Способ отопления радиационных труб

 

69) (1И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Зюо F 23 0 13/00; С 21 О 9/673 .,,F 27 В 5/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ з

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Asxorceovv cempetenbc 9

Ф

В ш с (21) 3241484/22-02 (54) (57) СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ РАДИАЦИОННЫХ. (22) 03. 02.81,,: ТРУБ, преймущественно для нагрева хо (46) 23 .09.83. Бюл. И 35 .. :; . лоднодеформированных изделий в про(72) В.И.Маслов, В.В.Огнев, : ходных роликовых печах, включающий

О.Н.Бондаренко, P.Ô.Êóçíeöoâ, .: раздельную подачу газа и воздуха, их

Г.С.Белобородов, Я.Л.Чертин . перемешивание и сжигание газовоздуш:и A.ß.Ôðîëîâ . ной смеси с переменным коэффициентом (71) Всесоюзный научно-исследователь- расхода воздуха, о т л и ч а ю щ и йский институт металлургической тепло-.. с я тем, что, с целью стабилизации техники температуры внешней стенки радиацион(53) 621.783(088.8), : ной трубы и снижения сажеобразования, (56) 1. Еринов А.Е. и Семернин А,М. : сначала газовоздушную смесь сжигают с

Промышленные печи с радиационными - ; коэффициентом расхода воздуха 1,50трубами. М., "Металлургия", 1977, :: 1,30 с заданным расходом газовоздушс. 63. ной смеси, затем - с понижением коэф2. Патент Англии И 1054371, . ; Фициента расхода воздуха по 0,05 еди- 3

; кп. F 4 о, опубпнк; 1967.: ннан до 1,05, а подачу газоаоздушной

:. смеси уменьшают соответственно на 3Вз от задапного расхода газозоздуш:: ной смеси.

1043420 2 как следствие, неравномерный нагрев труб по их длине; повышенное аэроди50

Изобретение относится к термической обработке металлических иэделий в нагревательных печах предприятий черной металлургии и других отраслей промышленности. 5

Известен способ отопления радиационных труб для нагрева холоднодеформированных изделий при их термообработке в роликовых проходных печах, включающий раздельную подачу газа и 10 воздуха, их перемешивание, сжигание топливовоздушной, смеси с переменным коэффициентом расхода воздуха. Согласно этому способу для устранения сажеобразования в радиационных тру- 15 бах топливо сжигают с коэффициентом расхода воздуха не ниже 1,15. Снижение коэффициента расхода воздуха становится возможным только при модернизации топливосжигающих уст- 20 ройств (11

Недостатками данного способа яв-. ляются невозможность эксплуатации топливосжигающих устройств при коэффи циентах расхода воздуха ниже 1,15, из-р5 за интенсивного выделения .сажи и быстрого выхода радиационных нагревателей из строя; повышенный расход топлива и воздуха, вследствие необходимости интенсификации процесса теплоотдачи от факела через стенку .к внешней поверхности радиационной трубы и поддержания температуры этой поверхности в заданных технологической картой пределах; ограниченная удельная произ35 водительность печи, вследствие недостаточно высокого коэффициента теплопередачи от факела и внешней стенки трубы (температурный напор в известных системах, как правило, не превышает 200-300оС). Интенсификация процесса сжигания топлива в какой-то мере достигается при предварительном смешении потоков газа и воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ отопления радиационных труб для нагрева металлических иэделий в термических печах, включающий подачу газа и воздуха, их предварительное перемешивание в специальном смесителе, сжигание топливо-воздушной смеси при коэффициенте расхода воздуха 1,15|,so (2)

Недост ат ками из вестного способа авляются наличие специальных смесителей топлива с воздухом, что сущест венно усложняет конструкцию устройства; недостаточная длина факела и, намическое сопротивление системы, вследствие наличия в ней значительного количества смешивающих устройств; недостаточно интенсивная теплоотдача от факела через стенку к внешней поверхности трубы, что ограничивает производительность печи и приводит к увеличению расхода топлива на процесс.

Целью изобретения является стабилизация температуры внешней стенки радиационной трубы и снижение сажеобразования.

Роставленная цель достигается тем., что согласно способу отопления радиационных труб, преимущественно для нагрева холоднодеформированных изделий в проходных роликовых печах, включающем раздельную подачу газа и воздуха, их перемешивание и сжигание топливовоздушной смеси с переменным коэффициентом расхода воздуха, сначала газовоздушную смесь сжигают с коэффициентом расхода воздуха 1,501,30 с заданным расходом газовоздушной смеси, зат м с понижением коэффициента расхода воздуха посте, пенно снижают по 0,05,единицы до

1,05, а подачу газовоздушной смеси уменьшают соответственно на 3-83 от заданного расхода газовоздушной смеси.

Эксплуатация существующих печей с радиационными трубами показывает, что они дол)кны обеспечивать, во-первых, интенсивную передачу тепла от факела сжигаемой топливовоздушной смеси к нагреваемым иэделиям, вовторых, полное сжигание топлива (без сажевыделения ) и равномерный нагрев обрабатываемых изделий. Для этого на рабочем ходу цикла эксплуатации печи необходимо максимально приблизить к 1,0 коэффициент расхода воздуха (т,е. увеличить температуру горящего факела ) при отсутствии условий, способствующих образованию сажи в радиационных трубах. Эксплуатация радиационных труб при этом приводит к снижению расхода воздуха на горение, т.е. к увеличению температуры факела и понижению скоростей движения газовоздушной смеси внутри трубы.

В проходных роликовых печах, оборудованных радиационными трубами, нагреву подвергают последовательный ряд изделий различных типоразмеров. 1043420

При этом -имеет место периодическое изменение температурного режима печи, вследствие различной массивности (по требления тепла) изделий и интенсивности их подачи. В то же время температуру радиационных труб (внешних стенок) следует поддерживать в заданных пределах с их стабилизацией, Такая стабилизация обеспечивается изменением коэффициента расхода воздуха 10 в сторону его увеличения (при умень" шении нагрузки печи) до величины

1,50-1,30 (с целью исключения сажеобразования). Сжигание топлива с ко. эффициентом расхода воздуха выше 1,50.15 обусловливает существенное снижение интенсивности теплоотдачи от горячего факеля через стенки трубы к нагреваемым изделиям. Сжигание топлива с коэффициентом расхода воздуха ниже 20

1,30 уже требует корректировки показателей процесса.

При коэффициенте расхода воздуха

1,50-1,30 температуру горящего факела и заданный удельный расход (идентич- 25 ный скорости движения) газовоздушной смеси следует устанавливать соответственно в пределах 1200-1300 С и

1,5-2,6 м3/м2. с, Удельный расход-газовоздушной смеси при коэффициенте 30 расхода воздуха 1.50.-..1..30 аолжен: бйть задан не менее,1,50 м5/м с, так"как в противном случае существенно понижается отдача тепла конвекцией (прй сохранении величины отдачи тепла излучением на прежнем уровне) от горя35 щего факела к внутренней повеохНости. труб и, следовательно, уменьшается удельная производительность печи.

Расход газовоздушной смеси, больший

2,6 м /м ° с, обусловливает снижение

40 максимальных температур горящего фв" кела и, следовательно, величины от-, дачи тепла излучением.

Цикл работы радиационных труб ха- 45 рактеризуется периодичностью прохождения нагреваемых изделий, т.е. из этапов с уменьшенной (в момент входа и выхода пакета изделий) и рабочей .- : нагрузкой. При этом коэффициент рас.хода воздуха следует уменьшать соответственно от максимального (умень" шенная нагрузка печи) до минимального (рабочая нагрузка), с 1,50-1,30 до

1,05 постепенно по 0,05 единицы. Та- 55 . кое уменьшение обеспечивает работу горелок с коэффициентом расхода Воздуха, достаточно близком к 1,0, прй.:

1 практическом отсутствии сажеобразования при стабилизации температуры внешних стенок радиационных труб на заданном уровне.

Уменьшение коэффициента расхода воздуха, начиная с 1,30 на каждые

0,05 единицы, следует сопровождать снижением удельного расхода топлива на процесс, начиная с 250 кг УТ/т на 10-20 .

Уменьшение коэффициента расхода воздуха делает возможным увеличение максимальной температуры горящего факела внутри радиационных труб, т.е. интенсификацию процесса отдачи тепла излучением от факела к внутренней поверхности труб и, следовательно, повышение удельной производительности печи.; Однако, как показывают исследования, изменение (повышение) температуры горящего факела регламентировано и находится в зависимости от величины коэффициента расхода воздуха.

Уменьшение этого коэффициента, начиная с 1,30, на каждые 0,05 единицы, следует сопровождать увеличением температуры горящего факела, начиная с 1200 С на 2-4 .

Уменьшение коэффициента расхода воздуха и связанное с ним увеличение температуры горящего факела способствует значительному увеличению доли лучистой составляющей потока тепла, направленного к, стенкам радиационных труб. Это позволяет уменьшить скорость (расход) движения газовоздушной смеси в трубах, т.е. уменьшить долю конвективной составляющей в потоке тепла от факела к стенкам труб. С другой стороны, дальнейшая передача тепла от внутренней поверхности через стенку к внешней поверхности трубы и от нее к нагреваемому изделию (определяемая толщиной труб, их теплопроводностью, темпера,турой внешней поверхности и пр т.е. параметрами, независящими от способа отопления труб ) происходит без заметных количественных изменений и не зависит от формы .передачи тепла от факела к внутренним стенкам радиационных труб. Поэтому для повышения тепловой экономичности процесса целесообразно уменьшить суммарнь и расход газовоздушной смеси, протекающей внутри радиационных труб, Опыты показывают,, что уменьшение коэффициента расхода воздуха в трубах, на5 10434 чиная с 1,30; на каждые 0,05 единицы, следует сопровождать уменьшением удельного расхода газовоэдушной сме.си на 3-8Ф. При снижении удельного расхода смеси меньше, чем на 33 (на 5 каждые 0,05 единицы уменьшения коэффициента расхода воздуха) и поддержа- " нии температуры горящего факела в указанных пределах, расход газовоздушной смеси, не улучшая параметров процес- ® са нагрева иэделий, является завышенным и приводит к увеличению удельного расхода топлива на процесс.

При снижении удельного расхода смеси, более, чем на 83 (на каждые

0,05 единицы уменьшения коэффициента расхода воздуха) не удается обеспечить полное сжигание топлива в объеме радиационных труб.

Сущность изобретения заключается 20 в оптимизации режима сжигания .топлива в радиационных трубах в зависимости от коэффициента расхоца воздуха на процесс горения при отсутствии условий сажеобраэования в трубе. Изобретение характеризуется также методами регулирования и оптимизации соотноше. ния лучистой и конвективной составляющих теплоотдачи от горящего факела и тепловоспринимающей поверхности ра- Зо диационных труб.

Пример. По оси движения изделий транспортирующими роликами перемещают например, пакет холодноде" формированных труб, по мере движения нагревают 30 мин от 20 до 980ОС, вы держивают пакет при этой температуре

10 имн, охлаждают и отправляют на " склад готовой продукции. Температур" ный режим обработки изделий .поддержи- 4О вают за счет лучистой теплоотдачи от поверхности радиационных нагревателей, представляющих собой, например У-об- . разные радиационные . трубы, оборудованные топливосжигающими устройствами 45 с улучшенной системой смешения потоков топлива и воздуха. Топливо в устройство подают через центральную трубу., Воздух разделяют на два потока: первичный воздух с коэффициентом. избытка

0,5 смешивают в смесителе, с топливом и затем разбавляют вторичным воздухом, скорость которого на выходе устанавливают равной скорости образования топливовоздушной смеси . 5 непосредственно в объеме. нагревателей.

Сначала (в момент подачи пакета, изделий) топливо сжигают с суммарным

20 коэффициентом расхода воздуха 1,35.

При производительности роликовой проходной печи 5 т/ч и удельном расходе условного топлива 100 кг УТ/т,иэделий в печь подают природный газ в количестве 100.5.7000/10000 350 м /ч, где 10000 ккал/кг - теплотворная способность газа.

Через радиационные нагреватели пропускают газовоздушную смесь>пред-, ставляющую, собой смесь горящего топлива, продуктов горения и воздуха разбавления, в количестве 2,1 м /м.с, 2 или заданный расход газовоздушной смеси составляет. 2,103600 0,02032 = 4800 и /ч,(где 32 шт. и- 0,02 м2соответственно количество радиационных труб и живое: сечение одной трубы).

Такой расход смеси устанавливают посредством подачи в систему первичного и вторичного воздуха соответственно в количествах 1800 и 3000 м /ч. При этом расходы отдельных потоков воздуха контролируют по соотношениям:

Суммарный поток - 350 ° 1,45.10,2

= 4800 м /ч;

Первичный воздух - 350 0,5-10,2

1800 м /ч;

Вторичный воздух - 4800 - 1800 =

3000 м /ч, где 10,2 м /м - теоретический рас3 ход воздуха.

Иаксимальную температуру горящего внутри радиационной трубы факела устанавливают равной 1280чС. Передачу тепла.; образовавшегося при сжигании топлива, .осуществляют сначала от горящего факела к внутренней поверхности радиационных труб за счет лучистой и конвективной теплоотдачи, затем че" рез стенку радиационной трубы за счет теплопроводности,материала и, наконец, за счет теплоотдачи излучением от внешней поверхности радиационной тру-. бы к обрабатываемым изделиям.

Суммарный коэффициент расхода воз1 духа контролируют по составу уходящих из радиационных, труб газов ста" ционарными .газоайализаторами и регулируют изменейием количества. сжигаемого топлива.

Расходы топлива и воздуха контролируют стационарными расходомерами и регулирует изменением положения. дросселирующих устройств (заслонок, вен-. тилей).

Расход газовоздушной смеси в радиационных трубах контролируют по стациоэводительностью

Существующий режим с коэффи" циентом расхода воздуха

1,501,60

Новый режим с ко", эффициентом расхода воздуха

1,35

1,05

Производительность печи, т/ч печи коэффициент расхода воздуха в радиационных трубах .постепенно уменьшают на каждые 0,05 единицы до величины 1,05, сопровождая уменьшением количества газовоздушной смеси íà 54 от заданного. При этом через радиационные нагреватели пропускают газовоэдушную смесь в количестве

5,0

5,2

Расход природного газа, м /ч

400 . 330

4200 . 3500 щ Расход воздуха, м /.ч

Продолжительность

- нагрева, мин а

2, 1 - - 5

0,05

1,47 м /м - с, где 2 1 м /м с - заданный расход га- зовоздушной смеси.

Количество подаваемого в печь природного газа уменьшают до 280 м /ч, а температуру горящего факела при коэффициенте расхода воздуха 1,05 устанавливают равной 1416 С.

Потоки суммарного, первичного и вторичного воздуха подают в количестве

280.1,05 ° 10,2 = 3000 м /ч; .

280 0,5 ° 10,2 = 1450 м /ч; 35 3000 - .1450 =, 1550 м /ч.

Предлагаемый способ отопления ра" диационных"труб на проходных роликовых печах опробован на промышленных печах ПНТЗ. Основные показатели рабо" 40 ты печи по существующему и предлагаемому способам представлены в таблице.

30 Иаксимальная температура обработки (в зоне выдержки), С

960-980 960-980

Продолжительность выдержки, мин

Скорость движения пакета труб, м/мин

0,35 0,35

Иатериал обрабатываемых труб

12х1ИФ 12х1ИФ

Толщина обрабатываемых,труб, мм

4,0

4,0

Удепьный расход топлива, кг УТ/т

460

570Применение изобретения на нагревательных печах для обработки метал- g5 лических изделий обеспечивает снижение расхода топлива на 10-123 и увеличение производительности. печи на

1-33. При таком улучшении параметров процесса годовой экономический эффект 50составляет 185 тыс. руб. на одну печь

Скорость движения теплоносителя, м/с

1,6

2,1

Температура факела в радиационных тру С

1240

1420

ВНИИПИ Заказ 7313/40 Тираж„ 583 . Подписное

Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная, 4

"I

7 1043420 8 йарному расходомеру уходящих газов и;-,,типа Т-44-14-22 прои ,регулируют изменением количества вто 1,65-7,70 т/ч. ричноГо воздуха.

Температуру горящего факела, внеШней и внутренней стенок ра- 5 диационных труб и обрабатываемых изделий контролируют стационарными терПоказатели мопарами и оптическими пирометрами и регулируют, с одной стороны, изменением количества первичного воздуха, 10 с другой стороны, изменением скорости давления обрабатываемых изделий.

После этого при рабочей нагрузке