Магистр ДонНТУ Богуславская Татьяна Николаевна
Физико-металлургический факультет
Специальность: Промышленная теплотехника
Тема магистрской работы:
«Анализ влияния различных факторов на удельный расход условного топлива 3х зонной методической нагревательной печи»
Руководитель: профессор кафедры "Техническая теплофизика"
к.т.н. Туяхов А.И
Введение
Металлургия - одна из ключевых и самых энергоемких отраслей промышленности, работающая в условиях сурового климата Украины, огромных, но труднодоступных ресурсов, и увеличенных затрат на транспортировку. Чтобы развиваться в условиях международной конкуренции, металлургия должна использовать все возможности развития технологии, техники, экономии энергетических и материальных ресурсов. В этих, направлениях большие резервы связаны с повышением эффективности работы нагревательных устройств, счет которых шел на тысячи и, в том числе, имелось более 400 крупных нагревательных печей прокатного производства. Многие проблемы нагревательных печей определены недостатками конструкций и большой разницей в их возрасте. Отчасти поэтому, даже в условиях плановой экономики, существовал большой разброс показателей работы печей, который увеличивается при неполной загрузке прокатного оборудования. Но это указывает и на резервы увеличения эффективности работы агрегатов за счет совершенствования конструкций и экономного расходования энергетических и материальных ресурсов. Определение перспективных направлений ресурсо-и энергосбережения при нагреве металла невозможно без совершенствования теории, конструкций печей и технологии нагрева металла.
Актуальность темы
Энерго- и ресурсосбережение является одним из основных составляющих современных технологий, в частности, в металлургии и машиностроении. Сравнение показателей работы 3-х зонной методической нагревательной печи, предназначенной для нагрева заготовок под прокатку с аналогичными агрегатами на других предприятиях, в том числе и за рубежом показали, что удельный расход условного топлива выше на 30-40%.
Цель и задачи работы
Снижение удельного расхода топлива при нагреве заготовок.
Практическая ценность результатов работы
Рассмотрим конкретные способы реализации энергосбережения в современных печах металлургии и машиностроения.
1 способ. Уменьшение разницы энтальпий достигается на практике путем повышения начальной температуры металла при посаде его в печь. Так называемый "горячий посад" возможен при сохранении в металле теплоты, полученной им в предыдущем переделе, в том числе теплоты кристаллизации слитков. Примером осуществления такой энергосберегающей технологии являются литейно-прокатные модули.
В ряде случаев удаётся вообще исключить промежуточный нагрев металла между двумя последовательными прокатными станами, т.е. довести тепловой дефицит до нуля благодаря уменьшению потерь теплоты раскатами при транспортировке от одного стана к другому. На комбинатах "Запорожсталь" и им. Ильича (Мариуполь) внедрена технология "транзитной" прокатки слябов на непрерывных листовых станах, при которой 95% слябов прокатываются без промежуточного нагрева в методических печах. В данном случае удельный расход условного топлива в методических печах сокращен с 85 до 15 кг/т. Уменьшить разницу энтальпии можно также путем снижения температуры нагрева металла в печи. Однако надо учитывать, что это повлечет за собой не только уменьшение расхода топлива, угара и обезуглероживания металла, но и увеличит расход электроэнергии на прокатку и, вероятно, сократит срок службы прокатных валков. Таким образом, выбор температуры нагрева заготовок представляет собой задачу оптимизации по минимуму всех затрат на процессы нагрева и прокатки.
2 способ. Потери теплоты из рабочего пространства имеют место в любых печах, но они особенно существенны в нагревательных и термических печах. Футеровка таких печей, выполненная из шамотного кирпича, поглощает примерно в 3 раза больше теплоты, чем садка металла. Уменьшение количества теплоты на разогрев футеровки достигается путем замены шамотных огнеупоров муллитокремнеземистыми волокнистыми плитами, производство которых налажено на Украине и в России.
В методических нагревательных печах благодаря применению волокнистых материалов для тепловой изоляции стен и водоохлаждаемых балок в сочетании с бетонной оболочкой потери теплоты из рабочего пространства сокращают до 3-5% от тепловой мощности печи.
3 способ. Для повышения КИТ применяют следующие мероприятия:
- снижение температуры уходящих газов в методических печах путем теплообмена с металлом в неотапливаемой зоне;
- уменьшение объема продуктов сгорания на единицу топлива с помощью обогащения воздуха кислородом, путем повышения теплоты сгорания топлива, а также путем полного сжигания топлива при минимальном избытке воздуха;
- уплотнение рабочего пространства и регулирование давления газов в печи с целью устранения подсосов атмосферного воздуха.
Однако наиболее эффективным средством повышения КИТ, экономии топлива и решение проблемы энергосбережения является утилизация теплоты уходящих из печи газов, в частности, путем нагрева воздуха и газообразного топлива в рекуператорах или регенераторах.
В рекуператорах доля теплоты, передаваемой воздуху по отношению к теплоте уходящих дымовых газов, составляет 30-40%. Остальная часть теплоты выносится в атмосферу.
Причины низкой эффективности существующих рекуператоров таковы:
1. Температура дымовых газов перед металлическим рекуператором не может быть выше 900-1000°С по условиям его долговечности.
2. Фактическая температура дыма на входе в рекуператор значительно ниже в результате подсоса холодного воздуха в дымовой канал за печью, поэтому температура подогрева воздуха (либо газа) не превышает 300-400°С.
3. Керамические рекуператоры способны подогреть воздух до более высокой температуры, однако они громоздки и негерметичны. Утечки воздуха через неплотности достигают 50%, в результате чего снижается тепловая мощность печи и нарушается регулирование горения.
Заключение
Таким образом, в работе сделан анализ влияния различных факторов на удельный расход условного топлива в методических нагревательных печах ,а также предложены способы для энергосбережения.
Литература
1. Кривандин В.А. Металлургические печи. – М.: Металлургия, 1962 г. – 461 с.
2. Грум-Гржимайло В.Е. Пламенные печи. -М.-Л.: Госмашметиздат, 1932.
3. Сацкий В.А. Технический прогресс – залог высокопроизводительной работы комбината. // Металлургическая и горнорудная промышленность, 2000, № 4– С. 1-3.
4. Царицын Е.А. Техническое развитие ММК им. Ильича // Металлургическая и горнорудная промышленность, 2000, № 4. – С. 3-6.