ПРОМЫШЛЕННОЕ ГАЗОИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Природный газ является самым экономичным и экологичным видом органического топлива. Он необходим населению, коммунально-бытовым объектам и, конечно, промышленности. Выработка электроэнергии, производства стали, цемента и бумаги, сушка зерна и выпечка хлеба – это небольшая часть процессов, в которых применяется газовое топливо. Отсюда большое разнообразие видов промышленного газоиспользующего оборудования.

Рис.1 Паровой котел

Кроме чисто производственных изготовителей, которые выдают продукцию, для обычного жителя городской квартиры важно централизованное теплоснабжение. Это отопление и горячее водоснабжение, без которых невозможно представить современное комфортное жилище. Нагрев воды для этих целей производится в промышленных водогрейных котлах. Кроме них, есть котлы паровые (рис.1). Для отопления используются редко, но вырабатываемый ими пар необходим для различных технологических процессов, например, чтобы сварить пиво, колбасу или провести стерилизацию консервов. Или для производства электроэнергии в паровых турбинах ТЭС и ТЭЦ.

К промышленному газоиспользующему оборудованию относятся:

• печи;

• воздухонагреватели;

• инфракрасные излучатели;

• когенераторы;

• технологические линии;

• парогазовые и газотурбинные установки;

• котлы.

Промышленные печи

Нагрев и плавление, сушка и выпекание, обжиг и закалка, а также многие другие операции, связанные с производством промышленной продукции, выполняются в печах. Печь – первое устройство, позволившее человеку целенаправленно использовать огонь для производства продукции. Например, выпечки хлеба.  Конечно, до печи были костры и очаги. Но их сложно назвать техническими устройствами.

Рис. 2 Дрова возле дома

В России печное отопление и сейчас используется в сельской местности, в основном там, где нет природного газа. Кстати, в Западной Европе в многих поселениях нет центрального отопления. Каждый  хозяин решает проблемы  теплоснабжения самостоятельно. Дерево во всех видах  - ветки, ствол, кору, щепу - используют для отопления (рис.2). Можно, конечно, и углем. Но европейцы помешаны на экологии, ископаемое топливо не приветствуется.

В России с развитием газификации печное отопление  отступает на второй план. В суровом климате лучше обогреваться с использованием воды в качестве теплоносителя. Экономичнее, потому что коэффициент полезного действия водонагревателей выше. И удобнее. Не надо приносить дрова, разжигать огонь, подкидывать поленья. Чистить дымоход от сажи.

А вот в промышленности без печей никуда. По технологическому назначению промышленные печи подразделяют на:

· плавильные (для плавки металлов, стекла);

· обжигательные (для обжига кирпича, извести, фарфора и др.);

· нагревательные (кузнечные);

· термические (для отжига, нормализации, закалки и отпуска  металла);

· сушильные (для сушки песка, зерна, лакокрасочных покрытий и др.).

Плавильные печи

У высокотемпературных печей температура в рабочей камере свыше 1000 ⁰С, что достаточно для плавки различных материалов: алюминия, меди, чугуна,  стекломассы. Топливо сжигается в рабочем пространстве печи, теплопередача осуществляется в основном излучением.

Рис.3 Плавильная печь для металла

Тигельные газовые печи предназначены для плавки цветных металлов и сплавов на их основе с температурой плавления до 1200 °С (рис.3). В них применяются газовые или жидкотопливные горелки и графитированные или чугунные тигли. Футеровка печи многослойная, комбинированная. Рабочая камера в стандартном исполнении выполняется шамотным кирпичом.

Печь работает в двух режимах: наплавление и выдержка. В первом случае мощности горелки достаточно для быстрой плавки металла. В режиме «выдержка» мощности достаточно для поддержания температуры расплава.

Рис.4 Процесс отлива стекла из горшковой печи

В стекловаренных печах при сжигании природного газа, жидкого топлива или при нагреве электричеством плавится шихта и получается стекломасса. По устройству рабочей камеры стекловаренные печи разделяются на горшковые и ванные. Первые - периодического действия, в них варят высококачественные оптические, светотехнические и художественные стекла (рис.4). Для массового производства стекла служат ванные печи. Из них получают стекло оконное, для производства посуды и бутылок. Ванные печи бывают непрерывного и периодического действия. Бассейн печи представляет собой ванну, состоящую из стен и дна, наполненную расплавленной стекломассой. Пламенное пространство расположено над бассейном, оно ограничивается подвесными стенами и сводом. В стенах имеются отверстия для подачи топлива и воздуха и отвода газов, окна для установки приборов. При варке стекла в печах непрерывного действия все процессы превращения шихты в стекломассу протекают на поверхности расплава стекла, заполняющего бассейн. Ванные печи могут производить до 450 тонн стекла за сутки.

Рис.5 Вагранка

Вагранка представляет собой печь шахтного типа для плавки чугуна (рис.5). Производятся модели, работающие на твёрдом топливе – коксе, а также гибридные коксогазовые. Использование природного газа при плавлении позволяет почти на 25 – 35 % уменьшить расход дорогостоящего угля. Средняя производительность печей-вагранок составляет  от 5 до 20 тонн чугуна в час.

Шахтные печи для обжига

Для гашения извести применяют газовые  шахтные противоточные печи, работающие на природном газе. Их производительность - от 50 до 360 т извести в сутки.

Рис.6 Шахтная противоточная печь

Печи имеют круглое сечение обжиговой шахты (рис.6) и оборудуются боковыми фурмами, установленными в два яруса, что обеспечивает гибкость при регулировке температурного режима. Фурмы  через фланцы прикреплены к корпусу печи. В них вместе с топливом под давлением подается часть необходимого для горения воздуха. Кстати, слово фурма пришло из металлургии. Обозначает приспособление для вдувания газа в металлургическую печь или ковш.

Туннельные печи для обжига

Механизированные газовые туннельные печи применяются для обжига разнообразных изделий: кирпича, керамической плитки, изделий из фарфора, огнеупорных изделий. Туннельные печи являются установками непрерывного действия. Обжигаемые изделия  размещаются  на вагонетках  либо на конвейерах и  двигаются навстречу теплоносителю по сквозному туннелю. Габаритные размеры туннельных печей определяются характером выпускаемой продукции, особенностями технологии обжига и производительностью печи. Длина канала обжига от 48 до 408 метров, ширина – до 4,7 метра, высота - до 2,5 метра.

Нагрев обжигаемых изделий производится открытым пламенем либо с использованием экранов-муфелей. Продукты сгорания засоряют поверхность обжигаемых изделий мелкими частицами. От этого недостатка свободны муфельные печи.

Рис.7 Туннельная печь для обжига кирпича

Обжигаемые материалы перемещаются по туннелю, последовательно попадая в зону подогрева, в зону обжига и затем в зону охлаждения (рис.7). В туннельных печах регулируется подача топлива и воздуха для поддержания требуемого режима горения и охлаждения обожженных изделий. Для обеспечения рециркуляции продуктов горения и воздуха предназначены специально сооружаемые рециркуляционные каналы, которые располагаются над сводом вдоль печи. Эти каналы, а так же дымососы и вентиляторы обеспечивают подачу нагретого воздуха и дымовых газов в различные зоны печи.

Вращающиеся  печи

В мире за год производится более 1 000 000 000 тонн цемента. Миллиард тонн. В печах для обжига цемента происходят физические и химические реакции, при которых карбонат кальция  вступает в реакцию с минералами, содержащими кремнезем, образуя смесь силикатов кальция. На сегодняшний день 95% цемента в мире производится во вращающихся печах. Кстати, для производства цемента можно использовать и шахтные печи, подобные тем, что применяются для гашения извести. В Китае в 1970-х годах было построено несколько тысяч таких печей.

Рис.8 Вращающаяся печь

Вращающаяся печь (рис.8) состоит из стальной трубы, облицованной огнеупорным кирпичом. Труба немного наклонена (1-4 °) и медленно вращается вокруг своей оси: от 30 до 250 оборотов в час. Сырье подается в верхний конец печи,  при вращении перемешивается  и медленно перемещается вниз, к другому концу печи, где горит топливо. Большое концентрическое пламя в нижней части трубы печи разогревает сырье, оно преобразуется в клинкер и выгружается.

Кстати, вращающиеся печи используют в производстве множества материалов: огнеупоров, глинозема, железнорудных окатышей, диоксида титана, при обжиге сульфидных руд перед извлечением металла.

Нагревательные печи

В нагревательных печах  для металла заготовки нагревают до температуры ниже температуры их плавления перед обработкой давлением - прокаткой, ковкой.  Теплопередача происходит как  излучением, так и конвекцией. Газ сжигается в отдельных камерах, обычно отделенных от рабочего пространства печи.

Рис.9 Кузнечная камерная печь

Операции ковки, штамповки выполняются с предварительным нагревом заготовок в кузнечных печах (рис.9). Перед подачей на молот металл равномерно нагревается и выдерживается при заданной температуре в течение установленного времени.

Кроме высокотемпературных печей к промышленным относятся средне- и низкотемпературные, о которых расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь