Способ отопления радиационных труб

двторСнОмМ свидетеЛьСт. мернин А,Мационнымия", 1977,1054371,67. нгли блик ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИ(71) Всесоюзный научно-исследоватский институт металлургической тетехники(54) (57) СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ РАДИАЦИОННЫХ.ТРУБ,преймущественно для нагрева холоднодеформированных изделий в проходных роликовых печах, включающийраздельную подачу газа и воздуха, ихперемешивание и сжигание газовоздушной смеси с переменным коэффициентом ель- " расхода воздуха, о т л и ч а ю щ и йпло", с я тем, что, с целью стабилизациитемпературы внешней стенки радиационной трубы и снижения сажеобразованиясначала газовоздушную смесь сжигают с; коэффициентом расхода воздуха 1,501,30 с заданным расходом газовоздушной смеси, затем - с понижением коэффициента расхода воздуха по 0,05 еди-ницы до 1,05, а подачу газовоздушнойсвесе уненьювют соответственно нв 3- вв в8 от заданного расхода газовоздуш.: ной смеси.104 Уа 0 З как следствие, неравномерный нагрев труб по их длине; повышенное аэроди 50 Изобретение относится к термической обработке металлических иэделий в нагревательных печах предприятий черной металлургии и других отраслей промышленности, 5Известен способ отопления радиационных труб для нагрева холоднодеформированных изделий при их термообработке в роликовых проходных печах, включающий раздельную подачу газа и 10 воздуха, их перемешивание, сжигание топливовоздушной, смеси с переменным коэффициентом расхода воздуха. Согласно этому способу для устранения сажеобразования в радиационных тру бах топливо сжигают с коэффициентом расхода воздуха не ниже 1,15. Снижение коэффициента расхода воздуха становится возможным только при модернизации топливосжигающих уст О ройств 11Недостатками данного способа яв-. ляются невозможность эксплуатации топливосжигающих устройств при коэффи- циентах расхода воздуха ниже 1,15, изза интенсивного выделения .сажи и быстрого выхода радиационных нагревателей из строя; повышенный расход топлива и воздуха, вследствие необходимости интенсификации процесса теплоотдачи от факела через стенку к внешней поверхности радиационной трубы и поддержания температуры этой поверхности в заданных технологической картой пределах; ограниченная удельная произ 35 водительность печи, вследствие недостаточно высокого коэффициента тепло- передачи от факела и внешней стенки трубы (температурный напор в известных системах, как правило, не превышает 200-300 оС). Интенсификация процесса сжигания топлива в какой-то мере достигается при предварительном смешении потоков газа и воздуха.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ отопления радиационных труб для нагрева металлических иэделий в термических печах, включающий подачу газа и воздуха, их предварительное яеремешивание в специальном смесителе, сжигание топливо-воздушной смеси рри коэффициенте расхода воздуха 1,15- 1,50 2) .Недост ат ками из вестного способа авляются наличие специальных смесителей топлива с воздухом, что сущест венно усложняет конструкцию устройства; недостаточная длина Факела и,намицеское сопротивление системы,вследствие наличия в ней значительного количества смешивающих устройств;недостаточно интенсивная теплоотдача от факела через стенку к внешней поверхности трубы, что ограничивает производительность печи и приводит к увеличению расхода топлива на процесс,Целью изобретения является стабилизация температуры внешней стенки радиационной трубы и снижение сажеобразования,Поставленная цель достигается тем.,что согласно способу отопления радиационных труб, преимущественно для нагрева холоднодеформированных изделий в проходных роликовых пецах,включающем раздельную подачу газа ивоздуха, их перемешивание и сжиганиетопливовоздушной смеси с переменным коэффициентом расхода воздуха, сначала газовоздушную смесь сжигают с коэффициентом расхода воздуха 1,501,30 с заданным расходом газовоздушной смеси, зат .м с понижением коэффициента расхода воздуха посте, пенно снижают по 0,05,единицы до1,05, а подачу газовоздушной смеси уменьшают соответственно на 3-84 от заданного расхода газовоздушнойсмеси,Эксплуатация существующих печейс радиационными трубами показывает,что они долЖны обеспечивать, во-первых, интенсивную передачу тепла от Факела сжигаемой топливовоздушнойсмеси к нагреваемым иэделиям, вовторых, полное сжигание топлива (безсажевыделения ) и равномерный нагревобрабатываемых изделий. Для этогона рабочем ходу цикла эксплуатациипечи необходимо максимально приблизить к 1,0 коэффициент расхода воздуха т,е. увеличить температуру горящего Факела ) при отсутствии условий,способствующих образованию сажи в радиационных трубах. Эксплуатация радиационных труб при этом приводит кснижению расхода воздуха на горение,т.е. к увеличению температуры факелаи понижению скоростей движения газовоздушной смеси внутри трубы. В проходных роликовых печах, оборудованных радиационными трубами, нагреву подвергают последовательный ряд изделий различных типоразмеров.При этом .имеет место периодическое изменение температурного режима печи,вследствие различной массивности (по требления тепла) изделий и интенсивности их подачи, В то же время температуру радиационных труб (внешних.стенок) следует поддерживать в заданных пределах с их стабилизацией,Такая стабилизация обеспечивается изме.нением коэффициента расхода воздуха 10в сторону его увеличения ( при умень"шении нагрузки печи) до величины1,50-1,30 (с целью исключения сажеобразования). Сжигание топлива с ко, эффициентом расхода воздуха выше 150.15обусловливает существенное снижениеинтенсивности теплоотдачи от горячегофакеля через стенки трубы к нагреваемым изделиям. Сжигание топлива скоэффициентом расхода воздуха ниже 201,30 уже требует корректировки показателей процесса.При коэффициенте расхода воздуха1,50-1,30 температуру горящего факелаи заданный удельный расход (идентичный скорости движения) газовоздушнойсмеси следует устанавливать соответственно в пределах 1200-1300 С и1,5-2,6 мд/м 2 с Удельный расход га- зовоздушной смеси при коэффициенте З 0расхода воздуха 1.50.-130 должен: бйтьзадан не менее,1,50 м 5/м с, так"Какв противном случае существенно пони- .жается отдача тепла конвекцией (прйсохранении величиныотдачи тепла излучением на прежнем уровне) от горя 35щего Факела к внутренней повеохНости.труб и, следовательно, уменьшаетсяудельная производительность печи.Расход газовоздушной смеси, больший2,б м/м с, обусловливает снижение40максимальных температур горящего Фв"кела и, следовательно, величины от-,дачи тепла излучением,Цикл работы радиационных труб ха" 45 рактеризуется периодичностью прохож" дения нагреваемых изделий, т.е. из этапов с уменьшенной (в момент входа и выхода пакета изделий) и рабочей .нагрузкой. При этом коэффициент расхода воздуха следует уменьшать соо 1". ветственно от максимального (умень" шенная нагрузка печи) до минимального (рабочая нагрузка), с 1,50-1,30 до1,05 постепенно по 0,05 единицы, Та" 55 . кое уменьшение обеспечивает работу горелок с коэффициентом расхода воздуха, достаточно близком к 1,0, прй1 практическом отсутствии сажеобраэования при стабилизации температурывнешних стенок радиационных труб назаданном уровне.Уменьшение коэффициента расходавоздуха, начиная с 1,30 на каждые0,05 единицы, следует сопровождатьснижением удельного расхода топливана процесс, начиная с 250 кг УТ/тна 10-203.Уменьшение коэффициента расходавоздуха делает возможным увеличениемаксимальной температуры горящего факела внутри радиационных труб, т.е.интенсификацию процесса отдачи теплаизлучением от факела к внутренней поверхности труб и, следовательно, повышение удельной производительностипечи.; Однако, как показывают исследования, изменение (повышение) температуры горящего факела регламентировано и находится в зависимости отвеличины коэффициента расхода воздуха.Уменьшение этого коэффициента, начиная с 1,30, на каждые 0,05 единицы,следует сопровождать увеличениемтемпературы горящего факела, начиная с 1200 С на 2-44,1Уменьшение коэффициента расходавоздуха и связанное с ним увеличение температуры горящего Факела способствует значительному увеличениюдоли лучистой составляющей потокатепла, направленного к, стенкам радиационных труб. Это позволяет уменьшить скорость (расход) движения гаэовоздушной смеси в трубах, т.е. уменьшить долю конвективной составляющейв потоке тепла от факела к стенкамтруб. С другой стороны, дальнейшаяпередача тепла от внутренней поверхности через стенку к внешней поверхности трубы и от нее к нагреваемомуизделию (определяемая толщинойтруб, их теплопроводностью, темпера,турой внешней поверхности и прт.е. параметрами, независящими отспособа отопления труб / происходитбез заметных количественных изменений и не зависит от формы .передачитепла от Факела к внутренним стенкамрадиационных труб. Поэтому для повышения тепловой экономичности процесса целесообразно уменьшить суммарныйрасход газовоздушной смеси, протекающей внутри радиационных труб, Опыты показывают что уменьшение коэффициента расхода воздуха в трубах, на510131чиная с 1,30; на каждые 0,05 единицы,следует сопровождать уменьшениемудельного расхода газовоэдушной сме,си на 3-8 ь. При снижении удельногорасхода смеси меньше, чем на 3 (на 5каждые 0,05 единицы уменьшения коэфФициента расхода воздуха) и поддержа- "нии температуры горящего факела в указанных .пределах, расход газовоздушнойсмеси, не улучшая параметров процес-са нагрева иэделий, является завышен"ным и приводит к увеличению удельногорасхода топлива на процесс,При снижении удельного расходасмеси, более, чем на 83 (на каждые 150,05 единицы уменьшения коэффициентарасхода воздуха) не удается обеспечить полное сжигание топлива в объемерадиационных труб.Сущность изобретения заключается 20в оптимизации режима сжигания .топлива в радиационных трубах в зависимостиот коэффициента расхоца воздуха напроцесс горения при отсутствии условий сажеобраэования в трубе, Изобретение характеризуется также методамирегулирования и оптимизации соотноше. ния лучистой и конвективной составляю"щих теплоотдачи от горящего факела итепловоспринимающей поверхности ра- Зодиационных труб.П р и м е р. По оси движения изделий транспортирующими роликами перемещают например, пакет холодноде"формированных труб, по мере движениянагревают 30 мин от 20 до 980 ОС, вы"держивают пакет при этой температуре10 имн, охлаждают и отправляют на "склад готовой продукции. Температур"ный режим обработки изделий .поддержи Овают за счет лучистой теплоотдачи отповерхности радиационных нагревателей,представляющих собой, например У-об- .разные радиационные . трубы, оборудованные топливосжигающими устройствами 45с улучшенной системой смешения потоков топлива и воздуха. Топливо в устройство подают через центральную трубу.,Воздух разделяют на два потока: первичный воздух с коэффициентом. избытка500,5 смешивают в смесителе, с топливом и затем разбавляют вторичнымвоздухом, скорость которого на вы"ходе устанавливают равной скоростиобразования топливовоздушной смеси. 5непосредственно в объеме.нагревателей.1Сначала в момент подачи пакета,изделий) топливо сжигают с суммарным 20 коэффициентом расхода воздуха 1,35.При производительности роликовой проходной печи 5 т/ч и удельном расходеусловного топлива 100 кг УТ/т,иэделийв печь подают природный газ в количестве 100.5.7000/10000 350 м/ч,где 10000 ккал/кг - теплотворнаяспособность газа.Через радиационные нагревателипропускают газовоздушную смесьпред-,ставляющую, собой смесь горящего топлива, продуктов горения и воздухаразбавления, в количестве 2,1 м /м с,гили заданный расход газовоздушнойсмеси составляет. 2,1 О 3600,0,02 О 32 =1800 /ч,где 32 шт, и 0,02 мсоответственно количество радиационных труб и живое: сечение одной трубы),Такой расход смеси устанавливают посредством подачи в систему первичногои вторичного воздуха соответственно вколичествах 1800 и 3000 м/ч. Приэтом расходы отдельных потоков воздуха контролируют но соотношениям:Суммарный поток - 350 1,4510,2= 4800 м/ч;Первичный воздух - 350 0,5 10,21800 м/ч;Вторичный воздух - 4800 - 1800 =3000 м/ч,где 10,2 м/м - теоретический рас 3ход воздуха.Иаксимальную температуру горящего.внутри радиационной трубы факела устанавливают равной 1280 чС. Передачутепла; образовавшегося при сжиганиитоплива, осуществляют сначала от го"рящего факела к внутренней поверхнос"ти радиационных труб за счет лучистойи конвективной теплоотдачи, затем че"рез стенку радиационной трубы за счеттеплопроводности,материала и, наконец,за счет теплоотдачи излучением отвнешней поверхности радиационной тру-.бы к обрабатываемым изделиям.Суммарный коэффициент расхода воздуха контролируют по составу уходящих из радиационных, труб газов ста" ционарными .газоайализаторами и регулируют изменейием количества. сжигаемого топлива,Расходы топлива и воздуха контролируют стационарными расходомерами и регулирует изменением положения. дросселирующих устройств (заслонок, вен-. тилей).Расход газовоздушной смеси в радиационных трубах контролируют по стациоэводительностьюее е еСуществующий режим с коэффи" циентом расхода воздуха 1)50 е 1,60 НовыйрежимС КОе,эффициентомрасходавоздуха1,35 "1,05 Производительностьпечи, т/ч печи коэффициент расхода воздуха врадиационных трубах .постепенно уменьшают на каждые 0,05 единицы до величины 1,05, сопровождая уменьшениемколичества газовоздушной смеси на 53от заданного. При этом через радиационные нагреватели пропускают газовоэдушную смесь в количестве 5,0 5,2 Расход природногогаза, м/ч 400 . 3304200 3500= 1,47 м/м. с,где 21 м/м с - заданный расход газовоздушной смеси.Количество подаваемого в печь природного газа уменьшают до 280 м/ч)а температуру горящего факела прикоэффициенте расхода воздуха 1,05устанавливают равной 1416 ОС.Потоки суммарного, первичного ивторичного воздуха подают в количестве280 1,05 10,2 = 3000 м/ч; .280 0)510,2 = 1450 м)/ч) 353000 - 1450 = 1550 м 5/ч.Предлагаемый способ отопления ра"диационных"труб на проходных роликовых печах опробован на промышленныхпечах ПНТЗ. Основные показатели рабо" Оты печи по существующему и предлагаемому способам представлены в таблице,40 30 Иаксимальная температура обработки(в зоне выдержки),С 960 е 980 960 е 980 Продолжительностьвыдержки, мин 10 Скорость движенияпакета труб, м/мин 0,35 0,35 Иатериал обрабатываемых труб 12 х 1 ИФ 12 х 1 ИФ Толщина обрабатываемых,труб, мм 4,0 Удепьный расходтоплива, кг УТ/т 460 Применение изобретения на нагревательных печах для обработки метале 5 лических изделий обеспечивает снижение расхода топлива на 10-12 и увеличение производительности. печи на 1-33. При таком улучшении параметров процесса годовой экономический эффект 5 О . составляет 185 тыс. руб. на одну печь Скорость движениятеплоносителя, м/с 1,6 2)1 Температура факелав радиационных трубах) оС 1240 1420 ВНИИПИ Заказ 7313/40Тираж 583 . Подписное Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная, 4ъ 7 1043420 8йарному расходомеру уходящих газов и, типа Те 44-14 е 22 прои,регулируют изменением количества вто 1,65 е 7,70 т/ч,ричноГо воздуха.ещеее е ееееееееееТемпературу горящего факела,внейней и внутренней стенок радиационных труб и обрабатываемых изделий контролируют стационарными терПоказателимопарами и оптическими пирометрами ирегулируют, с одной стороны, изменением количества первичного воздуха, 1 Ос другой стороны, изменением скоростидавления обрабатываемых изделий.После этого при рабочей нагрузке