Теплотехнические процессы, протекающие в печах

Тепловая энергия, подводимая в печи к обрабатываемому материалу, получается за счет сжигания соответствующего топлива или за счет преобразования электрической энергии в тепловую. При этом часть тепловой энергии расходуется непосредственно на проведение технологического процесса (на нагрев обрабатываемого материала, на его физико-химическое преобразование), а часть затрачивается на компенсацию тепловых потерь (тепло отходящих газов и продуктов, тепло, теряемое через футеровку).

Наибольшее распространение для промышленных печей получило углеводородное топливо (уголь, жидкие углеводороды, углеводородные газы). Твердое топливо в химических отраслях промышленности используется относительно редко. Жидкое и газообразное топливо подразделяются на природное (нефть, природный газ) и искусственное, являющееся продуктом переработки нефти, сланцев и других материалов природного происхождения (мазут, бензин, керосин, сжиженные газы, вторичные газы нефтепереработки и т.д.).

Жидкое топливо

Наибольшее распространение в качестве жидкого топлива получил мазут, являющийся одним из продуктов (в некоторых случаях остатков) нефтепереработки. В соответствии с ГОСТ 10585-63 мазут выпускается шести марок: флотский – Ф5, Ф12, топочный – 40, 100, 200 и для мартеновских печей – МП. Основные усредненные теплотехнические характеристики топочных мазутов приведены в табл. 1и2.

В теплотехнических расчетах теплоемкость мазута можно принимать равной 2 кДж/(кг×^оС), коэффициент теплопроводности – 0,13 Вт/(м×^оС), скрытую теплоту испарения – 170 ¸ 250 кДж/кг [1].

Табл.1

Характеристики мазута по ГОСТ 10585-63

Табл. 2

Состав и расчетные теплотехнические характеристики топочных мазутов [1]

Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, необходимого для обеспечения полного сгорания мазута, рекомендуется принимать в пределах 1,1 ¸1,2. При особо тонком распылении топлива и благоприятных гидродинамических условиях в камере горения коэффициент избытка воздуха может быть принят равным 1,05 ¸1,1.

Мазут может гореть только в определенных условиях, причем горение мазута происходит только в паровой фазе. Поэтому перед сжиганием мазут должен быть испарен. Для обеспечения горения топливо распыляется в топочной камере с помощью форсунок. Чем выше дисперсность распыла (чем меньше диаметр капелек мазута после распыла), тем больше суммарная поверхность образовавшегося ансамбля капелек и тем эффективнее протекает последующий процесс прогрева и испарения капель. Для нормальной работы форсунок топливо должно поступать в эти устройства при постоянном давлении и при температуре, отвечающей оптимальной вязкости. Обычно давление жидкого топлива на входе в форсунку колеблется в пределах 0,2 ¸ 0,5 МПа.

В форсунках смешение топлива с воздухом достигается испарением, распылением и комбинированием первых двух способов. Чаще используется комбинированный способ, при котором распыление и испарение топлива осуществляется подачей в форсунку в качестве распыливающего агента нагретого воздуха или перегретого пара. При распылении топливо рассеивается в виде тумана (ансамбль капель с очень малым диаметром и соответственно с большой суммарной поверхностью). Затраты энергии на распыление жидкости зависят от её вязкости и парциального давления паров жидкости (мазута). Поэтому мазут перед форсункой должен быть нагрет до максимальной температуры, допускаемой условиями эксплуатации и правилами безопасности. Обычно эта температура соответствует точке начала кипения мазута.