количеством воздуха при постоянном давлении в хо­рошо изолированной камере. Теоретическая температура горения различных видов топлива при разном подогреве и избытке воз­духа показана на кривых рис. 1—10. При подсчете этих темпе­ратур не принималась во внимание диссоциация газов.
2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА
Общие замечания о газовых горелках
Горение газообразного топлива легко поддается контролю и регулированию. При большем открытии вентиля расход топли­ва увеличивается, при частичном закрытии вентиля подача топ­лива снижается. Газ и воздух можно смешивать быстро или мед­ленно в зависимости от конкретных требований в каждом отдель­ном случае.
Этой легкостью регулирования, вероятно, объясняется, поче­му потребовалось так много времени для создания хороших кон­струкций промышленных газовых горелок, в то ьремя как неф­тяные форсунки освоены гораздо раньше.
Испытания показали, что при сжигании газообразного топ­лива в промышленных печах нет необходимости рассматривать физико-химические константы равновесия реакций горения, так как скорость этих реакций практически бесконечно велика. Дру­гими словами, если температура» при которой происходят сое­динения молекулы горючего и молекулы кислорода, выше тем­пературы воспламенения, то реакция происходит мгновенно. Из этого логически следует, что скорость сгорания тождественна со скоростью смешения газа с воздухом. При тщательном пере­мешивании газа и воздуха горение начинается немедленно, как только температура смеси достигает температуры воспламене­ния. Поэтому конструкция горелки характеризуется в первую очередь конструкцией смесителя. Из этого следует, что для всех горелок (за исключением горелск с полным предварительным смешением газа с воздухом) конструкция камеры горения (а также форма и температура садки) оказывает глубокое влия­ние на 'Процесс горения как в пространстве, так и во времени.
Если требуется исключительно большая скорость тепловы­деления, то следует хорошо приготовленную смесь топлива с воз­духом быстро нагреть до температуры воспламенения. Время в течение которого на оси струи газовоздушной смеси достигает­ся такая температура, определяется скоростью распространения пламени и толщиной струи. Из этого следует, что сгорание уско­ряется, если газ и воздух выходят из горелки тонкими струйками или полосками.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕЧИ
Основные задачи
Название главы «Регулирование температуры в печи» не совсем точно. На самом деле регулированию подлежит не тем­пература печи, а температура садки. Мы сохраняем все же это неточное название, так как оно получило в печной технике ши­рокое распространение.
В зависимости от назначения печи в процессе нагрева пре­следуется цель:
1)   довести температуру наружной поверхности нагреваемо­го материала до заданной величины и поддерживать ее посто­янной до тех пор, пока вся садка равномерно прогреется или
2)   изменять температуру садки в соответствии с заданным режимом за определенный период времени.
В обоих случаях желательна равномерность нагрева всей сад­ки, учитывая ее расположение в печи. Это, конечно, не отно­сится к непрерывно работающим печам. Причины, заставляю­щие добиваться заданной температуры садки без перегрева, просты. При каждом технологическом процессе для доброкачест­венной обработки любого материала необходима некоторая ми­нимальная температура- При превышении этой температуры нагрева не только зря затрачивается тепло, но часто возникают такие нежелательные последствия, как повышенное окалинообразование, оплавление, пережог, химические изменения, тре­щины и пр.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ
Значение печной атмосферы
Хотя нагрев твердых тел в промышленных печах рассматри­вается в основном как физический процесс, однако нельзя пре­небрегать и химическими реакциями между садкой и окружаю­щей средой. Как правило, химические реакции при повышенной температуре протекают быстрее, чем при комнатной и, реак­ции в печах не являются исключением из этого правила. Если не учитывать взаимодействия между садкой и подом, остаются реакции между садкой и окружающей средой, которая может быть твердой, жидкой или газообразной. Газообразная среда в печи называется печной атмосферой. Некоторые твердые ма­териалы, в которые иногда погружается (упаковывается) сад­ка, (выделяют при высоких температурах газы, которые также входят в состав атмосферы печи.
Характер химических реакций между садкой и атмосферой, разумеется, меняется в зависимости не только от температуры, но также и от химического состава садки и той атмосферы, кото­рая преобладает в печи. Большей частью садка металлическая, иногда керамическая. Изучение всех химических взаимодействий между садкой и печной атмосферой относится к области метал­лургического или керамического производства. Но для того что­бы разобраться в том, каковы возможности автоматического регулирования атмосферы и что его лимитирует, необходимо рассмотреть некоторые основные положения химии.
Прежде чем заняться, однако, этими вопросами, следует на­помнить, что в практике существует два типа печной атмосферы, а именно: естественная, или атмосфера горения, и искусственно созданная, или контролируемая, которая может быть газообраз­ной или жидкой (если мы распространим и на последнюю поня­тие «атмосферы»). Естественная атмосфера, или атмосфера го­рения, содержит продукты более или менее полного сгорания, а именно: N2, CO2, Н2О, СО, и иногда SO2. Искусственные атмосферы состоят главным образом из N2, CO, H2.
Устройства, предназначенные для экономии труда при обслуживании печей периодического действия
Обширную область занимает группа устройств для загруз­ки в печь нагреваемого материала и выдачи его оттуда. Сюда относятся как простое оборудование вроде тиглей, поддонов, подставок, так и сложные краны, шаржир-машины и др. Поддо­ны и подставки для загрузки нагреваемых изделий, применяе­мые как для мелких деталей, так и для довольно крупных, как например вагонные стяжки, — весьма просты. Типичный под­дон эскизно изображен на рис. 174. Короткие ножки, которыми снабжена подставка, выполняют двоякую роль: во-первых, по­зволяют подводить между поддоном и подиной подъемную вил­ку или хобот шаржир-машииы и, во-вторых, оставляют между
подом печи и нагреваемым материалом достаточный зазор для прохода печных газов. Не на всех поддонах нужны ножки для подхватывания, так как на подинах некоторых печей устраива­ют ручьи, в которые могут заходить пальцы загрузочного ус­тройства- Для этой же цели служат иногда рельсы на подине.
Само собой понятно, что тепло, поглощенное поддоном, те­ряется при выгрузке, за исключением тех случаев, когда под­дон опорожняется и немедленно вновь загружается в печь, не успев охладиться. Поскольку на практике последний случай встречается довольно редко, можно считать, что тепло, погло­щаемое поддонами, как правило, теряется. По этой причине поддоны делают возможно более легкими, насколько позволяют условия прочности и жесткости. Некоторые поддоны изготовля­ют из сетки, как показано на рис. 175; их применяют обычно для ванных печей, вроде изображенной на рис. 169. Поскольку они постоянно опираются на ролики, даже в ванне, то могут быть выполнены весьма легкими. Поддоны изготовляют из жаро­упорных и нержавеющих сплавов. Садка, загружаемая в одни поддоны, нагревается в продуктах сгорания, в другие — в науг­лероживающей, газовой или жидкой среде, в третьих — подвер­гается закалке.
Прочность поддонов, проталкиваемых через длинную печь, должна быть достаточной, чтобы противостоять истирающему действию на всем пути перемещения поддонов. В этом случае поддоны из проволочной сетки, конечно, не подходят.