Реконструкция камерной топливной печи с выкатным подом

   Введение 
 

   Топливные камерные печи с выкатным подом предназначены  для термообработки крупногабаритных изделий и, в основном, эти печи нашли широкое распространение на заводах тяжёлого машиностроения.

   Сегодня крайне остро стоит проблема повышение  эффективности различных технологических процессов. Установка новых современных печей является крайне дорогостоящим и трудоёмким, поэтому на многих отечественных предприятиях отдают предпочтение реконструкции и модернизации имеющегося оборудования, которое зачастую уже отработало свой ресурс.

   Поиск путей реконструкции топливных  камерных печей с выкатным подом, которые бы соответствовали современным тенденциям в печестроении, является целью данной работы.

   Для термических печей периодического действия, наряду с уменьшением потерь теплоты на разогрев футеровки путем применения малотеплоемких и низкотеплопроводных волокнистых огнеупорных изделий, значимым резервом экономии топлива может быть и второй фактор – утилизация теплоты уходящих газов. 
 
 
 
 

    1. Общая характеристика камерной печи с выкатным подом 
 

   Камерные  печи с выкатным (выдвижным) подом появились в связи с трудностью, а иногда даже и невозможностью загрузки изделий в камерную печь с неподвижным подом. Подину вне печи можно легко загрузить и разгрузить практически любыми изделиями и садками с помощью крана.

   Тележечные  подины с массой садки до 75т перемещаются на колесах по направляющим рельсам (брускам, швеллерам, двутаврам), а подины в виде платформ с массой садки более 75т на роликах (катках, шарах) - по направляющим брусьям с помощью: или приводной пары колес с индивидуальным электромеханическим приводом; или зубчатой рейкой, смонтированной под подиной по её продольной оси, и зубчатым или цевочным электромеханическим приводом, расположенным сбоку печи; или цепной лебедкой, расположенной перед печью на расстоянии несколько большем хода подины. При выходе из строя привода подины её можно перемещать с помощью мостового крана, блока и троса, соединенного с подиной.

   По  источнику тепловой энергии камерные печи с выдвижным (выкатным) подом подразделяют на топливные и электрические. B газовых топливных печах газ сжигают чаще всего непосредственно в рабочем пространстве. Горелки в крупногабаритных печах размещают обычно в два ряда, один ряд у подины, второй с противоположной стороны под сводом.

   Факел пламени верхних горелок направляется под свод печи, а нижних - под садку. Продукты сгорания отводят у подины в дымовые каналы в боковых стенках, затем в два борова (по одному под каждой стенкой), соединенных на выходе под печью в один. B малогабаритных печах горелки обычно располагают в один ряд у подины.

   При отоплении печей жидким топливом (нефтью, мазутом) сжигание топлива осуществляют в небольших боковых топках. Топки располагают на уровне пода, отделяют от рабочего пространства невысокими решетчатыми стенками, опирающимися на основания боковых стенок.

   При ширине камеры печи до 4 м свод выполняют  цельным арочным. При большей  ширине камеры печи для обеспечения  необходимой прочности арочного свода необходимо увеличивать его  вылет, что приводит к снижению равномерности нагрева садки. Поэтому при ширине камеры печи более 4-5 м для сохранения удовлетворительного вылета свода его выполняют арочным подвесным. Кроме того, для повышения равномерности нагрева садки под в широких печах канализируют. Продукты сгорания попадают сначала в каналы пода, а из них- в дымовые каналы в стенках печи. Канализирование пода обеспечивает лучший прогрев садки снизу. Горелки в широких печах размещают обычно в два ряда у пода и под сводом в шахматном порядке.

   B электропечах с выдвижным (выкатным) подом металлические нагревательные элементы размещают обычно только на боковых стенках, а в широких крупногабаритных печах - также на подине и заслонке. Подвод тока к нагревателям подины и заслонки - гибкими кабелями. Низкотемпературные электропечи с выдвижным подом оборудуют вентилятором на задней торцевой стенке печи, для усиления конвективной теплопередачи. Для создания направленного циркулирующего потока воздуха элементы сопротивления отделяют от рабочего пространства сквозным листовым муфелем. Для ремонта и замены элементов сопротивления муфель снабжен дверками.

   Для герметизации нагревательной камеры боковые  щели между подиной и продольными  стенками печи закрывают песочными  затворами, состоящими из несущих корытообразных профилей, укрепленных по бокам тележки и заполненных песком, и «ножей», укрепленных в стенках печи и входящих в песок. Более надежную герметизацию камеры обеспечивает водяной затвор, выполняемый в виде желоба, охватывающего по периметру всю подину снизу, заполненного водой и перемещаемого по вертикали рычажной системой, и «ножа», укрепленного по периметру внутренних стенок печи. Перед выдачей подины из печи желоб опускается, нож выходит из воды, подина выдается из печи. После задачи подины в печь желоб с водой поднимается, «нож» входит в воду, щели между подом и стенками печи закрываются. 
 

   2. Особенности конструкции камерных печей с выкатным подом 
 

   Из  классификационных признаков печей следует, что главных особенностей их конструкций две: подина выполнена обособленно от боковых и торцевых стенок камеры, представляет собой футерованную тележку на колесах (выкатная подина), или футерованную платформу, передвигаемую по каткам (выдвижная подина); нагревательная камера имеет форму параллелепипеда с плоским или арочным сводом. Камеру печи обслуживает одна или две подины. B первом случае камера печи выполняется тупиковой с неподвижной задней торцевой стенкой.

   Передняя  торцевая стенка или выполняется  в виде подъёмно-опускной заслонки, или размещается на подине и перемещается вместе с ней в виде вертикального козырька. Подина в печах такой разновидности выдается только в одну сторону. Bo втором случае камера печи выполняется проходной, обе её торцевые стенки выполняются в виде подъёмно-опускных заслонок, подины поочередно задаются в печь и выдаются из печи на обе стороны. Наличие двух подин сводит к минимуму простои нагревательных камер и потери тепла камерами, повышает к.п.д. печей, позволяет передавать термически обрабатываемые изделия из одного пролета цеха в другой без дополнительных передаточных тележек и других механизмов.

   Теплоограждения печи состоят из футерованного металлокаркаса рабочей камеры, а также футерованного металлокаркаса выдвижной подовой тележки. Металлокаркасы рабочей камеры и выкатной подовой тележки выполнены из профильного и листового проката. Металлокаркас рабочей камеры установлен на железобетонном ленточном фундаменте.  

  Рисунок 2.1 Камерная печь с выкатным подом  типа ТНО:

  1 - каркас печи; 2 - футеровка печи; 3 - дверь; 4 - под печи; 5 - воздуховод; 6 - горелочная система; 7 - дымоотвод; 8 - рекуператор; 9 - привод двери; 10 - привод пода; 11 - подставки для садки; 12 - система защиты рекуператора от перегрева; 13 - система поддержания коэффициента избытка воздуха. 
 

   3. Достоинства и недостатки существующих моделей печей типа ТДО  
 

   К достоинствам топливных камерных печей с выкатным подом относят:

   1. Возможность обрабатывать изделия практически любой массы;

   2. Использование топливных печей наиболее целесообразно для термооб-работки крупногабаритных изделий, так как это существенным образом влияет на экономию теплоносителей (по сравнению с электропечами), что в свою очередь благоприятно сказывается на себестоимости продукции.

   Недостатки камерных печей с выкатным подом являются:

   1.Низкий  тепловой к.п.д. печи, т.к. при  разгрузке подина охлаждается,  и приходиться отапливать пустую  камеру. Частично этот недостаток  можно устранить использованием  двух подин, выкатываемых на  разные стороны;

   2.Более сильное окисление нагреваемых изделий, так как достаточно сложно обеспечить полную герметизацию рабочего пространства печи и как следствие устранить подсос воздуха;

   3. Высокие эксплуатационные расходы  , т.к. подина обладает достаточно  сложной конструкцией;

   3. Такая подина исключает прогрев  изделия снизу, поэтому садку размещают на подставках для более равномерного нагрева;

   4. Из-за частых теплосмен, которым  подвергается подина в процессе  эксплуатации, она обладает невысокой  стойкостью.  
 

   4. Основное назначение оборудования и возможности использования других видов термической обработки 
 

   Камерные  с выдвижным подом типа ТДО используются до температур нагрева 1250°С. Данной температуры хватает для большинства таких операций, как нагрев под закалку и различные виды отжига, которые применяются для тяжелых деталей, поковок, слитков.

   В промышленной печи с выкатным подом  изделия нагревают на поду, который  выкатывается из печи на роликах или скатах по рельсовому пути. Использование выкатного пода позволяет ускорить время выполнения промышленных операций, при этом загрузка крупногабаритных изделий осуществляется обычно краном.  

   5. Проектные предложения по усовершенствованию топливных камерных печей с выкатным подом 
 

   Основными направлениями при реконструкции  термических нагревательных печей  являются:

   1. рекуперация и регенерация отработанного тепла для повышения теплового к.п.д. печей;

  2. использование прогрессивных материалов для изготовления кладки печи. Отличные теплоизоляционные качества футеровочных материалов обеспечивают уменьшение толщины футеровки и уменьшение габаритных размеров печи. Низкая плотность футеровочных материалов обеспечивает высокую экономичность и быстрый разогрев печи за счет уменьшения общего количества тепла, аккумулируемого футеровкой;

   3. применение самых современных горелочных устройств с автоматическим регулированием и разнообразными режимами роботы (принципов импульсного горения и высокой скорости истечения газового факела), установка рекуперативных горелочных устройств для максимизации использования тепла, что позволит снизить расход газа и повысить эффективность его использования;

   4. использование микропроцессоров для управления процессами горения и режимом нагрева (охлаждения) печи, обеспечивающих суммарную экономию энергии, сокращение длительности термообработки и, как следствие, повышение производительности печей, более точное регулирование температуры на конечной стадии режима термической обработки и;

   5. использование защитных атмосфер и вакуума, что существенным образом упростит технологию изготовления изделий и полуфабрикатов, а также способствует снижению части металла, которая уходит в отходы;

   6. внедрение систем компьютерного сбора и хранения информации (воз-можность записи архива параметров и событий) для автоматической генерации паспорта термообработки изделия;

   7. обеспечение высокой герметичности рабочего пространства печи за счёт применения высокоплотных затворы и уплотнения заслонок;

  8. применение жаропрочных бетонов на выкатной подине для повышения её эксплуатационной стойкости, а также исполнения выкатного пода и подъемной двери с повышенной скоростью движения;

  Реализация  этих тенденций позволяет создавать  печи нового поколения, удовлетворяющие  требованиям общества по экологической  и экономической эффективности, качеству и себестоимости продукции, уровню механизации, автоматизации и роботизации, дизайну.

  При проведении реконструкции топливных  печей с выкатным подом наиболее целесообразным было бы осуществить замену горелок. Это позволит существенным образом снизить расход теплоносителей и повысить качество термической обработки металлоизделий.

  Оптимальное газогорелочное устройство отопительных печей должно обеспечивать устойчивый процесс горения при колебаниях давления газа в сети и полное сгорание топлива без химического недожога при наличии малых избытков воздуха в топочном пространстве, а также создавать такой очаг горения, который обеспечивал бы интенсивный, но в то же время равномерный обогрев печи по периметру.