МАШИНОСТРОЕНИЕ

НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСНОВЫ РАСЧЕТА

Стоимость печей достигает 25 % сметной стоимости технологических установок, а эф­фективность их работы во многом определяет суммарную эффективность установок. Кроме того, печные агрегаты относятся к объектам повышенной опасности, к которым предъяв­ляются особо жесткие требования в плане обеспечения промышленной безопасности (особые условия пуска, эксплуатации и оста­новки, специальные нормы пассивной безопас­ности и т. д.).

В химическом производстве смыслом и основным назначением печей является, как правило, тепловое воздействие на обрабаты­ваемые материалы с целью изменения их хи­мического состава (химическое превращение) или структуры (физико-химическое превраще­ние).

Подвод теплоты к материалам, находя­щимся в греющей камере, достигается тремя видами теплообмена: теплопроводностью, кон­векцией и тепловым излучением. Существен­ное влияние на процесс, протекающий в техно­логической печи, оказывают также условия движения дымовых газов и обрабатываемых материалов, механизм тепловой работы футе­ровки и др. Термохимические процессы, как правило, сопровождаются изменением струк­туры и физико-химических свойств обрабаты­ваемых веществ. Часто в процессе реакции меняются агрегатное состояние и кристалличе­ская структура исходного сырья. Все эти про­цессы по современным представлениям проте­кают одновременно и взаимно связаны, что должно учитываться при проектировании печей.

Классификация печей. С точки зрения проектирования (выбора схемы расчета, под­бора унифицированных и типовых элементов) в основе классификации печей лежит их конст­рукция. По конструктивным особенностям могут быть выделены следующие наиболее характерные типы печей:

Трубчатые, в которых нагревательный или реакционный объем образован трубами, расположенными в огневой и конвекционной камерах, в которых протекает жидкий или газообразный обрабатываемый продукт;

С вращающимся барабаном для обработки твердых материалов. Греющая (реакционная) камера представляет собой вращающийся на­клонный барабан, внутри которого под дейст­вием гравитационных сил перемещается обра­батываемый материал. Подвод и отвод мате­риала и греющего агента (топочных газов, го­рячего воздуха) производится с торцов бараба­на через специальные устройства;

Шахтные для обработки твердых мате­риалов. Реакционная камера представляет со­бой вертикальную шахту, в которую сверху загружается, а снизу отводится обрабатывае­мый материал. Перемещение материала проис­ходит под действием силы гравитации;

Ретортные для обработки твердых мате­риалов. Реакционная камера представляет со­бой реторту, исключающую доступ воздуха внутрь камеры. Подвод теплоты к материалу осуществляется через стенку камеры;

Камерные печи для обработки жидких или газообразных материалов. Материал вво­дится внутрь камеры через форсунку;

Полочные печи для обработки твердых материалов. Реакционная камера представляет собой одну или несколько полок, на которых лежит обрабатываемый материал;

Тигельные и муфельные для обработки твердых материалов и расплавов. В огневой камере могут быть размещены несколько тиг­лей или муфелей;

Карусельные для обработки твердых ма­териалов. В реакционной камере размещена вращающаяся подина, на которой находится обрабатываемый материал;

Туннельные для обработки твердых мате­риалов. Реакционная (нагревательная) камера выполнена в виде горизонтального канала большой протяженности. Обрабатываемый материал передвигается по каналу на транс­портерах или в вагонетках;

Ванные для обработки расплавов. Подина реакционной камеры имеет вид ванны;

С кипящим слоем для обработки твердых материалов. Обрабатываемый материал взве­шен потоком газа внутри реакционного объе­ма, но не перемещается в направлении движе­ния газа. Тепловые процессы и химические превращения могут происходить как в твердой фазе (газ является теплоносителем), так и в газовой (паровой) фазе (твердая фаза выступа­ет в качестве теплоносителя или катализатора);

Со взвешенными частицами для обработ­ки твердых материалов. Обрабатываемый ма­териал взвешен потоком газа внутри реакцион­ного объема и перемещается вместе с газом.

Печи представляют собой сложные агре­гаты, включающие помимо собственно печей разнообразное вспомогательное оборудование: устройства для сжигания топлива (топки, го­релки, форсунки); устройства для превращения электрической энергии в тепловую (спирали, тепловыделяющие элементы); соединительные элементы и коммуникации (дымоходы, трубо­проводы, дымососы); средства измерения и автоматизации.

С точки зрения использования вспомога­тельного оборудования может применяться и дополнительная классификация печных агрега­тов. Однако вспомогательное оборудование, как правило, рассчитывается (подбирается) по специальным методикам и нормативам.

Теплотехнические процессы, проте­кающие в печах. Тепловая энергия, подводи­мая в печи к обрабатываемому материалу, по­лучается за счет сжигания соответствующего топлива или преобразования электрической энергии в тепловую. При этом одна часть теп­ловой энергии расходуется непосредственно на проведение технологического процесса (на нагрев обрабатываемого материала, его физи­ко-химическое преобразование), а другая - на компенсацию тепловых потерь, имеющих ме­сто в оборудовании (с отходящими газами, продуктами, через футеровку).

Сжигание топлива в технологических пе­чах производится в топочных камерах (топках). Обрабатываемый материал может подводиться (размещаться) или непосредственно в топоч­ной камере, или в специальной камере для об­работки материала. В последнем случае в эту камеру подводятся продукты сгорания из топки. Газообразное топливо подается в топочное пространство через горелки, а жидкое - через форсунки.

Последовательность расчета техноло­гических печей. Последовательность расчета технологической печи в значительной мере определяется конструкцией печи, при этом расчет предполагает выполнение нескольких основных этапов:

Составление теплового баланса техноло­гического процесса, с целью определения рас­хода топлива и основных теплотехнических характеристик печи;

Расчет процесса горения топлива в грею­щей камере, в результате которого определя­ются температура горения топлива, состав, температура, энтальпия и объем продуктов сгорания;

Расчет процесса теплопередачи от факела горения топлива или от излучающей стенки к обрабатываемому материалу (к теплопередаю- щей поверхности). Этап заканчивается назна­чением конструктивных размеров печи.

Расчет печи является сложной задачей, решение которой приводится в специальной литературе.