Печь с повышенным давлением

Чтобы предотвратить подсос холодного воздуха в печь, в ней на уровне пода поддерживают небольшое положительное давление, наблюдаемое по пламени, слегка выбивающемуся из-под нижней кромки крышек закрытых рабочих окон.

Значительный подсос воздуха через окно выдачи нагретого металла происходит в методических печах с торцовой выдачей.

Воздух поступает через это окно в результате эжектирующего действия струй газа и воздуха, истекающих из топочных устройств (горелок, форсунок), и геометрического напора, так как окно выдачи расположено ниже пода печи.

При задержках на прокатном стане металл, лежащий у окна выдачи, настолько охлаждается в результате подсоса воздуха, что на стан его не выдают. Обычно контроль за давлением в печи ведут по импульсной точке рядом с термопарой под сводом томильной зоны в трехзонных печах или под сводом сварочной зоны в двухзонных методических печах. Имеющиеся автоматические регуляторы поддерживают установленное давление в указанных местах с точностью до ±2,45 н/м2 (0,25 мм вод. ст.).

Необходимое давление в печи, в частности положительное в томильной зоне, поддерживают при помощи дымового шибера (клапана). Этому способствует пережим свода между томильной и сварочной зонами. При давлении под сводом томильной зоны, 21,6-24,4 н/м2 (2,2-2,5 мм вод. ст.) на многих методических печах, оборудованных мазутными форсунками или двухпроводными газовыми горелками низкого давления (например, типа «труба в трубе»), установленными на торцовых стенах печи, поддерживают положительное давление по всей длине печи и в конце ее (у окна посадки) оно составляет 9,8-29,4 н/м2 (1,0-3,0 мм вод. ст.).

При том же давлении под сводом томильной зоны, но при установке инжекционных горелок, располагаемых на торцовых стенах печи, давление по всей печи выше и в конце ее достигает 78,5-98 н/м2 (8-10 мм вод. ст.). Это объясняется большой скоростью выхода продуктов сгорания из инжекционных горелок. В этом случае чрезмерное выбивание дымовых газов через посадочное окно (достигающее 30% и более) приводит к значительной потере тепла, которое могло бы быть использовано в соответствующих устройствах и утяжеляет работу посадчиков, особенно в тех случаях, когда на. посадочный стол подают металл не рольгангом, а при помощи крана или подъемного стола, что связано с близким и длительным пребыванием посадчика у загрузочного окна.

Поддерживаемое по длине печи положительное давление неодинаково и определяется рядом обстоятельств. Из наблюдений, проведенных на методических печах с торцовой выдачей, оборудованных мазутными форсунками или газовыми горелками, установленными на торцовых стенах, можно было сделать следующий вывод. В районе первого рабочего окна (в томильной зоне) давление понижается в результате эжектирующего действия при истечении среды из указанных топочных устройств этой зоны, а затем давление в зоне снова повышается. Далее на подходе к пережиму свода между томильной и сварочной зонами, в месте пережима, а также в начале сварочной зоны давление падает, что вызывается увеличением скоростного напора на участке томильной зоны с наклонным сводом и в какой-то мере эжектирующим действием среды, истекающей из топочных устройств верхней камеры сварочной зоны. В остальной части верхней камеры сварочной зоны давление повышается в результате увеличения количества продуктов сгорания и продолжает возрастать на участке наклонного свода этой зоны. В верхней камере методической зоны статическое давление может несколько понизиться, но в конце печи оно снова возрастает. В нижней камере сварочной зоны давление чаще всего отрицательное. Оно мало связано с давлением в томильной зоне и зависит главным образом от расхода топлива в нижней камере и от ее объема.

Все это иллюстрируется кривыми, характеризующими давление в трехзонной методической печи, торцовые стены которой оборудованы форсунками высокого давления (рис.9). Кривые 1 и 2 отображают давление на уровне металла, кривые 3 и 4 — давление на уровне пода нижней камеры печи; сплошные линии — при давлении под сводом томильной зоны 24,5 н/м3 (2,5 мм вод. ст.); пунктирные — при давлении в том же месте 18,5 н/м2 (1,9 мм вод. ст.).

От описанного выше распределения давления по длине печи могут быть отступления. Эжектирующее действие истекающих струй может быть различным и, следовательно, более или менее заметно способствовать. падению давления в районе корня факела. Есть методические печи, работающие с положительным давлением в нижней камере, возникающим в результате повышенного давления в верхней камере сварочной зоны.

Есть печи, отапливаемые мазутом (в частности, форсунками низкого давления) и отапливаемые газом (двухпроводными горелками низкого давления), в которых значительная часть головного участка (томильная зона, верхняя камера сварочной зоны) находится под давлением, а затем давление резко падает и остальная часть печи (верхняя и нижняя) оказывается под разрежением.

Такой характер давления в печи может быть следствием значительного сопротивления протоку продуктов сгорания между двумя соседними участками или следствием перетока части продуктов сгорания из верхней камеры в нижнюю, находящуюся под разрежением. Так, например, на — печи, оборудованной форсунками высокого давления, наблюдался переток продуктов сгорания из верхней камеры в нижнюю; он происходил у места входа продуктов сгорания из томильной зоны в сварочную и увеличивался или уменьшался в зависимости от величины эжектирующего действия струй, истекающих из форсунок нижней камеры (вследствие изменения расхода пара на распыливание мазута).

Значительное влияние на давление оказывает величина сечения верхней части печи в местах пережима свода, так как в зависимости от размера этого сечения давление принимает разное значение на участках печи до пережима и (после него.

Встречаются печи с увеличенной высотой рабочего пространства в месте пережима, что затрудняет одновременное обеспечение должных давлений в томильной зоне и в конце печи. На величину давления в печи также оказывает влияние величина расхода топлива.

При помощи дымового клапана не всегда удается одновременно поддерживать необходимое давление в начале и конце печи, и в связи с этим создаются неблагоприятные условия для ее эксплуатации.

Для борьбы с чрезмерными подсосами воздуха в печь и выбиванием продуктов сгорания из печи пользовались рядом описанных ниже конструктивных решений.

В трехзонной методической печи верхнюю сварочную зону выполнили повернутой вокруг вертикальной оси на 180°. В результате торцовая стена этой зоны оказалась на границе с методической зоной, а факел двухпроводных горелок был направлен в сторону движения металла. Горелки остальных зон установили на торцовых стенах в обычном порядке (с направлением факела против движения металла).

В результате такого расположения горелок создавался значительный подпор в томильной зоне. Чтобы давление под сводом томильной зоны поддерживать в пределах 20,5-22,5 н/м2 (2,2 — 2,3 мм вод. ст.) (при превышении этого значения происходило значительное выбивание продуктов сгорания через окно выдачи) приходилось открывать регулирующий дымовой клапан. При форсированной работе печи полного открытия дымового клапана не хватало и выбивание продуктов сгорания увеличивалось. Как известно, в печи с обычным расположением горелок подпор в томильной зоне создают, действуя как раз наоборот, т.е. закрывая регулирующий дымовой клапан.

Практика эксплуатации печи с указанным выше расположением горелок показала, что при работе с повышенным давлением в томильной зоне подсоса воздуха через торцовое окно выдачи не происходит, но при этом, начиная примерно от середины сварочной зоны и до торца выдачи, из всех окон (в том числе и из окна выдачи) сильно выбивает пламя (на 1-1,5 м), а от середины сварочной зоны до торца загрузки печь находится под сильным разрежением и в связи с этим основательно остывает. В значительной части печи разрежение вынужденно создается открытием регулирующего дымового клапана для поддержания давления под сводом томильной зоны в допустимых пределах.

Учитывая указанные выше ненормальности в работе печи, ее реконструировали и выполнили в виде обычной трехзонной методической печи, т.е. со встречным, по отношению к движению металла, расположением горелок.

На рис. 10, а показана головная часть трехзонной методической печи, отапливаемой мазутом при помощи форсунок высокого давления с отсасывающим каналом 1 для борьбы с подсосом воздуха в печь через торцовое окно выдачи металла.

Канал устроен в наклонном поду и соединен боровком с общим дымовым боровом. При помощи такого канала предполагалось осуществить отсос в дымовую трубу воздуха, поступающего через торцовое окно выдачи, с тем, чтобы этот воздух не проникал в печь. Находящийся в боровке поворотный клапан позволял регулировать степень подсоса в канал.

Естественно, что вместе с воздухом в канал засасывались также продукты сгорания из томильной зоны печи, причем их количество менялось в зависимости от степени открытия клапана в боровке. Так, например, при полностью открытом клапане содержание С02 в канале составляло 4,4%, при открытии клапана на 45° 3,2%, а при полностью закрытом клапане 0,8%.

Сравнение количества воздуха, поданного в томильную зону и определенного непосредственным измерением, с количеством воздуха, определенного по анализу продуктов сгорания в этой зоне и количеству сожженного мазута, показало, что указанные расходы воздуха близки по величине.

Это подтверждает, что в печь поступает относительно небольшая часть воздуха, подсосанного через торцовое окно выдачи.

Однако наблюдения показали, что указанный канал также способствует подсосу большого количества воздуха через окно выдачи, что ведет к охлаждению торцовой части печи (стен, наклонного пода). Это в свою очередь несколько охлаждает металл, расположенный в торце выдачи. Таким образом, установкой отсасывающего канала не решалась полностью задача предохранения от охлаждения металла, расположенного у окна выдачи, и при длительных простоях стана этот значительно охлажденный металл на стан не подавали.

Следует иметь в виду, что канал засыпается окалиной, при накоплении которой закрывается проход в боровок. Для очистки от окалины в кладке предусмотрено два ложных окна.

На рис. 10, б и 10, в показаны газовые завесы; они разной конструкции. Первая (рис. 10, б) установлена в верхней части торцового окна выдачи 4. Она представляет собой трубу диаметром 62 мм, помещенную в водоохлаждаемую рубашку диаметром 125 мм. От трубы 2 отходят штуцера 3 диаметром 10 мм для выхода газа. Расстояние между штуцерами 110 мм. Для равномерной раздачи газа по всем штуцерам его подводят к обоим концам трубы. Давление газа перед трубой 2,46 кн/м2 (250 мм вод. ст.), теплота сгорания смешанного газа (как и для всей печи) 7,5 — 7,9 Мдж/м3 (1800-1900 ккал/м3). Завеса второй конструкции (рис.10, б) установлена на обеих боковых стенах торца выдачи. К ней, как и для всей печи, подавался доменный газ.

В обеих конструкциях газ, выходящий из штуцеров, смешивается с воздухом, засосанным через торцовое окно, и сгорает, предотвращая поступление воздуха в печь. При исследовании завесы первой конструкции установлено, что продукты сгорания, поступающие в печь, содержат 5% С02 и 8% 02, тогда как в этом же месте при работе без завесы было 20% 02.

Для уменьшения подсоса воздуха через торцовое окно выдачи горелки или форсунки томильной зоны устанавливают с наклоном к поду, чтобы, создав завесу, в какой-то мере препятствовать подсосу воздуха. Указанные топочные устройства обычно устанавливают под углом 15-18° к горизонту.

В одном из случаев наладки методической печи, где мазутные форсунки томильной зоны стояли под углом 18° к горизонту, факел касался передних заготовок, и в процессе эксплуатации печи были случаи сваривания и оплавления металла в этой зоне.

Специальные газовые завесы и наклон топочных устройств в сторону пода даже при совместном их применении не избавляют полностью от подсоса воздуха, и поэтому подсос холодного воздуха в большей или меньшей степени наблюдается на всех печах с торцовой выдачей металла.

Чтобы предохранить от поступления холодного воздуха отдельные участки печи, находящиеся под разрежением, рабочие окна методической зоны, а также верхней и нижней камер сварочной зоны, к использованию которых прибегают крайне редко, закладывают кирпичом.

Для создания положительного давления в нижней камере сварочной зоны может оказаться полезным создание подпора уменьшением сечения нижней камеры методической зоны. Целесообразно также опробовать устройство в нижней камере методической зоны перегородки (пережима) перед опускным дымовым каналом. При этом в боковых стенах у перегородки 6 следует сделать ложные окна 5 для удобства изменения высоты перегородки (если в этом возникнет необходимость) без длительной остановки печи (рис. 10, г).

Значительная часть одной методической печи отапливавшейся мазутом, находилась под разрежением. По предложению Севзапэнергочермета, чтобы создать в печи положительное давление и одновременно исключить выбивание продуктов сгорания из окна загрузки, печь удлинили, укоротив загрузочный стол на 1000 мм, а между старой торцовой стеной и новым окном посадки образовали тамбур (рис.11, а). К старой торцовой стене печи добавили пережим в виде водоохлаждаемой Г-образной балки с тремя стальными полосами 1, приваренными к ней на высоте 180 мм от верхней поверхности нагреваемого металла. При таком устройстве основное количество продуктов сгорания верхней части печи, ударяясь в старую торцовую стену, направлялось прежним путем в боковые дымоотводящие каналы, а небольшая часть проходила под пережимом в тамбур и направлялась в вытяжной зонт из жароупорной стали, куда одновременно присасывалось небольшое количество воздуха, чтобы зонт не перегревался.

Уменьшение давления у посадочного окна открытием регулирующего дымового клапана не всегда возможно, так как при этом может недопустимо понизиться давление в томильной зоне.

Паровые отбойники, устанавливаемые у окна посадки, не служат во всех случаях эффективным средством для борьбы с выбиванием продуктов сгорания из этого окна. Так, например, на печи, оборудованной инжекционными горелками, отбойник (трубу) прикрепили над окном так, что его можно было перемещать по высоте и поворачивать для выбора направления выходящих струй пара.

При установке трубы вровень с низом крышек окна она коробилась и ее пришлось поднять. Когда трубу установили на расстоянии 100 мм от металла, то при избыточном давлении пара (или воздуха) 0,49 Мн/м2 (5 ат) отбойник создавал эффективную завесу лишь между верхом металла и крышками окна. В промежутке между двумя рядами лежащего металла и па краям окна завеса оказалась неэффективной. Чтобы исправить этот недостаток, отбойник выполнили из двух труб (по числу крышек окна) с индивидуальным подводом пара к каждой трубе по гибкому шлангу 2 диаметром 50 мм. На каждую крышку загрузочного окна подвесили по одной трубе 3. Кроме этого, внизу (под металлом) в середине и по краям окна установили дополнительные короткие трубы 4 (отбойники) с отверстиями диаметром 3 мм так, что струи из них были направлены навстречу струям из верхних отбойников (рис. 11, в). Такое устройства при избыточном давлении воздуха 0,49-0,50 Мн/м2 (5-6 ат) действовало достаточно эффективно при давлении в конце печи до 39 н/м2 (4 мм вод. ст.). При давлении в этом месте, составлявшем 98-118 н/м2 (10-12 мм вод. ст.), описанный отбойник был весьма полезен, но не обеспечивал полного отбоя.

Устройством пережима в своде вблизи конца печи можно уменьшить скорость продуктов сгорания у окна посадки в печи, оборудованной инжекционными горелками, и, следовательно, снизить давление в этом месте. Однако при этом сохранится повышенное давление в печи до пережима. На одной из печей выполнен такой пережим, который несколько снизил давление у окна загрузки (см. главу I, раздел 14, д).

При проведении экспериментально-наладочных работ следует иметь в виду, что давление в разных участках печи меняется в процессе работы в зависимости от ряда причин (расхода топлива, положения крышек рабочих окон и пр.), а поэтому за давлением в исследуемых участках следует наблюдать при принятых постоянных условиях. Если давление в печи регулируется при помощи автоматического регулятора, то его лучше отключить и поддерживать необходимое давление вручную, так как раскачка регулятора мешает читать показания приборов в контролируемых точках. Показания приборов в этих точках следует записывать одновременно. Неправильная методика измерения давления обусловливает искажение результатов измерения.