ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Принципиальные схемы печей и их конструкция зависят: от вида технологического процесса и характера производства; требований, предъявляемых к качеству тепловой обработки; масштабов производства; рода энергии, используемой в печах (для пламенных печей от вида и качества топлива). Лучшей схемой пламенной промышленной печи будет такая, которая обеспечивает высокую удельную производительность (на 1 м3 объема или на 1 мг площади пода в единицу времени) при высоком качестве тепловой обработки материала и малых удельных расходах топлива, т. е. расходах топлива, отнесенных к единице количества исходного материала или готовой продукции.

Высокая производительность определяется, во-первых, поточностью технологического процесса — устройством непрерывно действующих печных агрегатов и, во-вторых, интенсивностью теплообменных и массообменных процессов, протекающих в рабочих пространствах печей, что достигается разными путями:

  1. повышением температуры в печах путем высокотемпературного нагрева воздуха, идущего на горение топлива. Это чаще всего осуществляется в плавильных печах, где температура факела часто не имеет ограничений и лимитируется только стойкостью огнеупоров. Например, в регенеративных печах для плавки стали, стекла и других материалов температура подогрева воздуха достигает 1000—1200°С, что сильно повышает температуру факела при сжигании мазута или природного газа. При использовании низкокалорийных газов — доменного и генераторного — подогревают не только воздух, но и газ;

  2. использованием высокой турбулизации факела (потока продуктов сгорания) в «кипящем» слое измельченного сырья — в печах с кипящим слоем;

  3. использованием центробежного эффекта закручивания потока воздуха и газов, что сильно интенсифицирует процессы тепло- и массообмена за счет тесного контакта вихревого потока газов и мелкозернистого материала и турбулизации пограничного слоя газов у частиц — в циклонных печах;

  4. использованием высокоскоростных свойств потока раскаленных газов (при «атакующих» горелках) — в печах высокоскоростного нагрева;

  5. увеличением температуры кладки за счет интенсивного нагрева ее поверхности особыми плоскопламенными горелками с последующей передачей тепла на изделия;

  6. увеличением давления в рабочем пространстве печного агрегата—в доменных печах для выплавки чугуна из железных руд и в других.

Выше приведены главные приемы интенсификации тепло- и массообмена. Как было сказано, первым условием хорошей работы печных агрегатов является непрерывность процесса нагрева; это реализуется в печах при непрерывном движении материала сквозь рабочие пространства печей: за счет гравитационных сил (в шахтных печах); при помощи конвейеров разной конструкции; за счет проталкивания специальными толкателями изделий, загруженных на вагонетках (в туннельных печах) или лежащих на глиссажных трубах (стальные заготовки в нагревательных печах). Ввиду большого разнообразия технологических процессов нет единых решений в приемах, обеспечивающих высокие производственные «показатели печей, — эти приемы разнообразим и зависят от конкретных особенностей.

Ниже приводятся некоторые примеры конструкции печей. Эти примеры расположены по признаку использования тепла в рабочем пространстве печей: тепла продуктов сгорания — для нагрева изделий и тепла остывающих изделий или материала для нагрева воздуха, идущего на сгорание топлива. Сначала рассмотрим непрерывно действующие печи с полной регенерацией тепла в рабочем пространстве (туннельные, шахтные и вращающиеся печи), не требующие установки особых регенеративных теплообменников, а затем печи с регенеративными устройствами (регенераторами или рекуператорами).