Классификация и конструктивные схемы промышленных печей

Промышленные печи классифицируют следующим образом:

• • по роду производства и технологическому назначению — металлургические (доменные, сталеплавильные, нагревательные, прокатные, термические); печи машиностроительных заводов (литейные вагранки, нагревательные, кузнечные, термические, цементообжигательные печи и др.);
• • по форме рабочего пространства — камерные, многокамерные, кольцевые, карусельные, туннельные, шахтные, вращающиеся барабанные и др.;
• • по режимно-организационным признакам — непрерывного действия, периодического действия;
• • по степени механизации — механизированные, немеханизированные;
• • по способу теплообмена — высокотемпературные с радиационным теплообменом, низкотемпературные с конвективным теплообменом;
• • по способу регенерации теплоты — регенеративные и рекуперативные;
• • по способу нагрева — с прямым нагревом (дымовые газы соприкасаются с изделием) и косвенным нагревом (дымовые газы отделены от изделий стенками);
• • по способу загрузки — с периодической и непрерывной загрузкой.

Печи с непрерывной загрузкой обеспечивают определенный режим производства, более высокую производительность и лучшее использование топлива. При мелкосерийном и единичном производстве (крупные поковки) применяют камерные печи с периодической загрузкой. В крупносерийном и массовом производстве, когда за определенным агрегатом (молотом, прессом, ковочной машиной) закреплено небольшое количество однотипных заготовок, широко используют автоматизированные печи с непрерывной загрузкой.

Камерные печи. При обработке в печах крупногабаритных деталей целесообразно использование двухкамерных печей. В этом случае при обычных условиях вторая камера используется для нормализации деталей или для предварительного подогрева заготовок. При нагреве же деталей завышенных размеров включается горелочное устройство второй камеры.

Камерные печи работают на газообразном или жидком топливе. Одним из основных элементов этих печей являются горелки. Существующие газовые горелки подразделяются на двухпроводные с принудительной подачей газа п воздуха и инжекционные однопроводные, в которых один из компонентов (обычно воздух) подсасывается другим (обычно газом), выходящим под давлением.

Инжекционные горелки работают с полным внутренним смешением газа и воздуха и поэтому обеспечивают сгорание топлива с наименьшим коэффициентом избытка воздуха.

Рекуперационный подогрев воздуха, являющийся обязательным для всех новых и реконструированных печей, обусловливает применение (при невозможности обеспечения постоянства давления газа на уровне 0,02— 0,03 МПа и невозможности регулирования тягового режима) газовых двухпроводных горелок. Эти горелки рекомендуются к установке также на вновь строящихся печах, которые периодически будут работать на газе или жидком топливе, что в настоящее время необходимо предусматривать для обеспечения их бесперебойной работы.

В низкотемпературных печах для снижения температуры в рабочем пространстве жидкое топливо и газ сжигаются с большим коэффициентом избытка воздуха (1,3—1,6). Это приводит к снижению КПД печи в связи с увеличением потерь теплоты с уходящими газами.

Необходимого снижения температуры в рабочем пространстве печи наиболее целесообразно добиваться за счет внешней рециркуляции газов, при которой часть дымовых газов возвращается в топку или рабочее пространство печи при помощи вентилятора или за счет разрежения, создаваемого горелками (рис. 15.15).

Для печей со средней температурой в топочной камере 950, 850 и 750 °C экономия топлива за счет применения рециркуляции дымовых газов составляет соответственно 30, 35 и 40%.

Рис. 15.15. Схемы внешней рециркуляции газов:

а — при помощи осевого вентилятора; б — при помощи инжекционной горелки; 1 — осевой вентилятор; 2 — рекуператор; 3 — дымосос Муфельные печи. В муфельных печах, используемых для термообработки стальных деталей (отжиг, закалка, отпуск, нормализация, цементация), изоляция обрабатываемых изделий от дымовых газов осуществляется с помощью муфеля. Непосредственный контакт греющих дымовых газов со стальными деталями недопустим, так как приводит к окислению или обезуглероживанию стали. Изделия проходят через муфель, заполненный защитным газом, который не вступает с ними в химическое взаимодействие. Передача теплоты происходит через стенки муфеля (рис. 15.16).

Рис. 15.16. Схема косвенного нагрева в муфельной печи

Вагранки. На судоремонтно-судостроительных заводах в литейных цехах преимущественно распространены вагранки — топливные печи шахтного типа (вертикальные), служащие для переплавки чугуна. При плавке в вагранках используется преимущественно твердое топливо (кокс, термоантрацит). В последние годы конструкции вагранок заметно усовершенствованы. Так, применяются подогрев дутья, кислородное дутье, водяное охлаждение, розжиг вагранки природным газом. Известны вагранки, работающие на газообразном топливе, а также на смешанном — газообразном и твердом.

Ваграночное твердое топливо должно обладать высокой прочностью при нормальной и высокой температурах, большой плотностью, характеризуемой пористостью, низким содержанием золы и серы. Для повышения температуры перегрева чугуна можно применять смесь кокса с термоантрацитом — термически обработанным (без доступа воздуха) антрацитом. Термоантрацит, получаемый в специальных печах, обладает термостойкостью, повышенной пористостью, невысоким содержанием серы.

Подогрев дутья в вагранках за счет физической и химической теплоты колошниковых газов можно вести в самой вагранке или в отдельно вынесенной установке, а также путем сжигания топлива в отдельно обогреваемом воздухоподогревателе вне вагранки. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее экономичен первый способ, не требующий специальных затрат и обеспечивающий экономию топлива. Недостатком этого способа является относительно невысокая температура подогрева воздуха (250—300°С).

В последнее время начали применяться вагранки с водяным охлаждением, что позволило повысить их производительность.

Лесосушильные камеры. В составе технологического оборудования судоремонтных предприятий имеются лесосушильные камеры. Поскольку сушке подвергаются различные пиломатериалы, производительность лесосушильных камер в объеме высушиваемой древесины значительно колеблется. Для учета и планирования работы камер установлена учетная и плановая единица — кубический метр условного материала. Условному материалу эквивалентны основные обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, высушиваемые от начальной влажности 60% до конечной 12%.

При сушке песка, используемого в пескоструйных аппаратах для очистки корпусов судов, применяются печи барабанного типа.