Каким показателем характеризуется печь как энергетическая установка

Обновлено: 18.05.2024

3. Технико-экономические показатели электрических печей тема № 2

Технико-экономические показатели – это система параметров:

- характеризующая данное устройство;

- применяемая для анализа его работы;

- показывающая степень использования энергетических ресурсов;

- уровень механизации, специализации и автоматизации.

Для электрических промышленных печей основными параметрами являются величины, характеризующие затраты мощности, геометрические размеры, производственные показатели и технологические особенности процесса.

Так, под номинальной мощностью, нагрузкой, температурой, а также номинальным напряжением понимаются расчетные величины, показываемые установкой при длительной эксплуатации ее в рабочем режиме.

Под установленной мощностью понимается сумма номинальных мощностей всех потребителей энергии, входящих в состав печной установки (включая привод различных механизмов печи, электромоторы насосов, дымососов, вентиляторов, приборов контроля и управления).

Мощность – энергетическая характеристика, представляющая отношение работы к интервалу времени ее совершения. Различают мощность активную, реактивную и полную. Активная мощность – среднее за период значение мгновенных мощностей переменного тока, характеризующее среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в тепловую во всех участках цепи. Реактивная мощность цепи переменного тока характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и индуктивных катушках, а также обмен энергией между отдельными участками цепи и, в частности, между источником и приемником. Геометрическая сумма активной и реактивной мощности называется полной мощностью.

Основным параметром, характеризующим печь, является ее тепловая (потребляемая) мощность, т.е. наибольшее количество тепла необходимого потенциала, которое может быть подведено в печь в единицу времени в результате преобразования в тепло электрической энергии. Тепловая мощность включает мощность полезную и мощность тепловых потерь. Мощность полезная затрачивается на нагрев изделий или плавление материалов, а мощность тепловых потерь учитывает затраты энергии на компенсацию тепловых потерь в окружающее пространство, вследствие теплопроводности футеровки и излучения через щели и открытые рабочие окна, с уходящими газами, на нагрев транспортирующих устройств и поддонов, с охлаждающей водой и т.д.

Если работающая печь не загружена, то потребляемая мощность называется мощностью холостого хода.

Количество энергии, которое фактически подводится в печь в единицу времени, называется тепловой (электрической) нагрузкой.

Весьма важным показателем, характеризующим печь как энергетический объект, является удельный расход, представляющий собой количество вещества или энергии, отнесенной к единице продукции.

Удельная мощность трансформатора – отношение полной мощности печного трансформатора к 1 т емкости (садки) печи.

Если теплоусвоение – это общее количество тепла, получаемого всей садкой за единицу времени, то отношение теплоусвоения к тепловой нагрузке за один и тот же промежуток времени называют тепловым коэффициентом полезного действия (КПД).

Печь характеризуется следующими показателями:

- емкость, загрузка или садка печи – масса материала, подвергающегося тепловой обработке в рабочем пространстве печи за один цикл.

Рабочее пространство печи – внутренний объем, в котором размещаются нагревательные устройства и осуществляется вся совокупность тепловых процессов с целью получения конечного продукта с заданными свойствами. Рабочее пространство печи может состоять из нескольких электрических или тепловых зон, представляющих отдельные участки с независимыми подводами энергии и собственными регуляторами температуры.

Нижняя поверхность рабочего пространства печи, на которой размещается садка или загрузка, называется подом. Общая (полная) площадь пода – поверхность, ограниченная боковыми ограждениями (стенами) печи. Активный (полезный) под – площадь пода под нагреваемыми изделиями или материалом. Отношение активной площади пода к общей – коэффициент использования пода. Количество материала, обработанного в печи в единицу времени, отнесенное к площади пода (активного или общего), называется напряженностью пода.

Производительность печи – количество полученной продукции, прошедшей полный цикл соответствующей тепловой обработки в единицу времени с учетом простоев из-за ремонтов, а также нарушений ритма работы печи по разным причинам эксплуатационного характера.

Под продолжительностью цикла понимается промежуток времени, необходимый для завершения всей совокупности тепловых процессов, совершаемых над обрабатываемым телом, включая загрузку, выгрузку и подготовку печи к новому циклу.

Продолжительность периода (нагрева, плавления, переплава, доводки, выдержки) – промежуток времени, в течение которого температура и свойство обрабатываемого тела достигают заданного значения.

Температура печи – температура, которую показала бы термопара, расположенная в непосредственной близости от загрузки печи, но защищенная от нее экраном и «видящая» только поверхность рабочего пространства с нагревательными элементами. Под рабочей температурой понимается температура печи, при которой осуществляется данный технологический процесс.

Годовую производительность электропечи (тонны слитков) можно подсчитать по формуле:

Где Т – вместимость печи по жидкой стали, т;

t – длительность плавки, ч;

α – выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали, %;

n – число рабочих суток печи в году;

24 – число часов в сутках.

Длительность плавки в печах вместимостью 5-200 т с невысоко мощными трансформаторами на отечественных заводах составляет 3,5-6,5 ч. Длительность заправки возрастает с 15-20 до 35 мин при росте емкости печи, длительность завалки равна 5-10 мин. Продолжительность периода плавления составляет 1,2-3,0 ч, возрастая при увеличении емкости печи и снижаясь при увеличении удельной мощности трансформатора. Длительность окислительного периода изменяется в пределах 0,3-1,2 ч. Продолжительность восстановительного периода на печах вместимостью 5-40 т составляет 1-1,5 ч; на 80-200-т печах он либо отсутствует, либо делается укороченным (20-40 мин).

Для вновь сооружаемых печей длительность плавки рекомендуется принимать следующей:

Показатели работы печей

Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями:

- полезной тепловой нагрузкой;

- коэффициентом полезного действия.

Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки). Она определяет пропускную способность печи, т.е. количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т.д.).

Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.

Полезная тепловая нагрузка – это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8–16 МВт.

Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40–100 МВт и более.

Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Q_пол к общему количеству тепла Q_общ, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).

Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.

Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют к.п.д. в пределах 0,65–0,87.

Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120…180°С.

Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:

- теплонапряженностью поверхности нагрева;

- тепловым напряжением топочного объема;

- гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.

От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.

Статья на тему: "Теплотехнические характеристики работы печей"

Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, наиболее важными из которых являются температурный и тепловой режим, коэффициент полезного теплоиспользования и производительность. Температура печи — важный теплотехнический показатель работы печи, хотя термин “температура печи” имеет несколько условный характер. дело в том, что в топливных печах в состоянии взаимного теплообмена находятся пламя (раскаленные газы), металл, кладка, температура которых различная. Причем температура всей печи не может определяться ни одним из этих значений температуры, а представляет собой какую-то осредненную величину, применительно к которой обычно и применяют термин “температура печи”. Температура зависит от ряда факторов, важнейшие из которых — температура горения топлива и характер потребления а тепла (включая тепловые потери), свойственные данной конструкции печи. Иногда для ориентировочного определения пользуются весьма приближенным соотношением tд=ηtk, где tд— действительная температура печи; tk— калориметрическая температура горения топлива;
η— пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции печи и меняющийся обычно в пределах 0,65—0,80.
Температура печи зависит прежде всего от ее назначения, в зависимости от этого изменяется допустимая разность между температурой печи и температурой нагрева металла. Эта разность определяется в основном соображениями равномерности нагрева металла и составляет для нагревательных прокатных и кузнечных печей 150—300 и для термических печей 50—70° С. Понятно, что температура может изменяться во времени и по объему печи.
Изменение температуры печи во времени называется температурным режимом печи. Обычно его представляют соответствующим графиком t =ƒ(τ). Печи, температура которых не меняется со временем, называются печами постоянного действия (например, методические печи), с переменной во времени температурой - печами периодического действия (печи с выкатным подом). Изменение температуры по объему и длине печи также может иметь различный характер. Нагревательные печи, в которых температура по всему объему приблизительно одинакова, называют камерными. Печи с изменяющейся по длине температурой называются методическими.

Тепловой режим.

Работа печи в значительной мере определяется тем, какое количество тепла поступает в нее. Количество тепла, которое подают в печь в каждый данный момент времени, называется тепловой нагрузкой. То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально (без недожога топлива в рабочем пространстве) усвоить, называется тепловой мощностью. Тепловой режим печи представляет собой изменение тепловой нагрузки во времени и может быть представлен графиком зависимости тепловой нагрузки от времени. Тепловой режим теснейшим образом связан с температурным режимом. Печи периодического действия, работающие с переменной во времени температурой, имеют переменную во времени тепловую нагрузку, тогда как печи постоянного действия работают при неизменной тепловой нагрузке. Качество работы печи, ее совершенство как теплового агрегата характеризуется коэффициентом полезного теплоиспользования (к. п. т.) и коэффициентом использования тепла (к. и. т.). В общем виде к. п. т. определяют следующим образом:

к.п.т.=

Учитывая, что Qт+BQф-BQух-Qпот=Qм+Qшл+Qэнд-Qэкз к.п.т. может быть выражен:

к.п.т.= , (1) где

В- часовой расход топлива; Qт- химическое тепло топлива; Qм, Qшл- тепло соответственного металла и шлака; Qэнд, Qэкз- тепло эндотермических и экзотермических реакций; Qф- физическое тепло топлива и воздуха; Qух- тепло уходящих газов; Qпот- тепловые потери.

Для электрических печей можно написать равенство

Qт+ВQф=860Р, Р- мощность печи.

Из выражения (1) легко получить к.п.т.= (2)

Если Qф=0, т. е. в печь поступает только тепло топлива, то коэффициент полезного теплоиспользования (к. п. т.) превращается в коэффициент полезного топливоиспользования.
Естественно, что чем выше значение к. п. т. (аналогичного коэффициенту полезного действия для разного рода агрегатов), тем лучше в тепловом отношении работает печь. Из выражения (2) следует, что увеличение подогрева топлива и воздуха, а также снижение температуры уходящих дымовых газов (поскольку Qyx=VyxCyxtyx и тепловых потерь благоприятно влияет на к. п. т. печи.
Тепловые потери в печах в большей мере зависят от факторов, связанных с конструкцией печи, поэтому, чтобы характеризовать только топливо и условия его сжигания, применяют к. и. т.:
к.и.т= (3)
Сопоставляя выражения (1) и (3), можно видеть, что к. п. т. всегда меньше к. и. т., поэтому при проектировании и эксплуатации печей следует стремиться к тому, чтобы к. п. т. по своей величине максимально приближались к к.и.т., для чего необходимо добиваться снижения тепловых потерь.
Производительность печей — важнейший показатель их работы, так как именно в производительности, как в фокусе, сходятся все положительные и отрицательные стороны конструкции и тепловой работы печи. В плавильных печах производительность сильно зависит от характера проплавляемой шихты, в нагревательных печах — от начальной температуры металла. Как в том, так и в другом случаях на производительность большое влияние оказывает температура в рабочем пространстве печи и температура отходящих дымовых газов, а также интенсивность и характер теплопередачи от печи к нагреваемому (проплавляемому) материалу. Все это свидетельствует о том, что производительность зависит от очень многих технологических, теплотехнических и конструктивных факторов, поэтому производительность печей различного вида будет рассматриваться в дальнейшем при описании конкретных конструкций. Обычно различают общую и удельную производительность. Общая производительность характеризует размеры, масштабы агрегата и измеряется в т/ч, или т/сутки. Удельная производительность, выражаемая в кг/(м²ч), или т/(м²ч), характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества работы и сравнения печей. Удельную производительность часто называют напряженностью пода печи. Различают напряженность активного вода и напряженность габаритного пода. В пером случае производительность отнесена только к площади пода, занятой металлом, во втором — ко всей площади пода печи.

1.Какие показатели характеризуют работу печи?

2.Что показывает производительность печи?

3. Как влияет на работу печи температурный и тепловой режим? Что такое коэффициент полезного теплоиспользования печи?

Статья на тему: "Топливные печи. Классификация печей."

Промышленная печь - это агрегат для тепловой обработки материалов, а именно, для их нагрева с целью осуществления какого-либо технологического процесса. В металлургических печах производят нагрев до высокой температуры с целью получения металлов и сплавов- чугуна, стали, ферросплавов, цветных металлов, а также для придания металлическим или огнеупорным изделиям требуемых механических свойств. На металлургических предприятиях высокотемпературные печи являются основным технологическим оборудованием.

Для нагрева материалов необходимо снабжать печь энергией в форме теплоты и передавать теплоту нагреваемым материалам. Теплотехнический процесс генерации теплоты в печи и передачи её материалам составляет сущность тепловой работы печи.

Технологический процесс может происходить в рабочем пространстве печи одновременно с теплотехническим, как, например, при выплавке металла, обжиге огнеупоров, при термообработке отливок. В другом случае технологический процесс следует за теплотехническим и происходит вне печи, например, при нагреве слитков и заготовок перед обработкой давлением: прокаткой, ковкой, прессованием.

Современные печи представляют собой разнообразные по конструкции, сложные тепловые агрегаты. Они состоят из собственно печи и вспомогательного оборудования. Собственно печь включает в себя рабочее пространство и устройства для генерации теплоты: горелки, форсунки, фурмы в топливных печах и электроды, резисторы в электрических печах. В состав вспомогательного оборудования входят устройства для утилизации теплоты и очистки уходящих из печи дымовых газов, вентиляторы, дымососы, трубопроводы с клапанами и задвижками, дымовые трубы, контрольно-измерительные приборы и устройства для управления печью.

Печь характеризуют параметры: -геометрические размеры рабочего пространства,

-масса нагреваемого материала (для нагревательных печей периодического действия — садка, для плавильных печей — емкость, для печей непрерывного действия — масса.

-скорость нагрева или часовая производительность, мощность, температура нагрева.

Технико-экономические показатели работы печи:

-производительность общая и удельная — на ед. пл. пода (т.н. напряженность пода),

-удельный расход топлива или электрической энергии,-коэффициентиспользования топлива и полезного действия п., для определения которых составляют тепловые балансы

мощности — для печи непрерывного действия, и энергии — для печей периодического действия:

Производство в металлургии и машиностроении основывается на тепловой обработке материалов, которая производится в нагревательных устройствах, называемых печами.

Тепловая обработка производиться с целью выплавки металлов и сплавов, а также для нагрева металлов под обработку давлением и различные виды термической обработки материалов и изделий из них.

Печи классифицируют по многим признакам, основные которые являются:

По технологическому назначению:

- переплавные и т.п.

По источнику теплоты (теплогенерации):

По способу работы.

-печи периодического действия (нагревательные колодцы)

-непрерывногопечи (методические , доменные).

По способу передачи теплоты:

а) по способу теплообмена:

-высокотемпературныес радиационным теплообменом - с конвективным теплообменом

-печис теплообменом в неподвижном слое (домновагранка) - с кипящим слоем и т.д. (сушильные, термические ).

б) по способу нагрева: -спрямым нагревом

- с косвенным нагревом (муфельные печи)

По форме рабочего пространства печи:

-свертикальным рабочим пространством — башенные, колпаковые, шахтные, элеваторные и т.п.,

-сгоризонтальным рабочим пространством — барабанные, камерные, проходные, секционные, трубчатые, туннельные и т.п.,

По способу использования (утилизации) теплоты отходящих продуктов горения

-рекуперативныепечи (непрерывного действия),

-регенеративные печи (периодического действия, мартеновсеие и доменные),

-печискотлами-утилизаторами(для выработки пара или горячей воды),

-печи с предварительным нагревом исходных материалов(шихты).

По способу передвижения заготовки (в нагревательной печи): -карусельные,-конвейерные,-протяжные,-рольганговые,-свращающимся подом,

-выдвижным(выкатным) подом,-роликовымили шагающим подом,-смоталкой,-сшагающими балками,-толкательные,-элеватор,и др.;

По рабочей среде ЗТП (электрические печи): -открытые,-вакуумные,

-вакуумно-компрессорные,-сконтролируемой средой инертных или защитных газов;

Классификация печей по принципу теплогенерации

Генерация теплоты в печи происходит путем превращения химической или электрической энергии в теплоту. В зависимости от источника тепловыделения печи делятся на топливные, автогенные и электрические.

Топливные печи. В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива. Теплота выделяется в результате сгорания топлива. Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива - дымовые газы.

Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые. Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду. Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу. Современные пламенные печи работают на газообразном или на жидком топливе - мазуте. Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута-форсунки. К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, печи для плавки медных концентратов на штейн, печи для рафинирования меди, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом, вращающиеся трубчатые печи для обжига сыпучих материалов.

Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, "кипящим" и со взвешенным слоем обрабатываемого материала.

В вертикальных шахтных печах с плотным слоем шихта, в состав которой может входить и твердое кусковое топливо, расположена по всему объему печи и медленно опускается сверху вниз. Горячие газы - продукты горения топлива - движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке. Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии. К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка, печи никелевых и свинцовых заводов.

В печах с "кипящим" слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется. Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости. Иногда вместе с воздушным дутьем снизу в печь подают газообразное топливо. В цветной металлургии печи с «кипящим» слоем применяют для обжига сульфидных концентратов различных материалов, для сушки глинозема.

Впечах с взвешенным слоем обрабатывают материалы, доведенные до пылевидного состояния. Каждая частица материала находится во взвешенном состоянии под действием потока газов,

идущего снизу вверх, и движется вместе с потоком. Применяют в этих печах размолотое и газообразное топливо. Их используют в цветной металлургии для плавки сульфидов цветных металлов.

Автогенные печи .

Источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные, сталеплавильные конвертеры и двухванные сталеплавильные печи. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива.

В цветной металлургии при производстве материалов из сульфидного сырья основным источником теплогенерации является процесс выгорания серы, содержащейся в сульфидах.

В мартеновской печи, наряду с выделением теплоты сгорания топлива, происходит тепловыделение от окисления углерода и других элементов, содержащихся в жидкой ванне. Такие печи занимают промежуточное положение между топливными и автогенными печами.

Электрические печи

По способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии: электродуговые, индукционные и печи сопротивления.

В дуговых печах используется принцип пропускания электрического тока через газовый промежуток между двумя электродами. Под действием электрического напряжения газ между электродами ионизируется и становится электропроводным. При этом в газовом промежутке возникает электрическая дуга, представляющая собой яркосветящуюся смесь электронов, положительных ионов, атомов и молекул. Дуга является зоной, в которой энергия электричества преобразуется в теплоту, при этом температура дуги составляет от 3000 до 20000 К.

В индукционных печах используется свойство переменного электрического тока создавать вокруг проводника переменное магнитное поле. Если поместить в такое поле нагреваемое тело, являющееся проводником, то в нем будут индуктироваться вихревые токи. Энергия вихревых токов преобразуется в теплоту, которая выделяется внутри нагреваемого тела.

Работа так называемых печей сопротивления основана на действии закона Джоуля-Ленца, согласно которому при протекании тока в проводнике выделяется теплота, пропорциональная его электрическому сопротивлению. В печах сопротивления можно использовать постоянный и переменный ток.

В металлургии электрические печи применяют для выплавки стали, производства ферросплавов, для нагрева металла перед обработкой давлением и при термической и термохимической обработке металлоизделий.

Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы

По технологическому назначению металлургические печи разделяют на плавильные и нагревательные.

Плавильные печи служат для получения и переплавки металлов.

В этих печах материалы, как правило, изменяют своё агрегатное состояние. Плавильные печи могут быть чугуноплавильными, сталеплавильными, медеплавильными и т.д.

Нагревательные печи служат для нагрева материалов без изменения их агрегатного состояния. Нагревательные печи применяют в металлургии для обжига огнеупорных изделий, известняка, магнезита, для сушки литейных форм, руды, песка, для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработки металла с целью изменения его структуры и механических свойств.

По режиму работы печи можно разделить на два класса: непрерывного и периодического (циклического) действия.

К печам непрерывного действия относятся рудовосстановительные дуговые печи, шахтные слоевые печи, печи "кипящего" и взвешенного слоя, туннельные печи для обжига огнеупорных изделий, трубчатые вращающиеся печи, такие печи прокатного производства, как методические печи с шагающими подом или балками, кольцевые и роликовые печи. В этих печах технологический процесс идет непрерывно, материалы, как правило, перемещаются от загрузочных устройств к устройствам для выпуска готовой продукции.

К печам периодического действия относятся сталеплавильные дуговые и мартеновские печи, конвертеры, нагревательные колодцы, садочные камерные печи с выкатным и с неподвижным подом, применяемые в кузнечно-прессовомпроизводстве и в термических цехах и отделениях. Эти печи работают циклами. Цикл состоит из последовательных операций загрузки шихты или изделий, их тепловой обработки и затем выпуска или выгрузки готовой продукции.

Между циклами проводят подготовительные и текущие ремонтные работы, как, например, заправка подины мартеновской печи или нагревательного колодца, разогрев печи перед началом следующего рабочего цикла.

Доменная печь

Чугун получают из железной руды в доменных печах. Это башня высотой с девятиэтажный дом, расширенная книзу. Стены изнутри выложены огнеупорным кирпичом, а снаружи обшиты стальными листами. Загрузочное устройство имеется на верху доменной печи. Жидкий чугун удаляется через отверстия горна нижней части доменной печи (рис. 4). В доменном процессе главная задача – восстановление железа из руды коксом, поэтому в чугуне содержатся довольно большие количества углерода (4%), кремния (2–3%),серы и фосфора (до 0,03%). Сера придает сплаву красноломкость, фосфор – хладноломкость.

Схема доменной печи в разрезе

1.По каким основным признакам классифицируются печи?

2.Опишите устройство и принцип работы доменной печи.

3. Для выплавки каких сплавов используют индукционные печи? На чем основан принцип работы индукционных печей?

Машиностроение и механика

Металлургические печи: основы тепловой работы печей, нагревательные и термические печи - Понятия о тепловой мощности печи

Article Index
Металлургические печи: основы тепловой работы печей, нагревательные и термические печи
Теплотехническое содержание понятия промышленная печь
Классификация печей по принципу теплогенерации
Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы
Понятия о тепловой мощности печи
Показатели тепловой работы печей
Замена в печи одного топлива другим
Конструкции и тепловые режимы печей
Нагревательные колодцы. Режимы нагрева слитков в нагревательных колодцах
Устройство и работа регенеративных нагревательных колодцев
Устройство и работа рекуперативных нагревательных колодцев с отоплением из центра подины
Устройство и работа рекуперативных нагревательных колодцев с верхней горелкой
Нагревательные печи металлургии. Методические печи прокатного производства
Конструкции толкательных печей
Конструкции печей с шагающим подом
Конструкции печей с шагающими балками
Конструкции кольцевых печей
Конструкции секционных печей
Термические печи. Характерные режимы термообработки
Термические печи камерного типа
Камерная печь с выкатным подом
Камерная печь с неподвижным подом
Колпаковая печь. Приблизительные материальные и тепловые балансы
Термические печи проходного типа
Роликовая печь. Приблизительные материальные и тепловые балансы
Протяжная печь
Недостатки вертикальной печи
All Pages

Page 5 of 27

Понятия о тепловой мощности печи, виды мощностей: холостого хода, усвоенная, рабочая, общая.

Связь между тепловыми мощностями, особенности записи для печей непрерывного и периодического действия

Как всякая энергетическая установка печь характеризуется мощностью.

Тепловой мощностью печи называют количество теплоты, которое выделяется в печи в единицу времени при полном сгорании топлива или за счет расхода электрической энергии.

Единицей измерения мощности является Вт = Дж/с. Часть мощности, потребляемой печью, расходуется на совершение полезной работы – нагрев материалов. Она поглощается материалами и поэтому называется усвоенной мощностью М_усв, другая часть вынужденно теряется в окружающую среду – М_пот. Поэтому принято называть тепловую мощность печи общей мощностью

Общая мощность топливной печи выражается через расход топлива, измеряемый расходомером в м 3 /ч (м 3 /с) - для газообразного топлива или в кг/ч (кг/с) – для жидкого топлива. Расход твердого топлива определяют путем взвешивания.

Если обозначить расход топлива В, то

7.4.1 Виды тепловых потерь печи. Тепловой баланс

В печной системе имеются два вида потерь теплоты: 1) потери в рабочем пространстве печи – М_прп и 2) теплота, уносимая из печи уходящими дымовыми газами М_ух.

Теплота в рабочем пространстве теряется, во-первых, на нагрев футеровки, т.е. огнеупорного ограждения печи, иначе говоря аккумулируется футеровкой, она обозначается М_ак.ф; во-вторых, проходит насквозь через футеровку благодаря теплопроводности, и уходит в цех излучением и конвекцией от разогретой внешней поверхности футеровки – М_пот.ф; в-третьих, теплота теряется излучением через открытые окна печи – М_окн; в-четвертых, расходуется на нагрев воды, которая охлаждает металлические элементы конструкции печи, работающие при высокой температуре – М_охл.в. В целом

В электропечах имеется один вид потерь – потери в рабочем пространстве печи, поэтому для электропечей в (7.3) М_пот = М_прп.

Топливная печь, наряду с потерями в рабочем пространстве печи, имеет и второй вид потерь – с уходящими из рабочего пространства продуктами горения топлива – М_ух. Эти потери состоят из физической теплоты горячих газов М_ух.ф и могут включать неиспользованную химическую энергию топлива вследствие неполного его сгорания в печи (недожога) – М_хн.

Таким образом, для топливных печей мощность М_пот в выражении (7.3) будет равна М_пот = М_прп + М_ух. Тепловой баланс топливной печи будет таким

Электрические печи по сравнению с топливными должны быть более экономичны по расходу топлива, так как в них нет потерь с уходящими газами, однако не следует забывать, что при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях были свои тепловые потери, в том числе с уходящими в атмосферу газами.

Теплота газов, уходящих из рабочего пространства, необязательно полностью теряется в атмосферу. В современных топливных печах часть теплоты дымовых газов используют для подогрева воздуха, а иногда и газообразного топлива, которые направляются в горелочные устройства печи, т.е. теплота дымовых газов частично возвращается в рабочее пространство печи в виде физической теплоты воздуха – М_ф.в и топлива – М_ф.т. Этот процесс передачи теплоты дыма воздуху или топливу происходит в специальных устройствах – теплообменниках двух типов: рекуператорах и регенераторах, которые устанавливают в дымовых каналах между рабочим пространством печи и дымовой трубой. Потери теплоты с газами, уходящими в атмосферу – М_ух.атм, будут меньше по сравнению с потерями на выходе из рабочего пространства М_ух, а именно

Тепловой баланс топливной печи окончательно будет иметь вид

В крупных печах, например, в мартеновских и двухванных, теплоту уходящих газов используют для получения водяного пара, для чего за печами устанавливают котлы-утилизаторы.

Потери теплоты в рабочем пространстве печи также стремятся уменьшить прежде всего путем применения футеровки с лучшими теплофизическими свойствами – с меньшей теплоемкостью и теплопроводностью.

Существуют проекты так называемых безинерционных печей, ограждение которых отражает обратно в печь падающее на него из печи тепловое излучение, т.е. имеет свойство теплового зеркала. Существуют печи с испарительным охлаждением, в которых вода в водоохлаждаемых элементах печи превращается в пар, используемый в системе отопления помещений. Предложены схемы печей, в которых теплота, прошедшая через футеровку, передается воздуху, который также может быть полезно использован.

Тепловой дефицит процесс

Тепловой дефицит – это количество теплоты, которое нужно сообщить исходным материалам, чтобы превратить их в 1 кг (или 1 т) конечного продукта. В условиях постоянного давления среды это количество теплоты равно приращению удельной энтальпии Dі = і_к – і_н, Дж/кг, где і_к – энтальпия конечного продукта на выходе из печи, Дж/кг; і_н – энтальпия материала при загрузке в печь, Дж/кг конечного продукта.

Чем больше Dі, тем больше предстоящая тепловая работа печи, тем продолжительнее время тепловой обработки t_тепл, тем ниже производительность печи.

Например, при нагреве холодных слитков и заготовок перед обработкой давлением Dі = 800-900 кДж/кг (МДж/т), в мартеновской или дуговой сталеплавильной печи Dі = 1500-1900 кДж/кг (МДж/т) жидкой стали, в доменной печи Dі = 10500-12500 кДж/кг (МДж/т) жидкого чугуна.

Чтобы уменьшить расход топлива или электричества, нужно стремиться к уменьшению теплового дефицита путем сохранения энтальпии, полученной материалом в предыдущем металлургической переделе: жидкий чугун при выплавке стали, горячие слитки с жидкой сердцевиной при нагреве их перед прокаткой и т.д.

Основные характеристики печей.

Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями: производительностью; полезной тепловой нагрузкой; коэффициентом полезного действия.

Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки). Она определяет пропускную способность печи, т. е. количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т. д.). Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.

Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Q_пол к общему количеству тепла Q_общ, которое выделяется при полном сгорании топлива. Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).

Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами. Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД в пределах 0,65–0,87. Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120-180°С.

Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются: теплонапряженностью поверхности нагрева; тепловым напряжением топочного объема; гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.

От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.

Топливо: его виды, рабочий состав топлива, характеристики топлива.

Технологическим топливом считают топливо, сжигаемое в заводских печах, топках сушилок и других установках для использования тепла в технологических процессах производства.

При выборе (проектировании) печи в основном следует учитывать вид топлива (газовое или комбинированное).

Топливом называют горючие вещества, взаимодействие которых с кислородом воздуха сопровождается выделением теплоты и света.

Рабочее топливо – топливо в том виде, в каком оно поступает в топки и в печи для сжигания. Используется во всех теплотехнических расчетах.

Виды топлива по происхождению: природное и искусственное, по агрегатному состоянию: твердое, жидкое и газообразное.

характеризуется содержанием в нем отдельных химических элементов и веществ и выражается в процентах.

В состав рабочей массы твердого и жидкого топлива входят следующие элементы: углерод, водород, сера, азот, кислород, зола, влага.

Количественное содержание отдельных элементов рабочей массы твердого и жидкого топлива выражается в процентах по массе.

Газообразное топливо представляет собой смесь различных горючих и негорючих газов:

2. Негорючие – азот N₂, углекислый газ CO₂.

В отличие от твердого и жидкого состав газообразного топлива выражается в процентах по объему.

Горение топлива представляет собой процесс окисления горючих составляющих топлива кислородом воздуха.

Расчет горения топлива производят на единицу топлива: на 1 кг твердого или жидкого топлива или на 1 м 3 природного газа.

Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы топлива (при нормальных физических условиях: температуре – 0 °C и давлении – 0,1013 МПа).

Теплота сгорания топлива определяется в калориметрической установке или рассчитывается по составу топлива. В теплотехнических расчетах за основной показатель качества топлива принимают низшую рабочую теплоту сгорания, которая не учитывает теплоту конденсации водяных паров, образующихся при сгорании топлива.

Теплота сгорания различных видов топлива составляет:

¾ твердого топлива – 21…29 МДж/кг топл.;

¾ газообразного топлива – 32…38 МДж/м 3 топл.;

¾ жидкого топлива – 38…44 МДж/кг топл.

Шатровая печь.

На действующих установках нефтегазопереработки ранее были широко распространены шатровые печи и печи беспламенного горения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции. Срок их эксплуатации составляет 40 - 45 лет. Шатровые печи бывают односкатные и двухскатные.

Шатровые печи в основном применялись на установках АВТ производительностью1,5-3,0 млн. т/год.

Двухскатная шатровая печь (рис. 7) имеет расположенную в центральной части конвекционную камеру с горизонтально расположенными трубами и две раднантные камеры, расположенные справа и слева от конвекционном камеры. Свод и кровля каждой радиантной камеры имеет уклон от центра печи. Продуктовый змеевик радиантных камер состоит из горизонтальных труб, расположенных под сводом печи, вдоль боковых стен и над подом. В печах первых конструкций радиантные трубы соединялись посредством ретурбентов в специальных ретурбентных коробах, которые закрывались крышками.

Ретурбенты в данное время промышленностью не выпускаются, и трубы собираются в шпильки посредством обычных калачей на сварке; калачи расположены в обогреваемой зоне внутри радиантных камер.

Раднантные трубы свода и боковых степ крепятся к каркасу печи посредством специальных опор, изготовленных из высоколегированного стального литья 25Х23Н7СЛ. Из этой стали изготавливаются обычно и трубные решетки конвекционной камеры.

Рис.7 Схема двухкамерной печи с наклонным сводом (шатровая трубчатая печь) с горизонтальными трубами радиантной и конвекционной камер: 1 – факельные горелки; 2 – трубы радиантных экранов одностороннего облучения; 3 – трубы конвекционных змеевиков; 4 – перевальная стена; 5 – обмуровка; 6 – каркас печи; 7 – нижний боров (дымоход); 8 – дымовая труба.

В конвекционных камерах применены гладкие трубы с коридорным расположением.

Змеевик как в радиантной камере, так и в конвекционной камере может быть одно-, двух- и четырехпоточным. Наиболее часто применяются трубы с диаметрами 152; 159 и 219 мм.

Перекидки из конвекционной части змеевика в радиантную осуществляются снаружи печи через сальники в футеровке. Футеровка свода и стен шатровых печей выполнена из фасонного шамотного кирпича, который крепится к каркасу печи посредством специальных подвесок из стального и чугунного литья. Изоляция выполнена из диатомового кирпича.

Горелочные устройства (форсинки) – обычно типа ФГМ-4, ФГМ-120, ФГМ-120М, рассчитанные на комбинированное сжигание нефтезаводского газа и мазута, расположены в центре радиантных камер в один или два яруса. Для обслуживания горелок и наблюдения за трубами змеевика имеются смотровые окна, расположенные в боковых стенах печи. Для предохранения конструкций печи при взрывах печь имеет взрывные клапана.

Каркас печи – сварной из сортового проката, обшивка – из листовой стали толщиной 4–6 мм. Продукты сгорания из радиантных камер через конвективную камеру попадают в сборный боров, расположенный под печью. Конструкция шатровой печи предусматривает применение подземных боровов, которые часто заливаются водой и разрушаются, что снижает тягу и нарушает аэродинамический режим печи.

Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: они громоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0,74, теплонапряженность камер низкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокой температуре(450-500°С).

Односкатные печи отличаются от двухскатных печей наличием одной радиантной камеры. В остальном конструкции односкатных и двухскатных шатровых печей аналогичны.

Читайте также: