СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯ ДВУХКАМЕРНОЙ ПЕЧИ И ПЕЧЬ ДЛЯ НАГРЕВА ЗАГОТОВОК Российский патент 1994 года по МПК C21D9/00 

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может найти применение в термических, кузнечных цехах машиностроительных и металлургических заводов.

Известна печь для нагрева и термообработки изделий с чистой неокисленной поверхностью, состоящая из двух камер и рекуператора для нагрева воздуха, в которой предварительный нагрев печи осуществляется при сжигании газа с α = 1-1,1. После разогрева печи нижняя рабочая камера переводится на горячий воздух с α = 0,5, а в верхнюю камеру подается воздух для дожигания продуктов неполного сгорания из нижней камеры. Образовавшиеся в верхней камере продукты завершенного сгорания поступают в рекуператор, где отдают теплоту проходящему через него воздуху, и отводятся в атмосферу. Передача теплоты заготовкам или изделиям в рабочей камере происходит от факела, продуктов неполного сгорания газа и излучения свода, отделяющего нижнюю камеру от верхней.

Недостатком этих способа отопления печи и конструкции печи является низкий КПД, т.к. тепло, полученное при сжигании природного газа с образованием продуктов неполного сгорания, имеет пониженную температуру из-за невысокой калориметрической температуры образующихся газов. Кроме того, промежуточный свод, конструктивно расположенный посредине двух зон горения (рабочей камеры и камеры дожигания газа), находится в тяжелых условиях работы и недолговечен.

Известна также печь рекуперативная, камерная, безокислительного нагрева, которая включает в себя рабочую камеру и камеру для дожигания продуктов неполного сгорания газа. Камеры разделены промежуточным сводом, выполненным из карбонатных плит. Для нагрева воздуха печь оборудована радиационным цилиндрическим рекуператором, изготовленным из жаропрочной стали. Нагрев рабочей камеры осуществляется четырьмя горелками, которые установлены на боковых стенках печи (по две с каждой стороны). Горячий воздух к горелкам подводится по наружным воздухопроводам, изолированным трепеловым кирпичом и асбестовой обмазкой. Продукты неполного сгорания, полученные при α = 0,5, отводятся в камеру дожигания за счет тяги и эжектирующего действия струй вторичного холодного воздуха. Полностью сгоревшие газы проходят рекуператор и далее отводятся в атмосферу. Дымовые каналы для отвода продуктов неполного сгорания из рабочей камеры в камеру дожигания и в сопла для подачи вторичного воздуха размещены в передней стенке печи. Воздух, поступающий в рекуператоры и для дожигания. Подается от одного рекуператора среднего давления.

Недостатком рассмотренной конструкции печи и способа отопления ее являются тяжелые условия работы промежуточного свода, его недолговечность и высокая стоимость карборундовых плит, из которых он выполнен. Кроме того, печь имеет низкую производительность и КПД из-за того, что тепло, полученное при дожигании, используется только для подогрева промежуточного свода и воздуха в рекуператоре, а не для нагрева заготовок.

Известна также печь с двухступенчатым сжиганием газа в рабочей камере, оборудованная газовыми горелками, выдающими в туннели гомогенную газовоздушную смесь с α = 0,5-0,55, и с сопловым плоским эжектором, работающим на вторичном воздухе. Продукты неполного сгорания вылетают из туннелей горелок со скоростью около 30 м/с в рабочую камеру, омывают расположенные на полу заготовки и уходят в эжектор, где происходит их дожигание. Образовавшиеся продукты завершенного сгорания проходят под наклонным сводом, раскаляют его и отводятся в дымовой канал. Нагрев заготовок происходит за счет омывания их продуктами незавершенного сгорания и излучения раскаленного свода.

К недостаткам рассмотренной конструкции печи и способа отопления ее следует отнести прямой контакт факела горелки с нагреваемой заготовкой, что приводит к перегреву ее поверхности, оплавлению, тяжелые условия работы трубопровода для подачи вторичного воздуха и плоского эжектора, которые снижают их стойкость, а также низкий КПД печи, т.к. продукты горения уходят в атмосферу без рекуперации.

Известны способ отопления печи и печь для нагрева заготовок, наиболее близкие предлагаемым и принятые за прототип. Способ включает подачу топливовоздушной смеси, сжигание ее с недостатком воздуха, подачу вторичного воздуха встречно потоку продуктов неполного сгорания и их дожигание, при этом вторичный воздух подают периодически с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного сгорания, начиная подачу вторичного воздуха при минимальном давлении на поду печи (I Па) и заканчивая при достижении максимально допустимого (5-6 Па). Печь, реализующая данный способ, содержит рабочую камеру, разделенную на высокотемпературную зону с перфорированным сводом, отверстия которого объединены в дымоотводящий коллектор. На боковых стенках высокотемпературной зоны под сводом установлены горелки, работающие с α = 1,05, а в торцевой стенке-горелки, работающие с α = 0,4-0,6. В конце методической зоны выполнен канал, выход которого направлен встречно торцевым горелкам. Вход канала соединен с дымоотводящим коллектором высокотемпературной зоны. В выходной части канала установлены сопла подачи вторичного воздуха, причем площадь поперечного сечения выходного отверстия канала больше суммы площадей поперечного сечения перфорированного свода в 1,1-1,25 раза. В дымоотводящем канале размещен рекуператор.

К недостаткам рассмотренных способа и конструкции следует отнести следующее:
наличие двух систем подготовки топливовоздушной смеси: для боковых горелок, работающих при α = 1,05, и торцевых, работающих при α = 0,4-0,5, что усложняет систему газовоздухоснабжения, КИП и автоматику;
наличие перфорированного свода снижает стойкость конструкции печи, уменьшает ее межpемонтный период, а следовательно, и производительность;
омывание факелом торцевых горелок заготовок, расположенных на поду печи, может привести к их пережогу и браку;
потерю тепла из-за отсутствия вторичного воздуха для дожигания продуктов неполного сгорания в период, когда давление на поду печи изменяется от 6 до 1 Па;
низкую производительность печи из-за простоев при загрузке-выгрузке.

Таким образом, существующие способы отопления печи и их конструкции применяют рекуперацию для нагрева воздуха, что малоэффективно.

Задача изобретения состоит в использовании тепла от дожигания продуктов неполного горения непосредственно для нагрева заготовок.

Эффективность такой рекуперации очевидна. Во-первых, ликвидируется промежуточное звено ее использования (нагрев воздуха, использование которого, как показано выше, малоэффективно), во-вторых, увеличится производительность печи благодаря получению нагреваемыми заготовками большего количества тепла.

Сущность изобретения состоит в том, что по способу, включающему подачу и сжигание топливовоздушной смеси с α = 1 и периодическую подачу вторичного воздуха с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного горения, топливовоздушную смесь сжигают в камерах попеременно, а вторичный воздух подают в неработающую камеру. В печи для осуществления такого способа отопления, состоящей из двух рабочих камер, разделенных стенкой и оборудованных сводовыми горелками, согласно изобретению камеры соединены между собой дымовым каналом, размещенным на уровне пода в передней части стенки.

Предлагаемая попеременная подача топливовоздушной смеси в камеры и такая же подача вторичного воздуха в неработающую камеру для дожигания обеспечивают постоянный цикл нагрева заготовок, чем достигаются увеличение производительности печи (за счет получения большего количества тепла, постоянства нагрева, снижения напряженности труда ввиду постоянного наличия нагретых заготовок и т.д.), снижение удельного расхода газа ввиду его более полного расходования по прямому назначению (нагрев заготовок) и ввиду увеличения производительности, одновременно сохраняются достигнутые аналогами безокислительная атмосфера за счет обеспечения необходимых для этого параметров газ-воздух-горение и экологическая чистота отходящих газов (в которых отсутствуют вредные примеси).

Конструкция печи из двух камер, разделенных стенкой и оборудованных сводовыми горелками, путем выполнения дымового канала в передней нижней части упомянутой стенки, соединяющего камеры, обеспечивает осуществление описанного способа. Предлагаемая камера по крайней мере в 2 раза увеличивает производительность, т.к. обе работают на нагрев заготовок, при этом повышается коэффициент полезного использования объема производительного помещения. Размещением соединительного канала обеспечивают поток газов, обуславливающий равномерный нагрев, качество нагрева заготовок, возможность избежать контакта пламени горелок с металлом и активное перемешивание газов, чем достигаются полнота сгорания и, как следствие, безокислительная атмосфера печи, а также отсутствие вредных составляющих в отходящих газах. К тому же упрощаются конструкции печи и система газовоздухоснабжения, что удешевляет изготовление объекта и его обслуживание.

Таким образом, анализ аналогов, прототипа и предложенных решений свидетельствует, что в отличие от применения рекуперации тепла при дожигании для нагрева воздуха использование ее для нагрева заготовок повышает функциональность печи.

На фиг. 1 показана печь, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - фронт печи и поперечный разрез по одной из камер.

Печь содержит камеры 1 и 2 в одном блоке, которые разделены стенкой 3 и в своде которых установлены газовые горелки 4 для высокотемпературных режимов нагрева заготовок 5. В передней части разделительной стенки 3, внизу, на уровне пода выполнен дымовой канал 6, соединяющий нагревательные камеры 1 и 2 между собой. В тыльных торцевых стенках 7 и 8 предусмотрены дымовые каналы 9 и 10, соединяющие камеры 1 и 2 с боровной системой дымоудаления печи. Для поддержания необходимого давления в камерах в выходных частях каналов 9 и 10 установлены регулирующие шиберы 11 и 12. В системе снабжения горелок 4 топливовоздушной смесью предусмотрены управляющие задвижки 13 и 14. Для дожигания продуктов неполного горения предусмотрена система трубопроводов подачи к горелкам вторичного воздуха, которая снабжена управляющими задвижками 15 и 16.

Способ осуществляют следующим образом. В камерах 1 и 2 разжигают горелки 4 на газе и подают топливовоздушную смесь (с коэффициентом расхода воздуха α = 0,5-0,6, что предохраняет нагреваемые заготовки 5 от окисления и обезуглероживания), разогревая обе камеры печи до температуры 750^оС. После разогрева обеих камер печи ее отопление ведут предлагаемым способом, т. е. попеременным сжиганием топливовоздушной смеси и ее дожиганием вторичным воздухом. В одной из камер, например в камере 1, горелки 4 продолжают работать, питаемые упомянутой смесью, закрывая управляющие задвижки 14 системы снабжения топливовоздушной смесью. Шибер 11 камеры 1 закрывают, чем направляют продукты распада смеси из камеры 1 через дымовой канал 6 в камеру 2 для рекуперации. При закрывании задвижки 14 открывается задвижка 16 системы дожигания продуктов неполного горения для подачи в камеру 2 вторичного воздуха с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного горения. Поданный с указанным расходом в камеру 2 вторичный воздух дожигает продукты неполного горения, чем обеспечивается атмосфера, предохраняющая металл от окисления и обезуглероживания, а газы через дымовой канал 9 с открытым шибером 12 уходят в боровную систему цеха. Заготовки 5 из камеры 2 выгружают на обработку под прессом (молотом).

Следует отметить следующие моменты описанного процесса. При закрывании шибера 11, подаче и сжигании топливовоздушной смеси обеспечивается подпор давления и благодаря размещению канала 6 внизу и в передней части стенки 3 достигается омывание газами заготовки 5, активное перемешивание атмосферы в камере 1. Выходя из канала 6 в камеру 2 снизу, продукты неполного горения дожигаются (вверху) вторичным воздухом из горелок 4, чем достигается получение дополнительной теплоты, обеспечивается высокая температура в камере 2 для поддержания ее (или подогрева) в заготовках 5. Достигается также описанным током газов в камере 2 активное перемешивание атмосферы, которое в сочетании с указанным заданным расходом вторичного воздуха ликвидирует вредные компоненты в выбросах. После выгрузки нагретых заготовок 5 и загрузки холодных в камеру 2 и окончания нагрева заготовок 5 в камере 1 (по технологии) печь переключается описанным образом на интенсивный нагрев в камере 2 и дожигание в камере 1, т.е. включают подачу смеси задвижкой 13, шибер 11 камеры 1 открывают, шибер 12 закрывают, открывают подачу топливовоздушной смеси задвижкой 14 в горелки 4 камеры 2. Из камеры 1 заготовки извлекают на ковку, затем загружают холодные заготовки и цикл повторяется (описанным образом), т.е. камеру 1 переключают на интенсивный нагрев, а камеру 2 - на дожигание.

Таким образом, использование описанных способа отопления печи и конструкции печи позволяет за счет попеременной работы двух камер выполнять нагрев заготовок в одной из них и поддерживать требуемую температуру в другой за счет дожигания продуктов неполного горения в неработающей. Осуществляется описанный способ благодаря наличию дымового канала в передней части стенки и размещению его внизу, что обуславливает ток газов в камерах, перемешивание внутрипечной атмосферы. Эти факторы повысят производительность печи с одновременным сокращением расхода газа.

Сущность изобретения: способ отопления двухкамерной печи включает подачу топливовоздушной смеси, сжигание ее с коэффициентом расхода воздуха меньшим единицы, последующую подачу вторичного воздуха с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного горения, но при этом сжигание топливовоздушной смеси в камерах ведется попеременно и упомянутый вторичный воздух для дожигания подают в неработающую камеру. Печь для нагрева заготовок содержит две рабочие камеры в одном блоке. Они разделены стенкой, оборудованы сводовыми горелками и дымовыми каналами. В разделяющей камеры стенке выполнен дымовой канал, размещенный на уровне пода у переднего торца. Технический результат: обеспечивается постоянный цикл нагрева заготовок, сокращается расход газа, упрощаются и удешевляются конструкции и обслуживание печи. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ отопления двухкамерной печи, включающий подачу топливовоздушной смеси, сжигание ее с коэффициентом расхода воздуха, меньшим единицы, подачу вторичного воздуха для дожигания продуктов неполного горения, отличающийся тем, что подачу топливовоздушной смеси в камеры и ее сжигание осуществляют попеременно, при этом в процессе сжигания топливовоздушной смеси в одной камере вторичный воздух подают в другую, неработающую камеру. 2. Печь для нагрева заготовок, содержащая две рабочие камеры, разделенные стеной и оборудованные сводовыми горелками и дымовыми каналами, отличающаяся тем, что в передней части стены на уровне пода выполнен дымовой канал, сообщающий между собой рабочие камеры.