Теплотехнические процессы

Эффективная футеровка и теплоизоляция

При сооружении и ремонте печей наиболее широко используется керамическая теплоизоляция.

Их преимущества перед огнеупорами: 1) Низкая объёмная плотность-много пор; 2) Малая теплопроводность; 3) Высокая термостойкость; 4) Пониженная теплоёмкость; 5) Устойчивость против вибрации; 6) Повышенная химическая стойкость.

Применение этих материалов для футеровки: 1. многократно снижает массу и толщину огнеупорного слоя; 2. уменьшает массу металлоконструкций; 3. сокращает расход топлива; 4. существенно сэкономить время и рабочую силу при монтаже и ремонте печей; 5. увеличить срок службы футеровки.

Таблица сравнительных данных по сооружению кладки из волокнистых материалов (А) и из простого материала-кирпич (В).

Трудозатраты < в 2,5 раза.

Из-за низкой плотности изделия из керамических волокон практически не имеет термического расширения. Аккумулирует в 5-20 раз меньше теплоты, чем традиционные огнеупоры.

Алюмосиликатные волокнистые огнеупоры хорошо противостоят окислительной и углеродосодержащей газовым средам. Не подвержены воздействию кислот.

На нагрев футеровки из кирпича расходуется до 30 % топлива. Замена кирпичной кладки на волокнистую уменьшает расход топлива на 25-40 %. Экономия природного газа с каждого квадратного метра теплоизоляции составляет 500-2500 м3/год.

Богдановический огнеупорный завод выпускает термический войлок, который используется в качестве рабочего слоя футеровки при температуре 850 С при скорости движения газов в 5-7 м/с.

ВНИПИ «Теплопроект» выпускает плиты из высокоглинозёмистого волокна для температур 1200 С при скорости движения газов 40 м/с.

Тепловые характеристики футеровки из волокнистых огнеупоров и кирпича

Футеровка из волокнистых материалов обычно выполняется в 2-3 слоя в зависимости от температуры печи. При температурах выше 800 градусов Цельсия в качестве внутреннего слоя футеровки применяют плиты ШВП (высокоглиняные), следующий слой из плит МКРВ, а дальше слой из минераловатных плит.

Высокоглинозёмистые плиты ШВП работают до температуры 1200 градусов. МКРВ работают до температуры 1150. Войлок из высокоглинозёмистого волокна работает до 1150. У минераловатных плит максимальная температура – 650 градусов.

Все плиты крепятся на металлический каркас с помощью штырей из жаростойкой стали.

Печи с такой футеровкой работают на Челябинском, Новолипецком металлургическом заводах, на Магнитогорском металлургическом комбинате. Использование таких волокон позволило сократить удельный расход топлива не 10-15 процентов.

Термические печи с выдвижным подом с теплоограждениями из волокнистых огнеупоров работают на Ижорском заводе. В Нижнем Новгороде на автовазе имеются элеваторные печи с легкой футеровкой.

Такая футеровка эффективно используется для теплоизоляции воздухонагревателей подовых труб методических печей и высокотемпературных трубопроводов.

50.

Осн направления экономии эн-и в печах.

η= QMB* QM=1- B Q2+ Q3+ Q4- QФ+ QКЛ+ QОТВ+ QОХЛB* QHP ,

В – расх топл, м3/ч. QНР – низш тепл сгор, qМ – тепл, получаемая нагреваемым металлом за вычетом теплоты экзотермических р-й окисления металлов, q2,3,4 – потери теплоты с ух газами, с хим и мех неполнотой сгорания. qФ – физ тепло топлива и в-ха, внесенная в печку (после рекуператоров зашедшие), qКЛ – потери теплоты ч/з кладку теплопроводностью, qОТВ - потери тепла излучением ч/з отверстия в печке, qОХЛ – потери ч/з окна. T ух газов для ВТУ нагревательных 1300-1700 С, при исп-и 1 ступени рекуперации – t=600-1000 С, КПД не превышает 15-20 %. Все мероприятия по повышению эф-ти исп-я топлива можно разделить на 2 группы: 1) Не требуют больших капиталн вложений (соблюдение режимных карт эксплуатации печей, поддержание оптимального α и заданной тяги) , организация оптимальн режимов загрузки и исключение простоев, ликвидация утечек в-ха и неконтролируемых подсосов в печь, пост контроль и быстрая ликвидация пробоев в тепловой изоляции. (если поддерж оптимальн α=1,1-1,5 вместо 1,2-1,3 – то экономия топлива на 6-10%). По первой гр мероприятий эк-ся 25-30% топлива.

2) Связаны с модернизацией печей, технологических процессов: а) установка рекуператоров, б) снижение потерь ч/з кладку и с охл эл-тами путем улучшения теплоизоляции печки и модернизации охл эл-тов.

3) Установка новых конструкций ГУ, к-е увелич-ют теплоусвоение металла и снижают t ух газов. 4) Полная модернизация печей с изменением конфигурации и габаритных размеров, уст-ка рекуператоров и нов констр ГУ.

Уст-ка рекуператоров, где в-х подогревается до 300-450 С повышает КПД на 15-22% и снижает расход топлива на 16-26%. Снижение тепловых потерь ч/з кладку и с охл эл-тами в 2 раза повышает КПД печи на 6-8% и экономит до 20% топлива. Установка новых констр ГУ обеспечивающих снижение t ух газов из-за усиления теплопередачи в рабочем пр-ве на 500-100 С повышает КПД на 4-6% и экономит 5-8 % топлива. При полной модернизации печей (рекуператор, новые ГУ, снижение потерь ч/з кладку и с охл эл-тами) экономит топливо на 60-70 %, а КПД составит 40-60%. Макс эффект дает установка рекуператоров и рекуперативных горелок.

51.

Обжиг.

- операция обработки минеральн сырья. В завис-ти от назначения: кальцинирующий, восстановительный, хлорирующий, окислительный, сульфатизирующий, спекающий.

1.Кальцинирующий – самый распростр, для разложения карбонатов – известняка, мела, доломита CaCO3, CaCO3*MgCO3*nH2O, мергелей nCao*mAl2O3*pFe2O3*rH2O, бокситов – для пр-ва извести, обогащения железн, цинковых и др руд, пр-во глинозема и цемента. Осн стадии: сушка(удаление своб влаги), дегидратация (удаление хим связ влаги), кальцинация (разложение карбонатов). Итоговое разл-е карбонатов: MeCO3 →MeO + CO2 , Время полн обжига завист от теплопров-ти, тепл потока в дан проц, пл-ти, размера и степени прогрева обжигаемого материала. С ростом темп обжига пл-ть повышается, ув-ся размер зерна кристаллов – снижается реакцион спос-ть образовавшегося оксида (1200 - 1300).

2.Восстановит – теплов обработка оксидов Ме восстановит газом и получение металлизорованных окатышей и мет губки(прямое вост-е Fe), угольных избелий (электродов) с целью графитизации, изд из Ме с целью их упрочнения. Осн стадии: Сушка и дегидратация, Кальцинация, Взаим-е паров воды и диоксида углерода с углеродом (H2O + C ↔ CO+ H2 , CO2 + C ↔ 2CO ) и установление равновесия по р-и водян газа (CO + H2O ↔H2+ CO2) , насыщение (адсорбция) пов-ти СО и Н2 – восстановит газом (MeO+ COАДС → Me(CO2)АДС , MeO + (H2)→Me(H2O)АДС), перенос адсорбир прод р-и в погран газов слой (десорбция) ( Me(CO2)АДС→Me + (CO2)АДС, (CO2)АДС→CO2 , Me(H2O)АДС →Me+(H2O)АДС, (H2O)АДС→H2O) – в рез-те адсорбции и десорбции обжиг.

3.Хлорирующ обж – тепл обраб сульфидов и оксидов Ме с целью получения растворим хлоридов – осн сырья для гидрометаллургич проц. MeO+CaCl2 → MeCl2 + CaO, MeS + CaCl2 →MeCl2 + CaS - эндотерм р-и, поэтому треб-ся внеш подогрев хлора и шихты до 700-800 С. Обработка при t = 400-600 °С при непрер продувке шихтовых мат-лов газообр хлором.

4.Окислит – получение Cu, Ni, Zn, Mo из их сульфидов. Все сульфиды в окислит среде воспламеняются и горят с t = 900-1300 С, при избытке кислорода (воздуха).

5.Сульфатизир обж – разн-ть окисл обж, но при недостатке О2(воздуха),и t ниже на 200-300 С, чем в окисл для получ растворим в воде сульфатов цв мет.

6.Спекающий – при пр-ве цемента. Обжиг минерал многокомп шихты (Al2O3, SiO2, CaO, MgO, Fe2O3..) в окислит среде при 1500-1800 С – получение тверд негигроскопичн камневидного Клинкера(75% СаО, 10-15% SiO2, 8-10%Al2O3) – тонко размалывают + гипс, шлак, зола = цемент, порошок реагир с водой и из тестовидн сост в тв переходящий.

Обжиговые уст-ки По конструкции и хар-кам реактора делатся на 5 типов: камерные (цв металлургия, строит и огнеуп мат-лы), кольцевые (обжиг красн и огнеуп кирпича, Туннельные), конвейерные(экономичны, расход топлива в 1,5-2 р ниже туннельных и камерн, произв-ть выше в 20 р, керамич, огнеупорн, шихтов мат-лы. Распространены - Щелевые), шахтные (реактор переменного поперечн сечения), трубчатые (вращающиеся – пр-во цемента). По темп реж – переодич и непериодич действия. По степ подв-ти обжиг мат-ла: слоевые, пересыпные, с кипящ слоем. Одно - , многозонные. Уст с переодич действием исп-ся при относит небольш масштабах пр-ва для обжига небольш порций руды, окатышей, огнеупорн мет и керамич изделий – просто изменять реж обжига.

52.