В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №11 (ноябрь 2007) / Печной регенератор: мировой опыт и российские реалии
← оглавление номера

Новые проекты:

Печной регенератор: мировой опыт и российские реалии

Игорь Дистергефт, к.т.н., почетный металлург РФ 

Регенеративная система отопления для нагревательных и плавильных печей позволяет экономить до 50% топлива.

Первопроходцы

Первыми разработали и запатентовали новую эффективную регенеративную систему отопления для нагревательных и плавильных печей английские фирмы British Gas Corporation и Hotwork Development Ltd.

Новизна заключалась, во-первых, в том, что каждое горелочное устройство снабжалось собственным малогабаритным регенератором, составляющим с ней одно целое, во-вторых, вместо кирпичной кладки или стальных трубок (шариков) в насадке использовались шары практически из чистого корунда строго заданного диаметра, а именно 19,5 мм. В-третьих, цикл переключения дымового и воздушного потоков не превышал 30-40 секунд. Было это 25 лет назад.

Дальнейшим совершенствованием изобретения занималась исследовательская группа фирмы Hotwork, которая в 1986 г. выпустила отчет под интригующим названием: «Почему использование регенеративных керамических горелок (RCB) позволяет получить исключительную экономию топлива до 65%?». Этой группой был разработан типовой ряд керамических горелок: RCB 10/13, RCB 20/26, RCB 30/40, RCB 41/55, RCB 60/80, RCB 100/120, RCB 140/160. В более позднем рекламном проспекте есть упоминание еще о двух более мощных горелочных устройствах, дополняющих этот типовой ряд, а именно RCB 180/200 и RCB 200/240, и указана стоимость, которая для одной керамической горелки составляет в среднем 12 тыс. фунтов стерлингов.

Малогабаритными эти горелки можно назвать с большой натяжкой, так как наружный радиус корпуса насадки при его высоте в 960-1040 мм, в зависимости от расхода природного газа (29,3-620,9 куб. м/час), составляет, соответственно, 350-995 мм.

Сейчас на многих зарубежных заводах на печах самых разных конструкций и назначений работает не одна тысяча керамических горелочных устройств этой фирмы. Например, совсем недавно Hotwork выиграла тендер на сумму 0,6 млн фунтов стерлингов на проектирование, изготовление и установку высокоэффективной термической печи для обработки листов нержавеющей стали на заводе Sheepcote Lane фирмы Avesta Sheffield Ltd. Рабочая температура в 1020°С обеспечивается четырьмя парами регенеративных керамических горелок с малыми выбросами оксидов азота и тепловой мощностью в 1800-2400 кВт.

Это техническое решение, как показало время, обладает целым набором уникальных преимуществ:

- позволяет возвращать в печь до 85-90% неиспользованной тепловой энергии уходящих из печи продуктов сгорания. При этом насадки обеспечивают уникальный подогрев воздуха горения (например, до 1050°С при температуре печи в 1250°С) и охлаждение печных газов за насадкой до 150-200°С, а также снижают расход топлива практически в 2 раза по сравнению с горелками, работающими на холодном воздухе;

- увеличивает конвективную составляющую теплообмена в рабочем пространстве печи за счет интенсивного перемешивания продуктов сгорания, что сказывается на сокращении времени нагрева. При этом резко снижаются температурные перепады по поверхности и толщине нагреваемых заготовок;

- обеспечивает сжигание топлива фактически в импульсном режиме, когда факела горелок периодически (с интервалом в 20-30 секунд) то появляются, то гаснут в определенных местах рабочего пространства печи;

- позволяет в методических печах ликвидировать неотапливаемую зону, в которой раньше утилизировалось тепло уходящих дымовых газов, что существенно сокращает длину печи (до 20%) или увеличивает ее производительность, если зону оснастить этими горелками;

- исключает перетоки продуктов сгорания между зонами и способствует автономному регулированию каждой зоны печи за счет того, что дымовые газы удаляются через горелочные отверстия;

- позволяет отказаться от сооружения отводящих боровов за печью, установки жаропрочных шиберов, так как дым в этом случае, имея низкую температуру, удаляется из регенератора по дымопроводам из простой углеродистой стали и поступает в дымовую трубу, выполненную из этого же материала;

- не требует остановки печи для замены шаров на резервный комплект при засорении насадок, а сами корундовые шары выпускаются в серийном производстве и относительно дешевы.

Германия и другие

Из-за перечисленных выше достоинств почти все известные мировые печестроительные фирмы стали применять на различных печах подобные устройства. Вот лишь несколько примеров.

Немецкая фирма усовершенствовала разработанную еще в 30-х гг. конструкцию регенератора Юнгстрема с вращающейся насадкой, снабдив ее вместо гофрированных стальных листов корундовыми шариками. Горелка, названная EcoReg, изготавливается различной тепловой мощности от 200 до 4800 кВт для максимальной температуры уходящих дымовых газов на уровне 1400°С.

Максимальная температура подогрева воздуха - 1060°С, КПД - 85%. Испытания на печах для плавки цветных металлов обеспечили экономию топлива 20-40% и концентрацию оксидов азота в процессе сжигания природного газа от 160 до 350 мг/куб. м. В горелке предусматривается автоматизированное управление, а также непрерывный контроль кислородного потенциала атмосферы печи.

На сегодня свыше 50 ведущих компаний мира, такие как BMW, Thyssen Steel, Alcan Aluminium и другие, оснастили свои плавильно-литейные мощности регенеративными горелками этой фирмы. В настоящее время этой фирмой ведется реконструкция плавильной печи ?8 в литейно-плавильном цехе ОАО «Ступинская металлургическая компания» (Подмосковье).

В США все (!) плавильно-литейные агрегаты алюминиевой промышленности оснащены регенеративными системами отопления (Р. Басби «Природный газ»). Американская компания Bloom Engineering Co. оснастила проходную печь (длина пода 14,5 м, ширина 6,2 м), предназначенную для нагрева стальных заготовок толщиной 127 мм, регенеративными горелками и добилась увеличения ее производительности с 50 т/ч до 57 т/ч при холодном посаде и с 70 т/ч до 90 т/ч при горячем. В методической печи с верхним отоплением (для нагрева заготовок 180х180 мм и длиной 6,2 м) переход на регенеративную систему отопления позволил увеличить производительность с 56 до 75 т/ч, в кольцевой печи после установки в 5 из 7 зон теплового регулирования регенеративных горелок - в 1,6 раза.

Известная немецкая фирма Loi Thermprocess GmbH завершила строительство регенеративной нагревательной печи с шагающими балками на заводе Hoesch Hohen Limburg и получила новый заказ на модернизацию печи с вращающимся подом от австрийской фирмы Voest - Alpine Tubulares Co.KG для завода в Donawitz. Производительность печи при нагреве заготовок диаметром 230 мм и длиной 2500 мм должна увеличиться с 60-75 до 108 т/ч за счет установки регенеративной системы отопления.

Другая немецкая фирма - WS Warmeprozesstechnik GmbH предлагает регенеративную горелку REGEMAT.

Для обеспечения непрерывной работы горелки используется пара регенераторов, каждый из которых состоит из трех керамических патронов с очень большой поверхностью теплообмена. Они расположены вокруг центральной трубки подачи газа и пропускают через себя с тактом в 10 секунд то воздух для горения, то отходящие газы. При этом количество оксидов азота в продуктах сгорания минимально и не превышает 80 мг/куб. м. Данная конструкция регенеративной горелки имеет максимальную тепловую мощность - всего 200 кВт (20 куб. м/ч) и большую стоимость, что делает ее, на наш взгляд, пока не конкурентоспособной с горелками, имеющими шаровые насадки.

Швейцарская фирма Maerz-Gautschi предлагает нагревательные камерные печи с тарельчатым подом и регенеративной системой отопления.

Японские фирмы NKK и Nippon Furnace Kogyo Kaisya Ltd. совместно разработали новую конструкцию регенеративных горелок, приспособленную к нагревательным печам черной металлургии. В 1996 г. система из 76 горелок (большего количества, пожалуй, нет ни на одной другой печи) была установлена на печи с шагающими балками для нагрева слябов (250х1950х9600 мм) на заводе Fukuyama.

Печь производительностью 230 т/ч имеет ширину 10,1, длину 36 м и разделена на 10 верхних и 10 нижних зон теплового регулирования. Горелки работают на газообразном топливе, температура подогрева воздуха 1297°С (!) при температуре дыма перед регенератором в 1347°С. Большая часть (80%) уходящих дымовых газов пропускается через регенераторы и выводится в трубу с температурой 147°С, остальные выбрасываются прямо в трубу. Удельный расход топлива уменьшился на 25% выбросы оксидов азота - на 60%.

Установка регенеративных горелочных устройств на нагревательных печах листового стана на заводе Mizushima и кольцевых печах завода Chita привела к экономии топлива на 10,2 и 20%, соответственно.

На башенных печах для отжига стальной ленты на заводе Mizushima применен специально разработанный вращающийся регенеративный теплообменник с температурой подогрева воздуха до 650°С. Общая экономия энергии от применения регенеративных теплообменников составила более 700 тыс. ГДж/год.

Нагрев сталеразливочных ковшей на заводе Keinin с помощью регенеративных горелок обеспечивает подъем температуры до 1000°С за 20 минут. КПД нагрева - 80%. Расход газа на нагревательную систему ковша - 130 куб. м/ч. Экономия топлива более 50%. Повышается равномерность нагрева и стойкость огнеупоров ковша.

Фирма Chugai RO Co. разработала способ использования высокотемпературных струй азота (которые нагреваются в регенеративных теплообменниках до температуры 1500°С) для подогрева промежуточных ковшей при простоях машин непрерывного литья заготовок. Такой способ подогрева предотвращает окисление остатков стали и позволяет иметь температуру в промковше на 180°С выше, чем без подогрева.

Южноафриканская фирма Prestige Furnaces and Engineering Ltd. разработала регенеративную камерную печь с выкатным подом для обжига при температуре 1550°С плиток из 99% Al2O3. Экономия топлива 58-65% по сравнению с работой на холодном воздухе.

В технической литературе можно встретить статьи, в которых сообщается, что и румынские, и китайские специалисты также подключились к этой проблеме и разрабатывают сегодня системы автоматизированного управления регенеративными нагревательными и термическими печами.

В 2000 г. силами кафедры теплотехники и экологии металлургических печей (ТЭМП) Национальной металлургической академии Украины построена и успешно испытана опытная камерная печь с регенеративной системой отопления, состоящей из двух горелок с шаровыми насадками размером 500х500х500 мм. В этом же году разработан проект установки регенеративных горелок на блок из четырех вертикальных камерных печей для отжига проволоки, который предполагает экономию топлива до 60%.

В 2002 г. выполнен рабочий проект реконструкции закалочной печи с выкатным подом для фасонно-сталелитейного цеха комбината «Криворожсталь». Расчетная экономия топлива - 28%. В 2003-2004 гг. на этом же комбинате в цехе «Блюминг-1» произведена реконструкция системы отопления типового рекуперативного нагревательного колодца с отоплением из центра подины на малогабаритные шариковые регенераторы. В результате снизился удельный расход топлива на 30%, а также уменьшились продолжительность нагрева слитков и угар металла. Срок окупаемости затрат на реконструкцию составил 1 год. В настоящее время на Днепропетровском заводе прокатных валков, как сообщает «Всеукраинская техническая газета», реконструируется печь, на которой будет использованы керамические горелки с шаровыми насадками.

Нижнеднепровский трубопрокатный завод в своей программе по энергосбережению предусматривает средства на применение в электросталеплавильном производстве современных регенеративных горелочных устройств.

Следует отметить, что Европейский банк реконструкции и развития в марте 2007 г. открыл специальную кредитную линию UKEEP по финансированию проектов, связанных с энергобезопасностью Украины, в том числе не только для разработки альтернативных источников энергии, но и для совершенствования систем регенеративного отопления печей и котлов.

Россия

В России первые работы с шаровыми регенераторами следует отнести к 60-70-м гг.

В эти годы в НИИ металлургической теплотехники (ВНИИМТ, Екатеринбург) создается теория регенеративных теплообменных аппаратов и, в частности, математическая модель теплообмена в блочных и засыпных насадках.

К сожалению, многие разработки отечественных отраслевых институтов по различным причинам не были реализованы или не доведены до промышленной эксплуатации. Такая участь постигла, например, проект модернизации нагревательного колодца с одной верхней горелкой, который предусматривал замену рекуператора на регенератор с компактной шаровой насадкой, выполненный более 10 лет назад институтом «Стальпроект», законодателем советского печестроения.

В конце 80-х гг. ВНИИМТ совместно с «Уралгипромезом» разрабатывает проект системы отопления печи для плавки пированадата кальция для Чусовского завода. В рамках этого проекта строится опытный стенд, на котором отрабатываются конструктивные и режимные параметры будущего регенеративного горелочного устройства, но практического применения данная разработка так и не получает.

В 1990 г. этим же институтом разрабатывается, изготовляется и исследуется конструкция регенеративной системы отопления для радиационной U-образной трубы с корпусом диаметром 210 мм.

Несмотря на положительные результаты, из-за отсутствия финансирования работа прекращена.

Годом позже ВНИИМТ проектирует горелочный блок для методической печи Ревдинского метизно-металлургического завода. Изготавливается опытно-промышленный образец, на котором производятся исследования. И эту работу постигает аналогичная предыдущим участь.

В 1992 г. ВНИИМТ совместно с Институтом легких сплавов (ВИЛС) разрабатывают опытно-промышленный вариант регенеративной горелки для новой системы отопления плавильно-литейного агрегата в цехе ? 36 КУМЗ. В результате промышленных испытаний при плавке алюминиевых сплавов были достигнуты проектные показатели, но... печь вместе с новой системой отопления снесли.

Впрочем, есть и положительный опыт. Так, в 1988 г. на Косогорском металлургическом заводе были введены в эксплуатацию две насадки высотой 5,5 м, заполненные корундовыми шариками диаметром 20 мм, которые уже 19 лет исправно нагревают воздух до температуры 1350-1400°С. Данная конструкция воздухонагревателя позволяет: уменьшить количество насадочных огнеупоров в 8 раз, количество огнеупоров - в 4 раза, капитальные затраты - 2 раза, сократить сроки ремонта в 10 раз.

В 1993 г. году опытно-промышленной регенеративной системой отопления оснащают печь с выкатным подом в цехе ? 16 ВСМПО, которая предназначалась для нагрева слябов из нержавеющей стали и титановых сплавов.

В 1995 г. ВНИИМТ совместно с НПФ «Горелочный центр» выполняет под руководством автора данной статьи типовой рабочий проект камерной печи с выносной механизацией для нагрева крупных заготовок и прутков различного диаметра из титановых сплавов для пресса 207 в цехе ?37 ВСМПО. В феврале 2001 г. печь, которая оснащена четырьмя парами регенеративных горелок мощностью в 80 куб. м/ч, введена в промышленную эксплуатацию.

В результате пусконаладочных работ и последующей длительной работы печи получены следующие результаты:

1. Печь позволяет нагревать широкую номенклатуру заготовок без применения на поду печи дорогостоящих подставок из жаропрочной стали и обеспечивает жесткие технологические требования по температурным перепадам, как по всей поверхности заготовок, так и по их сечению (±7-10°С).

2. Регенеративная система отопления печи устойчиво нагревает воздух до 1050°С при температуре в рабочем пространстве 1250-1270°С и за счет высокой теплоемкости корундовых шаров и развитой поверхности теплообмена (180 кв. м на 1 куб. м объема насадки) обеспечивает глубокую утилизацию тепла. Температура дымовых газов за насадкой - не более 190°С.

3. Экономия природного газа составляет 34% по сравнению с печью, оборудованной металлическим рекуператором, и 50% при работе печи на холодном воздухе.

Через три года после успешной эксплуатации указанной печи в этом же цехе ВСМПО сооружается второй агрегат подобной конструкции.

В это же время создается проект печи с выкатным подом для завода «Ижсталь», также оснащенной регенеративными горелочными устройствами с встроенными в ее стены регенераторами.

Осенью 2003 г. российская компания «Реалит» совместно с итальянской фирмой Cometal Engineering S.P.A. ввела в эксплуатацию в г. Обнинск новый завод по производству профилей из алюминиевых сплавов. На плавильной печи установлена современная регенеративная система отопления, что позволило получить экономию природного газа до 30-50% (а значит, снизить и выбросы вредных примесей в атмосферу) по сравнению с аналогичными предприятиями отрасли.

В 90-х гг. ВИЛС создает миниатюрную кузнечную печь с расходом природного газа в 70 куб. м/ч, которая оснащается двумя регенеративными горелками. Вывод, сделанный в результате испытаний: «...использование регенеративной системы отопления наиболее рационально при расходах топлива на печах не менее 100-150 куб. м/ч. В противном случае, из-за относительно низкой стоимости газа срок окупаемости такой системы будет достаточно высок».

Исследования показывают, что сегодня потенциал регенеративных горелочных устройств используется далеко не полно. Выявляются новые возможности, появляются новые технические решения. Одно из таких предложений - вниманию специалистов (см. след. статью).

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта