Совершенствование и развитие конструкций нагревательных колпаковых печей

Анализ показателей качества электроэнергии в системе... Карандаев А.С., Корнилов Г.П., Храмшин Т.Р. и др.

2. Характер изменения уровня высших гармонических в целом соответствует изменению тока основной гармоники. По всем секциям уровень 5-й гармоники не превышает 1%, 13-й - не более 2% и 11-й - не более 5%. Уровень 7-й гармоники - менее 1%, поэтому в процессе анализа она не исследовалась.

3. Наблюдается явная зависимость между токами 5-й и основной гармоник, однако на некоторых участках диаграммы при сбросе нагрузки возникают выбросы токов 5-й гармоники. При этом на 11-ю и 13-ю гармоники эти набросы на -грузки не оказывают никакого влияния. Поведе-

ние 13-й гармоники отличается большей стабильностью по отношению к 11-й, и соответственно выбор и настройка фильтров могут быть произведены по среднему току.

Таким образом, предложенный метод осцил-лографирования и обработки параметров узла нагрузки позволяет с помощью простейших программно-технических средств оценить не только общий уровень их несинусоидальности, но также отслеживать динамику процесса искажения тока и напряжения и использовать эти данные при управлении фильтро-компенсирующими устрой -ствами в режиме реального времени

Библиографический список

1. ГОСТ 13109-97. Нормы качестваэлектрическойэнергиив системах электроснабжения общего назначения.

2. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети / Под общ. ред.

А.А. Федорова. М.: Энергия, 1980.

3. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде М ДТЬДБ: учебный курс. СПб.: Питер, 2001.

УДК 662.942.2:621.783.245

В. В. Копцев, А. П. Морозов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ КОЛПАКОВЫХ ПЕЧЕЙ

Технологические процессы, реализуемые на основе нагрева, занимают одно из ведущих мест в промышленном производстве. Развитие производства сопровождается высокими темпами потребления топлива и других ввдов энергии. В связи с этим проблема повышения эффективности использования топливно-энер-гетических ресурсов приобретает важное зна-чение. Сбережение теплоты энергии выступает как мощный рычаг совершенствования топлив -но-энергетического комплекса страны и как один из важнейших факторов, стимулирующих дальнейший общий прогресс промышленного производства.

Следовательно, стремясь обеспечить прогрессирующее энергосбережение, следует непрерывно оптимизировать процесс теплоотдачи к нагреваемому материалу, непрерывно совершенствовать тепловую работу и конструкции нагревательных устройств, используемых в металлургии и машиностроении [1].

На предприятиях черной металлургии РФ одним из крупнейших потребителей газообразного топлива (природного газа) являются колпаковые печи, в которых проходит термообработку зна -чигельная часть стали Большое количество кол-паковых печей делает невозможным их быструю

замену на новые агрегаты, реализующие более прогрессивную водородную технологию. Поэтому необходимо совершенствовать существующие технологии и агрегаты на основе их модернизации и реконструкции, разработки и внедрении методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности их работы, и, прежде всего, снижение энергетических затрат.

Тепловой процесс, осуществляемый в колпаков ых печах, формирует требования к рациональной конфигурации зоны теплообмена в районе горелочного пояса, которая в конечном счете определяет основные параметры горелочных устройств. Таким образом, при предлагаемом подходе технология закладывает необходимые требования к горелочным устройствам, в частности определяет их необходимые параметры.

Перспективы разработки конструкции и улучшения эксплуатации колпаковых печей для отжига рулонов сводятся к сокращению дли -тельности нагрева и охлаждения садки рулонов. Это сокращение можно получить, улучшив теплофизические характеристики рулонов, а также совершенствуя конструкцию печей.

С теплотехнической точки зрения одним из возможных мероприятий экономии топлива яв-ляются мероприятия по интенсификации теп-

лообмена. Из всех способов интенсификации теплообмена, с соблюдением условия равномерности нагрева металла, можно выделить: косвенные - непосредственно не влияющие на источники теплоты и прямые - меняющие ха -рактер генерации теплоты и ее восприятие металлом.

К косвенным способам повышения равномерности нагрева металла в колпаковых печах можно отнести применение различного рода те -плорассеивающих элементов в ввде экранов, промежуточных кожухов и двойных муфелей. Например, в колпаковой печи [2], заявленной фирмой Син-Ниппон сэйгэцу (Япония), муфель охвачен промежуточным кожухом, подвешенным к своду колпака с возможностью вращения, причем нижний край кожуха достигает уровня (или несколько ниже) установки горелок.

В колпаковой печи [3], предложенной фирмой Ruhr gas AG, содержащей колпак и муфель, установленные на стевде с циркуляционным вентилятором, и горелки, расположенные в нижней части колпака , для предотвращения локально перегрева садки нижняя часть муфеля экранирована теплорассеивающими элементами

Для интенсификации подвода тепла и повышения равномерности его распределения по поверхности муфеля предлагались различные технические решения. Например, на металлургическом комбинате «Hermann Mastern» (ГДР) рассматривалась возможность применения схе-мы колпаковой печи с организацией несколь-ких зон горения (на трех уровнях) со спирале-образным расположением горелок [4]. Отвод дымовых газов производился сверху нагрева -тельного колпака на определенной его высоте через тангенциальные дымоотводы в рекупера -торы для нагрева воздуха.

С целью интенсификации теплообмена между колпаком и муфелем и сокращения времени отжига садки на ММК предлагался нагрева -тельный колпак [5] для отжига плотносмотан-ных рулонов, содержащий футерованный кожух с дымоотводящим отверстием в центре плоского свода, соединенным дымоотводящими каналами со струйным рекуператором, а также горелки, установленные в два яруса тангенциально в нижней части колпака, причем последний снабжен на определенном расстоя-нии по высоте укрепленными на его внутренней поверхности кольцами-турбулизаторами в ввде набора кольцевых диафрагм.

Для повышения равномерности нагрева садки на Мариупольском металлургическом комбинате предлагалось в нагревательном кол-

паке колпаковой печи горелки перенести в верхнюю часть, а дымоотводы - в нижнюю [6]. С этой же целью в колпаковой газовой печи, разработанной специалистами Днепропетров-ского металлургического института [7], колпак в верхней части дополнительно был снабжен горелками и эжекторами с возможностью их реверсирования на нижние горелки.

Для повышения эффективности и равномерности нагрева на высоте стопы и экономии топлива предлагались различные схемы рециркуляции отходящих газов обратно в подмуфельное пространство. Например, в колпаковой печи для отжига стопы рулонов, разработанной Институтом черной металлургии (Россия), предложена конструкция нагревательного колпака [8], содержащего : открытый снизу корпус с футеровкой, горелки для сжигания топлива, расположенные в нижней части корпуса, устройство для отвода продуктов горения с помощью эжектора при подаче сжатого воздуха в дымозаборный канал, и дымозаборников, выполненных в ввде колена с диффузором, соединяющего полость корпуса с устройством для отвода продуктов горе -ния. При этом колпак снабжен дополнительно патрубком для отбора продуктов сгорания из его полости и возврата их с дымовоздушной смесью в полость корпуса ниже уровня размещения горелок при отношении диаметров дымозаборного колена и патрубка, составляющем 1,5-2,5.

Имеются попытки интенсификации теплообмена на внутренней поверхности стопы рулонов, например с помощью муфелей с центральной тупиковой или проходной трубой

С целью интенсификации теплообмена на внутренней поверхности рулонов на ММК предложена [9] колпаковая печь, в которой на -гревательный колпак снабжен центральной от -сасывающей трубой для забора продуктов горения в нижней части печи, которая входит соосно во внутренний цилиндр, выполненный в муфеле. Для дальнейшего повышения конвек-тивной теплоотдачи внутри рулона специалисты ММК предложили установить на стевде внутри рулонов полый цилиндр со спиральны -ми ребрами на его наружной боковой глуходонной поверхности [10].

В Днепропетровском металлургическом институте предложена колпаковая печь [11] с муфелем и с центральной тупиковой трубой, проходящей внутри рулонов. В другом варианте колпаковой печи [12], разработанной в Укр. НИ-ИЧМ (Украина), муфель имеет внутренний цилиндр для прохода продуктов сгорания, удаляе-мых через трубу в стевде с помощью эжектора.

Имеются предложения по интенсификации зуется муфель с центральной тупиковой трубой

теплообмена между муфелем и садкой воздей- для подачи охладителя. В колпаковой печи [19],

ствием на циркуляцию. Например, в колпако- заявленной Днепропетровским металлургиче-

вой печи для отжита металла [13], разработан- ским институтом, при охлаждении садки ис-

ной на ММК, для усиления циркуляции защит - пользуют муфель с центральной тупиковой

ного газа предлагается использовать дополни- трубой и падают через нее охлаждающую воду

тельный эжектор. В способе отжига рулонов в и воздух.

колпаковых печах [14], предложенным И нети- Для интенсификации теплообмена и повы-

тутом черной металлургии (Россия), осуществ- шения производительности представляетингерес

ляется периодическое изменение направления колпаковая печь [20], разработанная фирмой Су-

циркуляции защитного газа. В колпаковой печи мигомо кивдзоку когё (Япония), в которой в пе-

[15], заявленной Харьковским филиалом риод нагрева защитный газ нагревают в выне-

ВНИИЭТО, используются три циркуляционных сенном теплообменники с помощью горелки, а

вентилятора, установленных в вертикальной продукты сгорания из него утилизируют при по-

плоскости, причем ось выходного патрубка ка - даче между муфелем и колпаком.

ждого вентилятора расположена под углом к Поэтому, анализируя вышеизложенный опыт горизонтальной плоскости. проектирования печей и интенсификации тепло-

Для интенсификации теплообмена к муфе- обмена, более совершенная конструкция колпа-

лю и от него к защитному газу предложено на - ковой печи, а именно нагревательного колпака,

ружную или внутреннюю поверхность муфеля по сравнению с существующей конструкцией

снабжать различными элементами. Например, в колпаковой печи Стальпроекта должна обладать:

Харьковском филиале ВНИИЭТО (Украина) - высокой скоростью истечения природного

предложены колпаковые печи [16], в которых газа через сопло горелочного устройства для

муфель выполнен с элементами теплообмена создания высокоэнергетического потока в цг-

в ввде полых тороидов, соединенных полыми лях обеспечения требуемой длины факела - не

перемычками, причем тороид с внешней сторо- менее 60 калибров (относительных расстояний

ны муфеля частично заполнен промежуточным х/^, х - расстояние по оси от горелочного со -

теплоносителем. В другом варианте колпаковой пла диаметром

печи [17] муфель снабжают элементами тепло- -возможностью точного регулирования ве -

обмена в виде отрезков проволоки, установлен- личины коэффициента расхода воздуха в преде-ных на его наружной и внутренней поверхно- лах 1,03-1,20.

стях с целью повышения производительности Более рациональная и оптимальная конст-

путем интенсификации лучистого и конвектив- рукция должна обеспечить высокую степень ного теплообмена. эжекции с путного потока воздуха для лучшего

Предложения по интенсификации теплооб- смешения его стопливом, создатьконфигурацию

мена в период охлаждения садки связаны с зоны горения, обеспечивающей наибольшее

конструкциями муфелей с ускоренным охлаж- «прилегание» поверхности факела к внутренней

дением и с применением теплообменников для поверхности футеровки печи и поверхности му-

охлаждения циркулирующего защитного газа. феля, а также равномерное горение по всей дли-

Например, в колпаковой печи [18], предложен- не факела при требуемой температуре для обес-

ной заводом «Красная Этна» (Россия), исполь - печения необходимых условий теплообмена.

Библиографический список

1. Высокотемпературныетеплотехнологические процессы 10. А. с. 1657535 СССР, С2Ю 9/673.

и установки / И.И. Перелетов, Л.А. Бровкин, Ю.И. Ро- 11. А. с. 924128 СССР, С2Ю 9/673.

зенгарт и др.; Под ред. А.Д. Ключникова. М.: Энерго- 12. А. с. 1208444 СССР, Р27В 11/00.

атомиздат, 1989. 336 с. 13. А. с. 1478022 СССР, Р27В 11/00.

2. Заявка 57-42134 Япония, 02Ю 9/673. 14. А. с.1765215 СССР, С2Ю 9/663.

3. Заявка 3444038 ФРГ, 02Ю 9/663. 15. А. с. 1766987 СССР, С2Ю 9/673.

4. Пат. 252665 ГДР, Р27Б 14/00. 16. А. с. 1705371 СССР, С2Ю 9/673, Р27В 5/10.

5. А. с. 1337429 СССР, 02Ю 9/673. 17. А. с.1770409 СССР, С2Ю 9/673, Р27В 5/10.

6. Пат. 62352 Украина, Р27Б 14/00. 18. А. с. 1328394 СССР, С2Ю 9/673.

7. А. с. 403774 СССР, 02Ю 9/00, Р27 В 11/00. 19. А. с. 1652365 СССР, С2Ю 9/673.

8. А. с.1339150 СССР, 02Ю 9/673. 20. Заявка 63-20287 Япония, С 2Ю 9/663.

9. А. с. 365388 СССР, 02Ю 9/00, Р27Б 9/10.