Регион:

Типы горелок и способы нагрева ванны цинкования


Наиболее приемлемым топливом для нагрева  ванн цинкования является в настоящее время природный газ, поскольку он наиболее доступен. Ранее, когда доставка природного газа не была широко распространена, использовались другие виды горючих газов и различные сорта нефти или продуктов ее переработки. Электричество также может быть использовано для нагрева оцинковочных ванн, особенно в тех странах, где электричество является достаточно дешевым. Электричество является почти идеальным нагревательным средством для оцинковочных ванн из-за возможности создания почти равномерного нагрева всей ванны, что значительно продлевает их срок службы.

В случае использования газового нагрева применяются четыре типа горелок, а именно:

  • плоскопламенные горелки;
  • горелки с принудительной циркуляцией;
  • высокоскоростные горелки;
  • многогорелочные устройства.

Плоскопламенные горелки

Плоскопламенные горелки сейчас являются  наиболее широко используемыми из-за простоты конструкции. Они располагаются вдоль длинных стенок ванн, при этом пламя направляется не непосредственно на стенку, а на специальный металлический экран, который этим пламенем и нагревается. В соответствии с законом Кирхгофа, который гласит, что энергия излучения нагретого тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры, этот экран излучает тепло уже на поверхность ванны. Обычно такие горелки производят пламя диаметром до 1,2-1,5 м. На рис. 8.13 изображена схема потоков в ванне с использованием плоскопламенных горелок. Очень простое расположение горелок обладает рядом положительных моментов. Количество горелок, используемых в схеме нагрева, определяется исходя из условий безопасного теплопереноса через стенку ванны. Поэтому предпочтительно использование большего числа мелких горелок вместо нескольких больших горелок, поскольку, чем меньше горелок (и, соответственно, чем больше их мощность), тем больше вероятность локального перегрева и увеличения скорости коррозии ванны.

Для относительно мелких ванн горелки располагают в один ряд, для глубоких ванн – в два ряда.

Схематическое изображение нагрева с использованием плоскопламенных горелок

Рис. 8.13. Схематическое изображение нагрева с использованием плоскопламенных горелок.

Многоорелочные устройства

Почти идеальный случай воплощения этого принципа в жизнь (чем меньше мощность горелки и чем больше их число, тем равномернее нагрев поверхности ванны) соблюдается при использовании многогорелочных устройств (рис. 8.14).

Согласно этой схемы, вдоль каждой длинной стенки обогреваемой ванны размещается по несколько тысяч микрогорелок (на расстоянии в 30 см между рядами и 8 см в каждом ряду). Микрогорелки имеют простейшую структуру, не забиваются золой, которая обычно, даже при максимальной очистке газообразного топлива, все же оказывается в природном газе; их ревизия (и частичная замена) возможны при плановой замене ванны. Эта схема обогрева ванн имеет ограниченное использование (запатентована фирмой Бизол), но ареал ее применения (начинавшийся в Италии и в нескольких прилегающих странах) постепенно расширяется на другие страны, в том числе и на Россию, ввиду высокой эффективности используемого топлива.

Многогорелочная система нагрева

Рис. 8.14. Фотография блока для многогорелочной системы нагрева.

Недостатком использования плоскопламенных горелок является ограниченность пути горячего воздуха вдоль стенок ванны, в результате чего горячий воздух не успевает полностью отдать свое тепло металлу. Поэтому были разработаны горелки с принудительной циркуляцией воздуха, которые в значительной степени лишены вышеупомянутых недостатков.

Горелки с принудительной циркуляцией состоят из камеры сгорания и туннеля циркуляции воздуха, который окружает ванну оцинкования. Газ сжигается в камере сгорания и циркулирует вокруг стенок ванны, причем специальный вентилятор гонит эти продукты сгорания вдоль стенок нагреваемой ванны. На выходе из ванны газы сгорания направляются в теплообменник, нагревая воздух, подаваемый в камеру сгорания.

Высокоскоростные горелки

Высокоскоростные горелки. Высокоскоростные горелки являются новейшим типом горелок, которые применяются для больших ванн оцинкования, хотя эта схема нагрева используется более 25 лет. Эта система обычно состоит из двух или большего числа горелок (иногда четырех, шести или даже восьми), расположенных диагонально на противоположных углах ванны, как показано на рис. 8.15. Система спроектирована так, что направляет газы сгорания с чрезвычайно высокой скоростью (до 150 м/мин) вдоль стенок ванны. Поэтому для нагрева ванны требуется меньшее число горелок (по сравнению с плоскопламенными).

Схема расположения горелок и движения газовых потоков при использовании высокоскоростных горелок

Рис. 8.15. Схема расположения горелок и движения газовых потоков при использовании высокоскоростных горелок.

Томасом Куком на примере ванны длиной 45 футов (15 м) произведен расчет её удельной производительности при использовании как горелок с плоским пламенем, так и высокоскоростных горелок. Им было показано (на основании анализа работы 35 ванн в Северной Америке), что усредненная эффективность плоскопламенных горелок при расчетной производительности ванны цинкования равна 50% (то есть половина произведенного при горении тепла уносится с отходящими газами). В то же время эффективность высокоскоростных горелок (оцененная автором на основании нескольких недавно вступивших в строй ванн) оценивается в 67%.

Причина различий в эффективности очевидна. Контакт горячих газов, получаемых из плоскопламенной горелки, с поверхностью стенки ванн слишком короток. Кроме того, горячие газы из горелок, расположенных вблизи выхода последних из ванны, обходят не всю поверхность ванны, а одну из торцовых стенок ванны он вообще не обогревают.

В отличие от них, высокоскоростные горелки имеют не только удлиненный контакт со стенками ванны, но они обогревают и торцовые стенки ванны, что и повышает общее количество перенесенного тепла. При одинаковом переносе тепла в ванну энергонапряженность переноса во втором случае меньше примерно на 15-20%, что продлевает жизнь ванны.

Соответственно, время жизни ванны при замене плоскопламенных горелок на высокоскоростные увеличивается с 5 до 6 лет.

В тех местах, куда еще не поступает газ, используются системы электрического нагрева. Вдоль стенок ванны располагаются нагревательные модули, через которые пропускается электрический ток. Нагревательные модули могут быть линейными или зигзагообразными. За счет дифференциальной группировки модулей по вертикали достигается оптимальное  распределение  температуры. Точность регулирования ±1 С. Выделение гартцинка снижается примерно на 50%, изгари на 10%. Коэффициент полезного действия такого нагрева за счет использования высокоэффективной теплоизоляции может достигать 95%.

Сравнение потребляемой мощности на холостом ходу двух ванн с газовым и электрическим обогревом видно из расчета: при газовом нагреве 51,6 кВт/час; при электрическом – 29,6 кВт/час; при проектной эксплуатации печи, соответственно, 567,8 кВт/час и 380,6 кВт/час для печи размером 7000х400х2400 3 т/час и годовой производительности 10800 тонн.

Кроме продукции общего цинкования, промышленностью востребована также оцинкованная проволока, сетка, полоса различной ширины, получение которых не требует глубоких ванн. Однако нагрев таких ванн (менее 5 футов глубины) становится проблематичным, поскольку интенсивность переноса тепла для ванн ограничена 10000 BTU/кв.фут из-за сильного увеличения риска прожога, и при таком варианте высокая производительность неглубоких ванн недостижима. Кроме того, уже говорилось выше, что в ваннах с металлическими стенками невозможно организовать цинкование во втором температурном интервале. Для этих случаев были разработаны специальные методы нагрева ванн, причем сами ванны делались керамическими.

Один из способов – так называемый «индукционный» нагрев. Снаружи ванны или внутри в специальных каналах размещаются электрические катушки, по которым подается ток высокой частоты. Приемником энергии является расположенный в ванне металл.

Индукционный обогрев ванн имеет следующие преимущества:

  • оптимальное использование энергии, подводимой для получения необходимой температуры ванны;
  • равномерный, без местных перегревов, нагрев ванны;
  • пониженное образование гартцинка;
  • низкий износ стенок ванны.

Расход энергии при этом составляет 180 квт-час на тонну продукции или чуть больше.

Наиболее рационален боковой индукционный нагрев, исключающий нежелательную циркуляцию и являющийся менее дорогостоящим по сравнению с канальным обогревом.

Погружные горелки

Другой вариант нагрева мелких ванн цинкования – использование так называемых погружных горелок (рис. 8.16). Технология с погружными горелками представляет интерес для ряда отраслей металлургии, но и в оцинковочной промышленности может с успехом использоваться. Для этой цели были разработаны газовые горелки, очень устойчивые по отношению к расплавленному цинку. Эти горелки погружаются непосредственно в жидкий металл внутри керамической ванны. Преимущества погружных горелок – хорошие термические характеристики, однородная температура расплава, меньшая скорость образования гартцинка и более долгая жизнь ванны.

Погружная горелка

Рис. 8.16. Схематическое изображение погружной горелки.

Система состоит из керамической погружной трубки, высокоскоростной рекуперативной горелки и внутренней циркуляционной трубки. Внешняя трубка сделана из керамики на основе карбида кремния, она устойчива к процессам эрозии со стороны жидкого металла и обладает высоким уровнем теплопроводности и механического сопротивления при погружении. Более того, керамика не подвергается заметным воздействиям со стороны горячих газов, устойчива как к ползучести, так и окислению.

Рекуперативная горелка включает предварительный нагрев газов, подаваемых в зону сгорания, что играет важную роль в достижении высокой тепловой эффективности. Внутренняя трубка создает условия для рециркуляции продуктов сгорания и для достижения однородного распределения тепла и достижения необходимых скоростей теплопередачи.

Погружные горелки могут быть установлены под крышкой ванны, как это показано на рис. 8.17. Тепловая эффективность погружных горелок может достигать 80%.

Схема установки погружной горелки в керамическую ванну

Рис. 8.17. Схема установки погружной горелки в керамическую ванну.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments