Рисунок 1 – Конструкция горелки ZIC 165
Автор: Уколов Д.В., Сапронова Е.В.
Источник: Металлургия XXI столетия глазами молодых: материалы IX Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов, г.Донецк, 23-24 мая 2023 г.: сборник докладов /ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» - Донецк : ДОННТУ, 2023 – С. 139-141.
Получение готового продукта в металлургии или машиностроении это очень длительный процесс, который лимитируется большим количеством переделов и операций по приданию требуемой формы изделия. Среди любой цепочки получения готовой металлической продукции всегда есть операция нагрева, обеспечивающая равномерное поддержание температурного режима, который необходимо контролировать в нагревательной печи [1].
Главным аспектом нагревательных камерных печей с выкатным подом является то, что их можно модернизировать под различные габариты слитков, проката, поковок. Печь с выкатным подом – это печь, в которой загрузка и выгрузка металла осуществляется цеховым краном на поду, который раскатывается относительно стен и свода печи. Такая печь применяется в тех случаях, когда масса садки велика и имеет сложную «архитектуру», например, расположена в несколько слоев [2].
Рабочее пространство печи представляет собой прямоугольную камеру, футерованную шамотным кирпичом. Топливом служит природный газ, который сжигается в горелках ГЩН-20, расположенных на боковых стенках печи (20 штук). Максимальная рабочая температура в печи составляет 1280 °С. Дымовые газы, удаляются через каналы, расположенные в боковых стенках печи, а затем через сборный боров попадают в дымоход.
Для интенсификации процесса нагрева заготовок в печи с выкатным подом предлагается заменить щелевые горелки ГЩН-20 на высокоскоростные горелки ZIC 165 Elster Kromschroder Germany, работающие в импульсном режиме (рис.1).
Рисунок 1 – Конструкция горелки ZIC 165
Суть импульсного режима нагрева заключается в том, что тепловая мощность печи или любой из ее зон регулируется не изменением расхода топлива, а временем включения и выключения горелок, при этом включенные горелки работают при постоянном номинальном расходе топлива. Кроме того, импульсная система отопления позволяет упростить распределение газа и воздуха, исключив зонные коллекторы и зональные регулирующие клапаны [3,4].
Горелка ZIC 165 Elster Kromschroder является высокоскоростной и состоит из следующих основных компонентов:
Корпус 1 предназначен для установки горелки в топку с помощью фланца 9, для установки горелочной части и горелочной трубы 8 на корпусе расположен патрубок для подачи воздуха в горелку 3, имеется встроенный штуцер 4, предназначенный для измерения давления воздуха на горелку. На крышке 2, закрывающей корпус с торца, установлена труба 5 для подачи газа в зону горения, электрод зажигания 6 и управляющий электрод 7. Воздух горенья может быть нагрет во внешнем теплообменнике до температуры 350 °С, поступает в воздушную полость корпуса, а затем в смесительную камеру.
Природный газ подается через газовую головку и поступает в смеситель через центральный газосборник. Зажигание происходит за счет зажигательного электрода 6, наличие пламени контролируется электродом 7. За счет наличия конфузора образуется высокоскоростной факел продуктов сгорания (до 150 м/с). Горелка обеспечивает широкий диапазон, как коэффициента избытка воздуха, так и тепловыделения. На входе в газовую головку имеется измерительное отверстие, предназначенное для регулирования расхода газа.
Использование высокоскоростных горелок позволяет значительно снизить удельный расход топлива и снизить эксплуатационные расходы. Удельный расход топлива снижен с 41,1 до 37,3 кг усл. т./т металла, время нагрева слитков сокращено с 7,03 до 6,8 часов.
Каждая горелка оснащена индивидуальным пультом управления, автоматической системой зажигания и системой управления пламенем, что обеспечивает ее безопасную эксплуатацию. Обрезка каждой горелки на тележке газа обеспечивается двумя электромагнитными клапанами, которые обеспечивают герметичное перекрытие подачи газа к горелке (класс герметичности-А) в случае возникновения аварийной ситуации, в том числе и при гашении пламени горелки.
Значительная экономия топлива достигается при замене импульсных систем или их сравнении с пропорциональными системами. Одна из главных причин заключается в поддержании точного соотношения воздух-газ на протяжении всего процесса горения. Соотношение воздух-газ может быть установлено очень близко к «идеальному» горению (соотношение 10:1) на пике температуры, как в непрерывных печах, так и в печах периодического действия. В зонах предварительного нагрева в туннельных печах или непрерывных печах может использоваться избыточный воздух. В периодической печи избыток воздуха может быть использован на ранних стадиях горения для сжигания 141 "органического вещества" и увеличения циркуляции воздуха. На пике рабочей температуры можно использовать коэффициент более экономичного "идеального сгорания". Это требует дополнительных регулирующих клапанов и программного управления, но вполне осуществимо для импульсного горения. Благодаря этим преимуществам экономия топлива достигает 20-25 %. По сравнению с менее эффективными системами экономия может быть значительно выше. Снижение загрязнения воздуха является еще одним результатом более точного контроля, предлагаемого импульсными системами. Уровни NOx могут поддерживаться значительно ниже допустимых значений, и этот важный вопрос в настоящее время тесно связан с борьбой с загрязнением воздуха. Фактические уровни, которые могут быть достигнуты, зависят от ряда факторов, таких как пиковая температура горения, но возможны значительные улучшения по сравнению с традиционными системами.
Компьютерное, электронное управление и индивидуальное управление пламенем на каждой горелке позволяют обеспечить высокую безопасность эксплуатации. Потеря одного предупредительного сигнала пламени по какойлибо причине не влияет на работу других горелок в системе. Когда требуется тепло, импульсная система управления просто игнорирует любую горелку в цикле без сигнала управления пламенем, и другие горелки компенсируют недостаток до тех пор, пока причина дефектного сигнала не будет устранена. Компьютерное управление также обеспечивает автоматизированный надежный и легкий запуск работы печи.
Таким образом, в ходе работы была рассмотрена замена горелок ГЩН-20 в камерной печи с выкатным подом на горелки ZIC 165 Elster Kromscroder, ZIC 165 работает в импульсном режиме и является высокоскоростной, благодаря этому она является экономически выгодной в плане экономии топлива, времени, безопасности эксплуатации и автоматизации и позволяет значительно снизить удельный расход топлива с 41,1 до 37,3 кг усл. т./т металла, время нагрева слитков сократить с 7,03 до 6,8 часов, тем самым снизить эксплуатационные расходы.
1. Свинолобов, Н. П. Печи черной металлургии : учеб. пособие / Н. П.Свинолобов, В. Л. Бровкин. – Днепропетровск : Пороги, 2004. – 154 с.
2. Курбатов, Ю. Л. Металлургические печи : учеб. пособие / Ю. Л. Курбатов, А. Б. Бирюков, Ю. Е. Рубан. – Донецк : ГОУВПО «ДОННТУ», 2016. – 433 с.
3. Бирюков, А. Б. Энергоэффективность и качество тепловой обработки материалов в печах : монография / А. Б. Бирюков. – Донецк : Ноулидж (донецкое отделение), 2012. – 247 с.
4. Парахин, Н. Ф. Топливо и теория горения : учеб. пособие / Н. Ф. Парахин, В. И. Шелудченко, В. В Кравцов. – Севастополь : «Вебер», 2003. –170с