Щукин - Промышленные печи и газовое хозяйство заводов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Огневая промышленная теплотехника как отрасль науки и техники изучает вопросы наиболее рационального использования тепла в огнетехнических процессах, протекающих в промышленных печах разного назначения и лежащих в основе производства металла, машин, химических продуктов, строительных материалов, пищевых продуктов и т. д. В промышленных печах расходуются огромные количества разнообразного топлива. Поэтому большое значение имеет повышение тепловой экономичности промышленных печей и правильное использование топлива, являющегося, по образному определению В. И. Ленина, «хлебом промышленности». В настоящей книге основное ,внимание уделяется вопросам рационального топливоиспользования в печах и вопросам энергетической модернизации печных установок. газообразное топливо (и в первую очередь природный газ обеспечивает работу промышленных печей с наилучшими показателями и чаще всего используется в них. Поэтому в книre уделено значительное внимание газоснабжению промышленных предприятий.

При составлении книги автору помогали инж. С. А. Щукин, составивший примеры расчетов, и инж. В. Ф. Фоменков, выполнивший работу по подготовке рукописи.

Автор приносит глубокую благодарность проф. r. А. Матвееву за ценные советы при просмотре рукописи, а также доц. В. В. Мурзакову за научное редактирование и Л. Н. Синельниковой за большую работу по редактированию и подготовке книги к печати.

Автор

ВВЕДЕНИЕ

­Высокотемпературные процессы лежат в основе важнейших производств: металла, деталей машин, химических продуктов, строительных и других материалов. Эти процессы осуществляются в промышленных печах, в которых материалам или изделиям придаются свойства, необходимые для конечного продукта или требующиеся для дальнейшей обработки.

Эти процессы протекают при относительно высоких температурах: плавка стали в мартеновских печах при 1 800­2 000 ОС, нагрев стальных заготовок в кузнечных печах при 300-500 ^ОС, обжиг огнеупоров в печах при 500­-800 ^ОС. Еще более высокие температуры создаются в электрических печах.

Большое значение промышленные печи имеют при производстве чугуна и стали на заводах черной металлургии с полным производственным циклом. В доменных печах этих заводов производят выплавку чугуна из железных руд. Доменный газ после очистки от пыли используется в качестве топлива в печах и в топках котлов ТЭЦ. Кокс, необходимый для доменных печей, производится коксохимическими заводами или коксовыми цехами металлургических заводов, где в коксовых печах. (коксовых батареях) перерабатываются коксующиеся каменные угли. При этом получаются в больших количествах коксовый газ и ценные побочные химические продукты: каменноугольная смола, бензол аммиак и сульфат аммония натрия.

Мартеновские печи являются сталеплавильными агрегатами: в них из шихты, состоящей в основном из чугуна, стального лома (скрапа), руды и флюсов, выплавляется сталь. Чугун доставляется из доменного цеха е жидком виде или при работе мартеновских печей на холодной завалке употребляется в чушках. Более производительной является выплавка стали в конвертерах, в которых жидкий чугун продувается технически чистым кислородом, при этом углерод в значительном количестве переходит в газ, а марганец, кремний, фосфор и сера ­ в шлаки.

При окислении примесей выделяется так много тепла, что его достаточно для разогрева ванны и покрытия потерь тепла без затрат­ добавочного топлива. Отходящие газы конвертеров горючие (90% СО и 10% СО 2 ), имеют очень высокую температуру (500­-800 ^ОС) и сильно загрязнены технологическим уносом до 125­220 е/м З . Работа конвертеров невозможна без улавливания газов, их охлаждения в котлах-охладителях и очистки.

За мартеновскими печами также устанавливаются котлы-утилизаторы, т. к. температура газов за печами очень высока (500­-700 ^ОС).

Работа печей невозможна без охлаждения металлических деталей и кладки посредством испарительного охлаждения­ с одновременной выработкой пара, который затем следует использовать для энергетических и отопит­ельных целей. Стальные тяжеловесные слитки, отлитые в сталеплавильных цехах в изложницы, поступают в отделение для снятия изложниц, а затем перед прокаткой в обжимных станах (блюмингах и слябингах) нагреваются в печах, называемых нагревательными колодцами. После обжатия в блюминге стальные слитки (блюмсы) идут на дальнейшую обработку в заготовочные и сортовые прокатные станы, где путем прокатки получают фасонный прокат ­ рельсы, двутавровые и швеллерные балки и т. п. Перед каждым станом стальные заготовки подвергаются нагреву в нагревательных печах, Стальные листы, стальное литье, трубы и другие стальные изделия подвергаются обработке в термических печах для отжига, нормализации и других операций.

Сталеплавильные мартеновские печи лучше всего работают при отоплении их высококалорийным топливом ­ мазутом, природным или коксовым газом, однако часто применяется и смешанный газ (коксовый газ в смеси с доменным). Нагревательные печи обычно работают на смешанном газе. В связи с этим металлургические заводы имеют сложное 2азовое хозяйство, органически связанное с печами.

В цветной металлургии в плавильных отражательных печах выплавляется из медных концентратов полупродукт меди ­ штейн. фазы уходят из печи с температурой 280­-360 ⁰C и сильно загрязнены технологическим уносом ­ до 200 210 м3. Эти газы следует использовать для выработки пара в котлах-утилизаторах и подогрева воздуха.

В шахтных (ватержакетных) печах выплавляются медные и никелевые полупродукты. Эти печи нуждаются в подаче горячего воздуха, и их правильная работа невозможна без испарительного охлаждения рубашки шахты с выработкой пара.

Велико значение промышленных печей на заводах тяжелого, транспортного и энергетического машиностроения. В чугунолитейных вагранках, работающих на коксе или литейном антраците, расплавляется чугун, причем химический состав чугуна может быть изменен. Вагранки являются основным видом чугуноплавильных печей, в них переплавляется окало 80% всего литейного чугуна. Нагревательные печи употребляются для нагрева стальных слитков перед прессованием.

В термических печах осуществляется всякого рода термическая обработка стальных изделий (отжиг, нормализация, закалка и отпуск, цементация и т. п.). Кроме перечисленных, на машиностроительных заводах можно встретить и другие типы печей.

На заводах промышленности строительных материалов печи также играют важнейшую роль в производстве. Во вращающихся печах производят обжиг цементного клинкера, из которого получается портландцемент. В стекловаренных печах из шихты получают стекломассу, которая идет на выработку листового или другого стекла.

В шахтных печах обжигают известняк на известь; в туннельных и других печах ­ строительный кирпич, керамические блоки, черепицу, канализационные трубы и другие строительные материалы.

На нефтеперерабатывающих заводах и заводах органического синтеза главными технологическими агрегатами являются трубчатые печи для крекинга, пиролиза и других процессов. Сущность крекинга состоит в разложении высокомолекулярных углеводородов на более простые; этот процесс является основой переработки нефтяного сырья в жидкие моторные топлива с получением одновременно нефтяного крекинг-газа. На химических заводах печи играют серьезную роль. Например, при выработке из серного колчедана серной кислоты, имеющей большое значение в народном хозяйстве страны и являющейся одним из основных продуктов химической промышленности, применяются печи с обжигом cepнoro колчедана в плотном или в «кипящем» слое, а в циклонных печах ­ во взвешенном состоянии. В печах с «кипящим» слоем катализа­ торов осуществляются: процессы окисления (конверсия метана, получе­ние водорода и окиси углерода, окисление аммиака и другие) и процессы гидрирования и дегидрирования (синтез аммиака и др.). Очень большое значение имеют печи в промышленности огнеупорных и абразивных материалов, а также в пищевой, промышленности.

Выполняя определенные технологические функции, печи представляют собой сложные теплоэнергетические агрегаты, потребляющие большое количество топлива (главным образом, высокосортного). Потребление топлива печами занимает одно из первых мест в общем топливном балансе страны, и правильное использование топлива в печах представляет важнейшую народнохозяйственную задачу. В Советском Союзе очень многие заводы оборудованы современными печами, хорошо выполняющими свое назначение и имеющими высокие показатели по использованию топлива. Наряду с этим имеется очень много печей, имеющих низкие коэффициенты полезного действия (к. п. д.). До последнего времени, например, мартеновские печи имели, а многие из них и сейчас имеют КПД порядка 20­-25%. Вместе с тем благодаря интенсификации хода плавки, лучшей организации производства и использованию потерь тепла некоторые заводы повысили КПД мартеновских печей до 40­50%, т. е. увеличили использование топлива более чем в 2 раза. При современном уровне знаний есть возможность строить печи с высоким КПД Осуществляя регенерацию тепла отходящих газов с подогревом воздуха до высоких температур, используя вторичные энергетические ресурсы, а также применяя энерготехнологическое комбинирование, можно улучшить использование топлива ­ уменьшить удельные расходы топлива.

Промышленные печи работают чаще всего на природном газе, искусственном газообразном топливе и на мазуте, так как при этих топливах обеспечивается их рабата с наилучшими показателями (высокая производительность, высокое качество и невысокая себестоимость продукции, хорошие условия труда) при легком осуществлении автоматического регулирования тепловых процессов. Доменные печи, чугунолитейные вагранки, ватержакетные медеплавильные и другие шахтные печи работают на каменноугольном коксе. Обжиг строительных материалов производится в печах и на твердом топливе ­ каменном угле, антраците, низкосортных бурых углях, дровах и торфе. Обжиг цементного клинкера (из которого получается путем размола цемент) производится иногда на пылевидном топливе. Наша страна располагает огромными природными запасами угля, торфа, горючих сланцев, нефти и газа. Роль каждого из этих видов топлива в общем топливном балансе различна. Направление в развитии топливного хозяйства распределяется не только требованиями, предъявляемыми к качеству топлива, но и затратами труда на его добычу, переработку и транспортирование, а также стоимостью топлива.