9604

30

(периодического действия) или кольцевой под (в печах с вращающимся подом); Т – тарельчатый под (в печах с вращающимся подом); М – печь механизирована; Н – печь непрерывного действия (барабанная); П – печь периодического действия (барабанная).

Цифры, стоящие после букв через дефис, указывают размеры (в дециметрах) рабочего пространства печи (или размеры муфеля, реторты).

Для печей с прямоугольным сечением рабочей камеры первая цифра указывает ширину пода, вторая – длину пода, третья – высоту камеры (или загрузочного окна, если высота окна меньше высоты камеры печи).

Для печей круглого сечения (шахтных, колодцевых и др.) первая цифра указывает диаметр камеры, вторая – длину камеры.

Для печей с вращающимся подом первая цифра указывает внешний диаметр пода, вторая – внутренний диаметр пода, третья – ширину пода.

Цифры, указывающие размеры камеры пода, окна и реторты разделены между собой точками.

Предельная температура печи (в сотнях градусов Цельсия) приводится в знаменателе (через косую черту).

Для топливных печей рядом с цифрой, указывающей температуру печи, через дефис ставится буква, указывающая вид топлива: Г – природный или другой газ; М – мазут или другое жидкое топливо, например, индекс печи.

СКЗ-12.70.01/7 читается так: печь электрическая, с конвейерным подом, с защитной атмосферой, ширина пода 12 дм, длина пода 70 дм, высота камеры 1 дм, предельная температура 700 °С.

Индекс печи ТТЗА-8.72.8,5/9,5-Г читается следующим образом: печь топливная, толкательная, с защитной атмосферой, агрегируемая, ширина пода 8 дм, длина пода 72 дм, высота камеры 8,5 дм, предельная температура 950 °С, на газовом топливе [4].

Термическая обработка труб

Трубы широко используются в различных отраслях промышленности, в строительных конструкциях, коммунальном хозяйстве и коммуникациях. Назначение труб весьма разнообразно. Трубы применяются для транспортировки различных жидкостей и газов (водопроводные, нефтепроводные, паропроводные, газовые и пр.), в паровых котлах (дымогарные, жаровые, пароперегревательные, кипятильные и т.д.), в строительных конструкциях и машинах (в самолетах, тракторах, велосипедах), в аппаратостроении, для колец шарикоподшипников, в нефтяной промышленности (бурильные и обсадные), в оборонной промышленности (для минометов и пр), в медицине (шприцевые трубки).

Наибольшее распространение получило производство бесшовных труб, хотя развивается и производство труб с электросваркой.

По способу производства бесшовные трубы разделяются на горячекатанные и холоднотянутые.

В соответствии с весьма различным назначением труб столь же разнообразны и применяемые марки сталей и режимы термической обработки.

При изготовлении горячекатанных труб термическая обработка применяется только к готовым трубам для получения заданных свойств и в большинстве случаев сводится для мягких углеродистых сталей к процессу нормализации, а для легированных сталей к перекристаллизационному отжигу или к закалке с высоким отпуском. В зависимости от марки стали нормализация и отжиг труб производится в температурном диапазоне 850-920 ºС.

Трубы, подвергающиеся холодному волочению, проходят термическую обработку в три этапа. Предварительная термическая обработка производится для придания горячекатанным трубным заготовкам структуры и свойств, наиболее желательных для последующей деформации в холодном состоянии. Мягкие углеродистые стали и низколегированные стали предварительной термической обработке не подвергаются, так как имеют достаточную степень пластичности. Для заготовок из легированных сталей,

32

кулачковый толкатель 4 – выталкиватель 5 – масляный бак 6 – водяной бак 7 – рольганг 8

– пресс для правки 9 – яма для медленного охлаждения.

Заготовки загружаются в закалочную печь 1 с рольганга через боковое окно и продвигаются по печи кулачковым толкателем 3. После нагрева заготовка выдается из печи выталкивателем 4 и закаливается в масляном 5 или водяном 6 баках. После закалки заготовка проходит отпускную печь 2 аналогичной конструкции и выдается выталкивателем 4 на рольганг 7. С рольганга заготовка передается для правки на пресс 8, или может охлаждаться в водяном баке 6, или медленно охлаждаться в яме 9.

Основная особенность производства холоднотянутых труб, которую необходимо учесть при размещении оборудования, заключается в повторяемости технологических процессов. При своем изготовлении труба несколько раз проходит волочение, отжиг, травление и сушку. В этом случае наиболее целесообразно групповое расположение оборудования одинакового назначения и специализация пролетов.

В качестве примера на рис. 6 приведена схема планировки цеха холодной протяжки труб большого трубопрокатного завода.

Цех имеет 5 пролетов и эстакаду-склад. В первом пролете I располагается травильное отделение, в двух последующих II и III волочильные станы, в IV отжигательные печи, отделка труб и инспекция контроля. В V пролете располагается склад готовых труб.

Передача труб из пролета в пролет производится чаще всего непосредственно через производственные агрегаты: из травильного отделения к волочильным станам через сушила 3. Из II пролета в III через волочильные станы 4. От волочильных станов в IV отделочный пролет через отжигательные печи 5.

Рис. 6 – План цеха холодной протяжки труб.

Горячекатанные трубы на платформах железнодорожным путем доставляются в промежуточный склад-эстакаду и располагаются на стеллажах по маркам стали и по размерам. Здесь же происходит забивка концов труб на молотах 1 и раскладка в пакеты. Пакеты труб узколинейным железнодорожным путем передаются снова в травильное отделение, где последовательно проходят травление, промывку, омеднение в ваннах 2, сушку в печах 3, и двумя потоками выдаются к волочильным станам 4. После протяжки трубы обрезаются на пилах трения и поступают в отжигательные печи 5 камерного типа с внешней механизацией загрузки и разгрузки пакетов труб напольной машиной 6.

Окончательно термически обработанные трубы из отжигательных печей 5 выдаются в отделочный пролет IV. Здесь они правятся на машинах 7, обрезаются на

33

станках 9, проходят испытание на прессах 10, и инспекторскую приемку на стеллажах 11. После приемки трубы в пакетах передаются по узколинейной железной дороге на склад V.

Газовая колпаковая печь СФН-25 с выкатным подом размером 4м*4м для обжига заготовок углеродных материалов

Конструктивные особенности печи:

1.Футеровка стен и свода рабочей камеры полностью выполнена модульными Z-блоками из высокоэффективных волокнистых материалов;

2.Подъем-опускание колпака печи производится 2-мя винтовыми электромеханическими подъемниками;

3.Под печи выполнен из огнеупорных бетонных блоков на базе муллито-корундового заполнителя;

4.6 газовых горелок ГСП-25 с индивидуальными вентиляторами и широким диапазоном изменения коэффициента избытка воздуха;

5.Блок автоматики газовой безопасности и автоматического управления тепловым режимом БУТР-1

Назначение изделия

1.1.Газовое устройство струйно-факельного нагрева СФН-25 (в дальнейшем - устройство) служит для обжига заготовок углеродных материалов продуктами сгорания природного газа.

1.2.Устройство оснащено блоком автоматики газовой безопасности и автоматического управления тепловым режимом БУТР-1.

1.3.Устройство имеет сертификат соответствия № РОСС RU.АЮ96.В06971от 30.06.2010 г. и разрешение на применение № РРС 00-40544 от 04.10.2010 г.

1.4.В связи с постоянным совершенствованием конструкции и технологии производства, устройство может поставляться с изменениями не отраженными в документации на изделие, но не ухудшающими его технические характеристики.

Технические характеристики печи

34

Комплектность

В комплект поставки устройства входит:

3.1.Газовое нагревательное устройство струйно-факельного нагрева СФН-25, шт. - 1

3.2.Блок управления тепловым режимом БУТР-1, компл. - 1

3.3.Паспорт, шт. - 1

Устройство и принцип работы

4.1. Устройство состоит из следующих основных элементов (Рис.7):

-футерованного корпуса - колпака (Рис.7 поз.1);

-двух электромеханических подъемников (Рис.7 поз. 2);

-подвижной тележки с патрубками отбора дымовых газов (Рис.8. поз.3);

-шести газовых горелок ГСП-25 (Рис.7. поз.4);

-трубопровода подачи газа (Рис.7. поз.5) с запорно-регулирующей аппаратурой (Рис.7 поз.6);

- трубопроводов подачи воздуха (Рис.4.1. поз.7), с регулирующей поворотной заслонкой; - шести вентиляторов ВР 140-15-4 (Рис.7 поз.8); - трубопровода подачи защитной атмосферы - азота (рис 7 поз.9); - рециркуляционного вентилятора (Рис.8 поз.10).

35

Рис.7 - Общий вид СФН-25

Рис.8 - Продольный разрез СФН-25

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После загрузки изделий в нагревательное устройство СФН-25 режим тепловой обработки осуществляется под управлением блока управления тепловым режимом БУТР- 1 автоматически.

Воздух от индивидуальных вентиляторов через трубопровод подачи дутьевого воздуха поступает в горелки. Газ из цеховой газовой магистрали через гибкую подводку

36

поступает в распределительный газопровод устройства (Рис.7. поз.5), а затем в горелки (Рис.7. поз.4), где смешивается с вентиляторным воздухом, поджигается запальными электродами горелок и сгорает в виде факелов. Отходящие дымовые газы через отверстия в подвижной подовой тележке поступают в патрубок отбора дымовых газов, а затем, в боров (Рис.8. поз.11) и далее на дожигание.

Факела горелок распределены в рабочем пространстве таким образом, что обеспечивают наибольшую интенсивность перемешивания продуктов сгорания и, тем самым, равномерный нагрев изделий до требуемой температуры. Воздействие продуктов сгорания и излучение футеровки на поверхность муфелей в рабочем пространстве значительно увеличивает эффективность работы устройства. Благодаря надежной стабилизации горения, обеспечивается устойчивая работа устройства в широком диапазоне расходов воздуха и газа.

Блок автоматического управления тепловым режимом БУТР-1 обеспечивает поддержание заданной температуры нагреваемых изделий и работу приборов системы газовой безопасности.

В случае аварийной ситуации (отключение электроэнергии) предусмотрена автоматическая подача защитного газа (азота) в рабочее пространство устройства через воздухопроводы горелок. Заполнение рабочего пространства защитной атмосферой происходит за 30 с (не более) при подаче азота под давлением 5 кПа. При этом расход азота составляет один баллон емкостью 80 л и давлении 150 кгс/см2.

Расчет схемы комплексного использования теплоты уходящих газов в термическом цехе на примере установки с газовой колпаковой печью СФН-25

В данном расчете [1] рассмотрена нагревательная печь для термического цеха типа СФН25, за которой устанавливается рекуператор, охлаждающий продукты сгорания с 995,73ºС до 450ºС и контактный экономайзер, который с 403,3ºС охлаждает продукты сгорания до

140ºС (рис 9).

Рис. 9. Схема комплексного использования теплоты уходящих газов в термическом цехе.

Характеристики природного газа

Источник газа – Усть-Вилюйское месторождение [1, табл. 1.4] Состав газа:

СН4 – 94,8% С2Н6 – 2,3% С3Н8 – 0,8% С4Н10 – 0,5% С5Н12 – 0,1% N2 - 1,2% СО2 - 0,3%

37

Плотность газа ρ – 0,764 кг/м3 Низшая теплота сгорания по таблице34350,64 кДж/м3

Определение объемов воздуха, расходуемого на горение, и образующихся продуктов сгорания.

Суммарный расход кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м3 природного газа 0°, подсчитывают по формуле [1, формула 2.11], м3:

° =0,01 (2 СН4+3,5 С2Н6+5 С3Н8+6,5 С4Н10+8 С5Н12)=

2

= 0,01(2*94,8+3,5*2,3+5*0,8+6,5*0,5+8*0,1)=2,057 м3

где CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 – содержание в природном газе метана, этана, пропана, бутана, и пентана в процентах по объему.

С учетом коэффициента избытка воздуха:

N2= (8,519/9,771)*100=87,186%

Исходя из состава продуктов сгорания, для дальнейших расчетов корректируем и принимаем коэффициент избытка воздуха =1,09 [1, табл. 1,9].

Расчет схемы комплексного использования теплоты в термическом цехе

Произведем расчет потерь теплоты по формуле [1, формула 2.45] q2печь= 0,01*z1* (tух.г.печь- 0,85*tвозд),

где z1 – коэффициент, зависящий от температуры продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом, т.е. содержания в сухих продуктах полного сгорания CО2, а в продуктах неполного сгорания суммы (CО2+ CО+ CH4), принимаем по [2, табл.

2.6]; z1=4,885

tух.г.печь – температура уходящих из печи продуктов сгорания топлива, оС; tвозд – температура окружающего воздуха, 20 оС.

q2печь=0,01*4,885*(1050-0,85*20)= 50,462%

Коэффициент использования топлива (КИТ) в данной работе определяем без учета теплоты вследствие неполноты сгорания q3.

КИТпечь=100 - q2печь=100 – 50,462= 49,538%

38

Так как уходящие газы не уходят в окружающую среду, q2печь на выходе из печи рассчитывается без учета температуры воздуха по формуле:

q2печь= 0,01*z* tух.г.печь,

q2печь= 0,01*4,885*1050=51,3 % КИТпечь=100 - q2печь=100-51,3=48,7%.

Оценка падения температуры при движении от печи к рекуператору

По пути выходящих газов из печи в рекуператор, температура меняется и рассчитывается по формуле:

где ′ – температура продуктов сгорания на входе в рассчитываемую ступень, оС;′′ – температура продуктов сгорания на выходе из предшествующей ступени, оС; z1 - коэффициент, соответствующий выходным параметрам продуктов сгорания и

степени их разбавления избыточным воздухом из предшествующей ступени, принимаем по [2, табл. 2.6];

z2 - коэффициент, соответствующий входным параметрам продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом в последующую ступень, принимаем по [2,

табл. 2.6]; z2=5,10

Δt – падение температуры на один погонный метр, оС. Для целей данной работы принимаем 2 оС;

В результате прохождения продуктов сгорания по газоходу, происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса, вследствие чего изменяется коэффициент избытка воздуха . Для целей данной работы принимаем на один метр газохода =+0,01. Длина газохода принимается равной 5 м, следовательно, на входе в рекуператор =1,15.

Исходя из =1,15 по [2, табл. 1,9] состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 10,1%, О2 = 3,0%, N2 = 86,9%.

Тогда ′ =( 1050*4,8855,10 – 2*5) = 995,73 оС.

К расчету по [7] принимаем высокотемпературный рекуператор (рис. 10).

39

Рис. 10 – Высокотемпературный рекуператор для подогрева воздуха, используемого при сжигании природного газа.

Характеристики:

Температура дымовых газов - 1050 оС Температура уходящих дымовых газов – 450 оС Температура нагретого воздуха – 420 оС Тепловая мощность – 163 кВт Срок окупаемости – 4,2 года Масса – 270 кг

Температура на выходе из рекуператора принимается равной 450 оС, коэффициент избытка воздуха увеличивается на 0,2 и составляет 1,35. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 8,4%, О2 = 6,1%, N2 = 85,5%.

q2рек= 0,01*z* tух.г.рек,

q2рек= 0,01*5,55* 450=24,975 %

КИТРЕК+ПЕЧЬ =100 - q2рек=100-24,975=75,025%

КИТРЕК= КИТРЕК+ПЕЧЬ – КИТПЕЧЬ = 75,025 – 48,7= 26,325 %

Для дальнейшей утилизации теплоты уходящих газов предлагается использовать контактный экономайзер.

В результате прохождения продуктов сгорании по газоходу происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса, вследствие чего изменяется коэффициент избытка воздуха . Для целей данной работы принимаем на один метр газохода =+0,01. Длина газохода принимается равной 10 м, следовательно, на входе в утилизатор =1,35+0,1=1,45. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 7,8%, О2 = 7,1%, N2 = 85,1%. Тогда z3=5,9

Температура на входе в утилизатор составит: