ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ДЛЯ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ДЛЯ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ

Научная статья

Ткаченко Илья Михайлович

Аспирант кафедры теплофизики Липецкого Государственного Технического Университета (ЛГТУ)

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 зна​чительное количество тепла, которое тем больше, чем выше температура газов и чем ниже коэффициент использования топлива в печи. Это обстоятельство обус​лавливает 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 утили​зацию тепла таким образом, чтобы часть тепла дымовых газов могла быть возвращена обратно в рабочее прост​ранство печи. Это повышает к.п.д. печного агрегата на 5 – 10%, при​водит к экономии топлива в среднем на 50 ккал/кг горячего проката и вызывает повышение темпе​ратуры горения. Чтобы часть тепла дымовых газов возвратить в рабочее пространство печи, необходимо тепло, отобранное в теплообменнике, передать воздуху или го​рючему газу, подаваемым в печь для сжигания. По это​му принципу - с передачей тепла воздуху или газообразному топливу, работают теплообменники рекуперативно​го и регенеративного типа. Кроме того, тепло дымовых га​зов 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 экономиче​ский 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 га​зов. 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 га​зов от методических печей является одним из самых перспективных вопросов.

Список литературы / References

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.