Конструкции секционных печей. Мероприятия по снижению расхода топлива в секционных печах
Секционная печь – проходная печь для скоростного нагрева перед прокаткой круглых заготовок длиной от 3 метров и диаметром до 200 мм и для термообработки длинных труб. Печь может быть использована и для подогрева полураската в линии прокатного стана.
Печь состоит из большого числа нагревательных секций с расположенными между ними (в тамбурах) вращающимися водоохлаждаемыми роликами. Ролики устанавливаются под углом к направлению движения изделия, что обеспечивает его вращение и равномерный нагрев. Скоростной нагрев обеспечивается в результате интенсивного теплообмена при высокой температуре печи. Секционные печи отапливаются газовым топливом.
Недостаток секционной печи – возможность перегрева металла при аварийных ситуациях, связанных с остановкой в его движении, из-за высокой теплоаккумулирующей способности футеровки секций.
Пример конструкции секционной печи приведён на рис. 9.12. Особенность данной конструкции – расположение рекуператоров под печью. Печь по длине имеет несколько зон нагрева, по 4-6 секций на зону. Каждая зона соединена дымоходами со своим рекуператором. Всего в печи может быть любое количество секций от 1 до 20-40 штук. Длина одной секции составляет 1-1,5 метра, длина тамбура – 0,4‑0,6 м.
Печь работает следующим образом. Заготовка подаётся рольгангом к первой секции и входит в неё консольно до контакта с роликами в тамбуре между 1-й и 2-й секциями. Поэтому, чтобы заготовка всегда имела опору на ролики, она должна быть достаточной длины (желательно не менее трёх расстояний между осями роликов). Проходя последовательно с одной и той же скоростью по всем зонам, нагретая заготовка выдаётся на рольганг прокатного стана. Иногда в последней зоне печи заготовка движется с более высокой скоростью.
Продукты сгорания (дым) образуются при сжигании газа в двухпроводных факельных горелках. Горелки (обычно от 2 до 6 штук) расположены в противоположных стенках рабочей камеры в разных уровнях для обеспечения вихреобразного циркулирующего движения дыма вокруг нагреваемой заготовки. Такое движение дыма способствует увеличению конвективной составляющей теплового потока на металл, хотя лучистая составляющая играет превалирующую роль, а также повышает равномерность нагрева металла. Температура в секции (зоне) может достигать 1450¸1500 °С.
Рис. 9.12 – Схема секционной печи:
1 ‑ водоохлаждаемый ролик; 2 ‑ тамбур; 3 ‑ каркас; 4 ‑ горелки; 5 ‑ заготовки; 6 ‑ воздухо- и газопроводы; 7 ‑ рекуператор; 8 ‑ сборный дымовой канал; 9 ‑ отверстие для термопары
Отработанный дым выходит из секции в относительно холодный тамбур, а оттуда вниз в дымоход. Вертикальные дымоходы от 3‑5 тамбуров объединяются в один канал, в котором стоит металлический радиационно-конвективный рекуператор для подогрева воздуха до 350‑400 °C. Для исключения пережога трубок металлического рекуператора дым перед рекуператором необходимо охлаждать холодным вентиляторным воздухом до 800‑900 °С. Некоторое количество холодного воздуха засасывается в дым через щели между тамбуром и примыкающими к нему секциями. После рекуператора дым уходит к дымовой трубе по дымовому борову.
Нагрев заготовок в секционной печи проходит в 2-3 раза быстрее по сравнению с нагревом в других методических печах и ограничен, главным образом, температурными напряжениями, возникающими в процессе нагрева заготовок. Ожидаемого в связи с этим резкого уменьшения окалинообразования не происходит. Дело в том, что поверхность заготовок больше времени находится при высоких температурах (1050-1250 °С) по сравнению с тем, что есть в других методических печах. Угар металла, нагреваемого в секционных печах перед прокаткой, составляет 0,7-1,5 %.
Удельный расход топлива в секционных печах высокий и составляет 85-140 кг у.т./т металла за счёт высокой температуры уходящего дыма и слабой утилизации его физической теплоты. Это проявляется в низкой температуре подогрева воздуха в рекуператоре.
Для сокращения расхода топлива в секционных печах можно рекомендовать следующее:
1) использование струйных рекуператоров перед металлическим трубчатым рекуператором. Это позволит поднять температуру подогрева воздуха и избежать разбавления дыма перед рекуператором холодным воздухом;
2) замену в подогревательных зонах двухпроводных горелок на скоростные горелки, направленные непосредственно на поверхность металла и реализующие струйный (струйно-факельный) нагрев;
3) применение малоинерционной футеровки секций, гофрирование и зачернение футеровки;
4) увеличение длины секций до 1,5-2,5 метра с соответственным уменьшением числа тамбуров и потерь теплоты на охлаждение транспортных роликов;
5) применение регенеративной системы отопления секций с использованием шариковой насадки для подогрева воздуха. Это позволит избежать разбавления дыма перед рекуператором холодным воздухом и полностью утилизировать физическую теплоту дыма;
6) переход с водяного на воздушное охлаждение роликов, особенно, при низких температурах нагрева металла. Применение рекуперативных роликов позволяет снизить расход топлива на печь;
7) обогащение кислородом воздуха горения. В результате увеличивается степень черноты дыма, уменьшается температура и расход уходящего дыма.