ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ДЛЯ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ
Ткаченко Илья Михайлович
Аспирант кафедры теплофизики
Липецкого Государственного Технического Университета (ЛГТУ)
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ДЛЯ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ
Аннотация
В данной статье выполнено описание и принцип работы существующих комплексов для нагрева непрерывнолитых слябов и сопутствующих элементов перед прокаткой, выделены основные факторы, влияющие на показатели их работы, а также рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности данных комплексов, что в настоящее время является одной из актуальных задач энергосбережения в металлургии
Ключные слова: энергоэффективность, методическая печь, топливо.
Key words: energy efficiency, heating furnace, fuel.
Сегодня энергоэффективность и энергосбережение входят в пять стратегических направлений приоритетного технологического развития России, указанных Президентом Российской Федерации. Уже четыре года наша страна держит курс на снижение энергозатрат. Реализуемая в настоящее время в России задача модернизации не может быть успешно решена без повышения энергоэффективности в промышленности, и решение данной задачи требует современных взглядов и тенденций. Особенно актуальным становится данное направление деятельности после вступления нашей страны во Всемирную торговую организацию.
На металлургических предприятиях мира уже сегодня решаются сложные задачи по созданию современных конструкций нагревательных и термических печей и обеспечение их нормальной эксплуатации, что необходимо для повышения качества выпускаемой металлургической продукции. Все это требует проведения детальных предварительных и поверочных расчетов печных агрегатов, модернизацию и внедрение современнейшего оборудования и узлов для обеспечения экономичности работы печных агрегатов [2].
В настоящее время методические нагревательные печи примененяют в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено их достаточно высокой производительностью при невысоком удельном расходе топлива порядка 290 – 335 ккал/кг горячего проката. При этом к.п.д. современных печей составляет 50 – 60%. В методических печах заготовки, уложенные поперёк печи, передвигают навстречу движению продуктов сгорания топлива. При таком противоточном движении достигается высокая степень использования тепла, подаваемого в печь. Заготовки проходят последовательно 3 теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке). Сварочная зона может состоять из нескольких последовательных зон отопления с дополнительным подводом топлива в каждую зону. Для заготовок небольшого сечения томильная зона не обязательна. Методические печи классифицируют по числу зон отопления (2-, 3-, 4-, 5-зонные), по способу транспортирования нагреваемых заготовок (толкательные и с подвижными балками), по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом и т.д.). Методические печи отапливают газообразным или жидким топливом с помощью горелок или форсунок, которые устанавливают главным образом на торцевых стенах сварочной и томильной зон. Реже горелки располагают на боковых стенах и своде. В методических печах поддерживают неизменную во времени и переменную по длине печи температуру. В сварочной и томильной зонах температура почти постоянна, а в методической - падает к началу печи. Толкательные методические печи для нагрева заготовок толщиной до 120 мм делают с наклонным подом, для нагрева более крупных заготовок - с горизонтальным подом. При нагреве заготовок толщиной свыше 120 мм применяют нижний обогрев, в результате чего заготовки нагреваются с двух сторон. Сегодня большое применение в промышленности получили методические печи с подвижными балками (печь с шагающим подом). В таких печах между заготовками имеется зазор, и они обогреваются с трёх или четырёх сторон, благодаря чему нагрев протекает быстрее и равномернее, уменьшается окисление и обезуглероживание металла. Методические печи с подвижными балками - высокомеханизированный агрегат. При ремонтах и остановках печь легко может быть освобождена от заготовок. При эксплуатации таких печей исключены трудоёмкие ручные операции по очистке пода. Основные характеристики методических печей приведены в таблице 1 [1].
Таблица 1. Характеристика методических печей
Печь | Максимальные размеры рабочего пространства, м | Максимальная производи-тельность, т/ч | Максимальная тепловая мощность | ||
длина | ширина | Гдж/ч | Гкал/ч | ||
Толкательная с наклонным подом | 22 | 13 | 180 | 460 | 110 |
С нижним обогревом | 40 | 13 | 320 | 800 | 190 |
С подвижными балками | 50 | 13 | 420 | 1170 | 280 |
На работу методических печей и показатели их эффективности влияют следующие факторы:
- используемое топливо,
- режим нагрева печи,
- выбор материала для теплоизоляции печи,
- система регенерации тепла комплексом,
- утилизация ВЭР.
При анализе теплового баланса современных методических печей выявлено, что основными статьями расходной части теплового баланса являются:
- затраты тепла на нагрев металла – 50,0-55,0%,
- потери тепла с окалиной – 0,5-1,0%,
- потери тепла с охлаждающей водой – 8,0-9,0%,
- потери тепла в окружающую среду – 3,0-3,5%,
- потери тепла с отходящими продуктами сгорания – 30,0-33,0%.
Согласно расходной части теплового баланса видно, что покидающие печь дымовые газы уносят с собой значительное количество тепла, которое тем больше, чем выше температура газов и чем ниже коэффициент использования топлива в печи. Это обстоятельство обуславливает необходимость утилизации тепла дымовых газов, отходящих из печей. Для этой цели устанавливают за печами специальные теплообменные устройства: рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы. При этом целесообразно осуществлять утилизацию тепла таким образом, чтобы часть тепла дымовых газов могла быть возвращена обратно в рабочее пространство печи. Это повышает к.п.д. печного агрегата на 5 – 10%, приводит к экономии топлива в среднем на 50 ккал/кг горячего проката и вызывает повышение температуры горения. Чтобы часть тепла дымовых газов возвратить в рабочее пространство печи, необходимо тепло, отобранное в теплообменнике, передать воздуху или горючему газу, подаваемым в печь для сжигания. По этому принципу - с передачей тепла воздуху или газообразному топливу, работают теплообменники рекуперативного и регенеративного типа. Кроме того, тепло дымовых газов может быть использовано для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара, а также электроэнергии. В этом случае утилизация тепла дымовых газов дает известный экономический эффект [2].
Таким образом, в заключении хотелось бы отметить, что сегодня наиболее энергоёмкой отраслью промышленности является черная металлургия. Для металлургических предприятий затраты на обеспечение энергоресурсами составляют значительную долю себестоимости. Одним из наиболее крупных потребителей энергоресурсов, в частности природного газа и электроэнергии, в чёрной металлургии являются цехи горячего проката. В связи с этим большие объёмы потребления топлива и электроэнергии заставляют искать пути снижения расхода энергетических ресурсов. При этом эффективность работы нагревательных методических печей - наиболее крупного потребителя природного газа в цехах горячего проката, во многом зависит от полноты утилизации тепла дымовых газов. Как показывает опыт использования рекуператоров, регенераторов и котлов-утилизаторов на разных металлургических предприятиях страны и за рубежом, их внедрение дает значительную экономию энергоресурсов и увеличивает к.п.д. методических печей [3].
Поэтому вопрос утилизации тепла дымовых газов от методических печей является одним из самых перспективных вопросов.
Литература
1. Кривандин В.А., Молчанов Н.Г., Соломенцев С.Л. Металлургические печи. 2-е издание // Металлургия, 1969. – 615 с.
2. Гусовский В.Л., Лифшиц А.Е. Методики расчета нагревательных и термических печей. Учебно-справочное пособие. – М.: Теплотехник, 2004. – 400 с.
3. Гусовский В.Л. Современные нагревательные печи (конструкции и технические характеристики). Справочник. - М.: Машиностроение, 2001. – 656 с.