Енергозберігаючі режими нагрівання металу в камерних печах - Автореферат

Аналіз тенденцій розвитку конструкцій печей і режимів нагрівання показує, що останнім часом дістає широкого розвитку глибока регенерація тепла газів з пічного простору, шляхом застосування регенеративних пальників з кульковою насадкою. Реверсування пічних газів, властиве регенеративним печам, створює передумови встановлення рівномірного температурного полю в печі, а високий ступінь регенерації теплоти пічних газів призводить до зниження питомої витрати тепла на нагрівання металу і зменшенню кількості шкідливих викидів в атмосферу на одиницю продукції. Обраний напрямок дослідження звязаний з науково-дослідними роботами “Розробка наукових основ конструювання нагрівальних печей з глибокою утилізацією тепла відпрацьованих газів” (Тема Г206G20009), “Розробка ефективних режимів експлуатації камерних печей за екологічними та енергозберігаючими показниками” (Тема Г206G20006), що є базовими для підготовки дисертаційної роботи, де автор являвся відповідальним виконавцем. на основі одномірної парової схеми теплообміну у шарі розробити чисельно-аналітичні математичні моделі регенератора з кульковою насадкою і регенеративної камерної печі з урахуванням умов вигоряння палива в факелі і реверсу пічних газів; провести дослідження впливу умов спалювання палива в факелі на рівномірність нагрівання садки уздовж печі з урахуванням високотемпературного підігріву повітря в регенеративних пальниках і визначити умови спалювання палива, необхідні для досягнення рівномірності нагрівання садки в регенеративних камерних печах, характерної для печей ідеального перемішування (ІП);Усе більш широке поширення останнім часом одержують регенеративні пальники, розробка яких є великим досягненням в області використання теплоти високотемпературних відпрацьованих продуктів горіння. Кожен з пальників може працювати як у режимі власне пальника, так і в режимі димовідвідного каналу для продуктів згоряння. У ході розрахунку визначаються такі показники роботи печі: коефіцієнти використання палива (?квп) і корисної дії печі (?ккд), коефіцієнт регенерації тепла (rф), питомі витрати тепла і умовного палива, масовий вихід оксидів азоту, вигар металу, продуктивність і т. д. З рівняння миттєвого теплового балансу (6) для газового потоку в робочому просторі печі з урахуванням умов вигоряння палива в факелі виділені такі параметри, що впливають на процеси розподілу теплоти уздовж робочого простору: Кгор - частка палива, що спалюється в зоні теплообміну в факелі поза пальником, Fгор/Fобщ - відношення площі поверхні зливків, розташованих безпосередньо під факелом пальника (площі горіння) до сумарної площі поверхні садки (безрозмірна довжина факела). Результати моделювання реверсивної печі і регенератора показали, що ступінь регенерації тепла в печі з регенеративними пальниками змінюється від 0,75 до 0,84, температура підігріву повітря в кулькових регенераторах змінюється від 1120°C до 1200°C, а температура диму, що йде з регенератора - від 100°C до 150°C за цикл між перекиданнями клапанів (реверсом пічних газів).Проведено аналіз сучасних способів утилізації теплоти димових газів, перспективності застосування регенеративних пальників у нагрівальних печах металургії і машинобудування України. Отримано нові наближені аналітичні розвязки задачі про нагрівання масивних тіл газами при найбільш загальних лінійних граничних умовах третього роду, що відрізняються від інших відомих розвязків наявністю табульованного кореня трансцендентного рівняння класичної задачі про нагрівання одиничного тіла у формі пластини, циліндра чи кулі при постійній температурі середовища. На підставі розрахункового дослідження нагрівальної камерної печі з регенеративними пальниками, для якої характерний високотемпературний підігрів повітря, зроблено висновок про те, що задовільна рівномірність нагрівання великотоннажної садки уздовж печі досягається при спалюванні всього палива в факелі поза пальником і при довжині факела, що дорівнює довжині печі. Розрахунки нагрівання при цих умовах спалювання палива можна проводити по наближеній моделі печі ідеального перемішування із середнім коефіцієнтом регенерації тепла відпрацьованих газів за цикл нагрівання rf=0,8, тому що ступінь регенерації тепла в печі з регенеративними пальниками змінюється від 0,75 до 0,84. Вирішальний вплив теплової потужності на продуктивність камерної печі як із традиційними цегельними регенераторами (rf=0,4), так і для печі з регенеративними пальниками (rf=0,8) спостерігається при значеннях питомої теплової потужності не більш як 100-110 КВТ/м2.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Губинский В.И., Еремин А.О. Влияние максимальной тепловой мощности на производительность и другие показатели работы камерных садочных печей. Металлургическая теплотехника: Сб. научн. тр. ГМЕТАУ (Энергетика. Металлургия). В 2-х томах. Т. 1. - Днепропетровск: ГМЕТАУ, 1999. - 214 с.

2. Еремин А.О. Математическая модель регенеративной камерной печи с учетом условий выгорания топлива и реверса печных газов: Сб. науч. тр. НМЕТАУ. - Днепропетровск: НМЕТАУ, 2000. - 219 с.

3. Губинский В.И., Еремин А.О. Новое аналитическое решение задачи о теплообмене в движущемся слое // Теория и практика металлургии. - 1999. - №5. - С. 22-23.

4. Еремин А.О., Губинский В.И. Влияние условий сжигания топлива на равномерность нагрева садки в камерных печах с регенеративными горелками // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №2. - С. 97-99.

5. Затопляев Г.М., Еремин А.О. Теплотехническое испытание нагревательной печи с регенеративными горелками // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №3. - С. 85-87.

6. Губинский В.И., Румянцев В.Д., Еремин А.О., Пашин И.К. Разработка научных и технологических основ конструирования металлургических печей, работающих без выброса дымовых газов в атмосферу // Сб. тр. Междунар. конф. “Черная металлургия России и СНГ в XXI веке”. - Том 2. - М.: Металлургия. - 1994. - С. 6-7.

Размещено на .ru

1. Проведено аналіз сучасних способів утилізації теплоти димових газів, перспективності застосування регенеративних пальників у нагрівальних печах металургії і машинобудування України. Зроблено висновок про перспективність розвитку даного напрямку утилізації тепла димових газів для широкого профілю промислових печей. Регенеративні пальники мають ряд достоїнств, що вигідно відрізняють їх від існуючих нині утилізуючи пристроїв.

2. Отримано нові наближені аналітичні розвязки задачі про нагрівання масивних тіл газами при найбільш загальних лінійних граничних умовах третього роду, що відрізняються від інших відомих розвязків наявністю табульованного кореня трансцендентного рівняння класичної задачі про нагрівання одиничного тіла у формі пластини, циліндра чи кулі при постійній температурі середовища. Наведені у такому вигляді розвязки зручні для інженерних розрахунків і мають достатній ступінь точності. В області Fo-0,15 температури, розраховані по отриманих наближених формулах, практично збігаються з відомим розвязком.

3. На основі одномірної шарової схеми теплообміну розроблені чисельно-аналітичні розрахункові моделі регенератора з кульковою насадкою і регенеративної камерної печі з урахуванням умов вигоряння палива в факелі і реверсу пічних газів, проведена адаптація математичних моделей.

4. На підставі розрахункового дослідження нагрівальної камерної печі з регенеративними пальниками, для якої характерний високотемпературний підігрів повітря, зроблено висновок про те, що задовільна рівномірність нагрівання великотоннажної садки уздовж печі досягається при спалюванні всього палива в факелі поза пальником і при довжині факела, що дорівнює довжині печі. Максимальна різниця значень середніх по масі температур окремих зливків садки не перевищує 36°C. Розрахунки нагрівання при цих умовах спалювання палива можна проводити по наближеній моделі печі ідеального перемішування із середнім коефіцієнтом регенерації тепла відпрацьованих газів за цикл нагрівання rf=0,8, тому що ступінь регенерації тепла в печі з регенеративними пальниками змінюється від 0,75 до 0,84. Температура диму, що йде з регенератора, змінюється від 100°C до 150°C за цикл між перекиданнями клапанів (реверсом пічних газів). При цьому температура підігріву повітря в кулькових регенераторах складає 1120-1200°C.

5. Дослідження нагрівання зливків за допомогою чисельно-аналітичної математичної моделі камерної печі, що працює в режимі ідеального перемішування, показало, що вирішальний вплив теплової потужності на продуктивність нагрівальних печей спостерігається в широкому діапазоні потужностей. З підвищенням рівня теплової потужності темп росту продуктивності знижується. Вирішальний вплив теплової потужності на продуктивність камерної печі як із традиційними цегельними регенераторами (rf=0,4), так і для печі з регенеративними пальниками (rf=0,8) спостерігається при значеннях питомої теплової потужності не більш як 100-110 КВТ/м2. Подальше зростання теплової потужності при нагріванні зливків гарячого посаду з погляду підвищення продуктивності малоефективне. Зростання продуктивності склало до 35% при гарячому і 10-30% при холодному посаді для тих самих рівнів потужностей.

6. За допомогою дослідження на моделях визначені енергозберігаючі режими нагрівання металу в камерних печах. При нагріванні зливків холодного посаду у камерній печі з rf=0,4 виявляється чітко виражена область з мінімальною витратою палива. Оптимальна величина питомої теплової потужності складає 60-90 КВТ/м2. Питома витрата умовного палива при нагріванні зливків холодного посаду з rf=0,8 знижується в інтервалі питомих потужностей до 80-100 КВТ/м2 і при подальшому росту потужності - стабілізується. При гарячому посаді для печі і з rf=0,4 і з rf=0,8 екстремальна залежність питомої витрати палива від потужності не спостерігається. При питомій потужності вище 80-100 КВТ/м2 питома витрата палива стабілізується на мінімальному рівні. Подальше зростання теплової потужності у першому періоді не веде до зміни цього показника, що пояснюються дуже короткою тривалістю періоду інтенсивного нагрівання для гарячого посаду при великих потужностях. У таких випадках при виборі потужності в першому періоді варто виходити з міркувань забезпечення необхідної продуктивності. За результатами моделювання нагрівальних печей з цегельними регенераторами (rf=0.4, Кгор=1, Fобщ=1) розрахункова питома витрата умовного палива при холодному посаді дорівнює 60-64 кг. у.п./т, а при гарячому посаді - 19-21 кг. у.п./т. На аналогічній печі з регенеративними пальниками за тих самих умов нагрівання він склав відповідно: 40-42 і 9,5-11 кг. у.п./т. Таким чином, у результаті застосування регенеративних пальників питома витрата палива для гарячого посаду знизилася більш ніж у 1,9-2,0 рази, для зливків холодного посаду в 1,5 рази.

7. Запропоновані моделі з достатньою для інженерних розрахунків точністю можуть бути застосовані для проектування і оцінки роботи нагрівальних регенеративних печей камерного типу.

8. Випробування дослідної реверсивної печі з регенеративними пальниками підтвердило працездатність реверсивної системи опалення з переключенням клапанів через 1 хвилину. Спостерігалося стабільне спалювання палива з рівномірним розподілом температури уздовж усієї печі. У результаті балансових випробувань підтверджено ефективність енергозбереження при переведенні печі на опалення регенеративними пальниками. Економія природного газу склала 41% при ступені регенерації теплоти димових газів 0,83. газ енергозберігаючий теплообмін

9. Розроблено схему великотоннажної печі з глибокою хімічною і тепловою утилізацією викидів, що відрізняється застосуванням відомих і в даний час діючих на промислових підприємствах окремих вузлів.