Назначение и область применения печей

В современном производстве, в особенности в химических отраслях промышленности, широкое распространение получили печи самых разнообразных типов и конструкций. Стоимость печей достигает 25% от сметной стоимости технологических установок, а эффективность работы печей во многом определяет суммарную эффективность установок. Зачастую печи выступают как важнейшие элементы технологических установок (например, печи установок пиролиза). Кроме того, печные агрегаты относятся к объектам повышенной опасности, к которым предъявляются особо жесткие требования в плане обеспечения промышленной безопасности (особые условия пуска, эксплуатации и остановки, специальные нормы пассивной безопасности и т.д.).

Расчет и проектирование печных агрегатов предполагает использование самых разнообразных отраслей знаний: термодинамика, теплотехника, теплопередача, теория химических превращений, кинетика тепловых и реакционных процессов, сложно-напряженное состояние элементов конструкции при высоких температурах, специальные конструкционные материалы и многое другое.

В печах практически всех типов могут происходить как теплотехнические, так и термохимические (реакционные) процессы. Чисто теплотехнические процессы наиболее характерны для энергетических установок. В химических производствах смыслом и основным назначением печей является, как правило, тепловое воздействие на обрабатываемые материалы с целью проведения определенных реакций. При этом процессы выделения тепла при сжигании определенного топлива и передачи его к обрабатываемым материалам (или отвода от них) для термохимических процессов должны рассматриваться совместно с термическими эффектами химических реакций как единое целое.

Требования технологического процесса определяют режим работы печи, а, следовательно, температуру и состав продуктов сгорания, отводимых из печи. Теплопотребление при проведении эндотермических реакций, или тепловыделение при проведении экзотермических реакций определяется тепловыми эффектами протекающих реакций. Условия теплообмена определяют и степень превращения реагирующих веществ.

Подвод тепла к материалам, находящимся в греющей камере, достигается тремя видами теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Основное влияние на процесс оказывают два последних вида теплопередачи (конвекция и излучение). Эти составляющие теплопередачи практически всегда сосуществуют, однако в определенных типах печей, или в определенных участках (камерах) отдельной печи один из видов теплопередачи может существенно превалировать над другим. Одновременно существенное влияние на процесс, протекающий в технологической печи, помимо совместности протекания различных видов теплообмена оказывают гидродинамические условия движения дымовых газов относительно обрабатываемых материалов, механизм тепловой работы футеровки и многие другие факторы. Термохимические процессы, как правило, сопровождаются изменением структуры и физико-химических свойств обрабатываемых веществ. Зачастую в процессе реакции меняется агрегатное состояние и кристаллическая структура исходного сырья. Все эти процессы по современным представлениям протекают одновременно и взаимно связаны, что должно учитываться при проектировании печей. Конструкция печи должна обеспечивать и оптимальные условия проведения технологического процесса.