Il forno industriale è un'apparecchiatura termica che utilizza il calore della combustione del carburante o la conversione dell'energia elettrica per riscaldare materiali o pezzi nella produzione industriale. I componenti principali dei forni industriali sono: muratura del forno industriale, sistema di scarico del forno industriale, preriscaldatore del forno industriale e dispositivo di combustione del forno industriale.
Muratura di forni industriali
La funzione della muratura è quella di far sopportare al forno industriale carichi ad alta temperatura durante il processo di riscaldamento o fusione, ridurre la perdita di calore, resistere alla corrosione chimica e avere una certa resistenza strutturale per garantire il processo di scambio termico nel forno.
La muratura è costituita da uno strato refrattario e da uno strato di isolamento termico. Al fine di garantire la resistenza e la tenuta all'aria della muratura, viene utilizzata una struttura in acciaio (chiamata telaio del forno) per fissare la muratura alla periferia della muratura. Lo strato refrattario sopporta direttamente il carico ad alta temperatura e l'impatto meccanico e allo stesso tempo sopporta l'erosione chimica del gas del forno o del liquido fuso ed è principalmente costituito da mattoni refrattari standard con dimensioni specificate.
I giunti in laterizio della muratura sono generalmente sfalsati tra loro, lasciando entro una certa distanza un giunto di dilatazione di dimensioni adeguate. La composizione chimica e le proprietà termiche del fango refrattario per muratura dovrebbero essere compatibili con i mattoni refrattari e avere consistenza e plasticità adeguate per soddisfare i requisiti di costruzione.
L'esterno dello strato refrattario è uno strato isolante, che viene utilizzato per mantenere lo strato refrattario isolato per ridurre la perdita di calore della parete del forno e abbassare la temperatura superficiale esterna della parete del forno. Spesso vengono utilizzati mattoni isolanti standard a bassa densità e bassa conduttività termica o materiali in fibra come cotone e feltro. composizione.
Sistema di scarico del forno industriale
Il sistema di scarico fumi del forno industriale è un sistema che utilizza camini o dispositivi meccanici per scaricare i fumi nella camera del forno dei forni industriali fuori dal forno. Garantire un regolare scarico dei fumi è una condizione importante per il normale utilizzo dei forni industriali. Quando lo scarico dei fumi non è regolare, la pressione del forno aumenterà e una grande quantità di gas di scarico fuoriuscirà dagli spazi intorno al forno, il che aumenterà la perdita di calore del forno e influenzerà la distribuzione uniforme del flusso d'aria nel forno. Riduce l'uniformità della temperatura del forno e peggiora l'ambiente operativo.
Il sistema di evacuazione fumi è composto da un dispositivo di scarico fumi che genera aspirazione e da una canna fumaria che evacua i fumi. I dispositivi di scarico dei fumi comunemente usati includono camini, ventilatori a tiraggio indotto o tubi a getto.
Lo scarico del camino si basa sulla spinta generata dalla densità dei fumi caldi che affluiscono nel camino che è inferiore alla densità dell'aria all'esterno del camino per vincere la resistenza della canna fumaria. I fumi possono essere scaricati anche dal ventilatore a tiraggio indotto, oppure è installato un tubo a getto in una certa parte del sistema di scarico fumi per scaricare i fumi con la depressione generata dal gas del getto ad alta velocità. Lo scarico del camino non consuma energia e la temperatura di scarico non è limitata. Quando la resistenza allo scarico dei fumi è molto grande e il forno industriale funziona in modo intermittente, è possibile utilizzare il ventilatore a tiraggio indotto o il tubo a getto per scaricare il fumo. Il tubo del getto è adatto per la rimozione dei fumi ad alta temperatura; il ventilatore a tiraggio indotto è idoneo per l'aspirazione dei fumi a bassa temperatura.
I camini si dividono in camini in muratura, camini in cemento e camini in lamiera d'acciaio. Esistono due tipi di canna fumaria: canna fumaria interrata e canna fumaria aerea. La canna fumaria interrata è per lo più realizzata in laterizio, mentre la canna fumaria aerea deve essere in lamiera d'acciaio rivestita di materiale refrattario.
Per ridurre l'inquinamento dei fumi nell'ambiente, o per installare un preriscaldatore in canna fumaria per il risparmio energetico, è necessario aumentare l'altezza del camino e aumentare la portata dei fumi all'uscita del camino per renderlo superiore alla velocità massima del vento locale o almeno non inferiore a 3 metri al secondo per evitare che gas nocivi e fumi contenuti nei fumi si diffondano al suolo.
Preriscaldatore del forno industriale
Dispositivo che utilizza il calore di scarto dei fumi scaricati da un forno industriale per riscaldare l'aria comburente e il gas combustibile. Dopo aver installato un preriscaldatore sul forno industriale, grazie al recupero di calore, è possibile risparmiare carburante e aumentare facilmente la temperatura del forno per accelerare la velocità di riscaldamento. I preriscaldatori per forni industriali si dividono in due tipi: a scambio termico e ad accumulo di calore.
1. Preriscaldatore di scambio termico
I preriscaldatori a scambio termico si dividono in due tipologie: preriscaldatori metallici e preriscaldatori ceramici. Tutti utilizzano il calore di scarto dei fumi scaricati dal forno per riscaldare la parete del preriscaldatore attraverso lo scambio termico per irraggiamento e lo scambio termico per convezione, quindi riscaldano allo stesso modo l'aria o il gas che attraversa l'altro lato della parete, cioè , preriscaldare.
La parete del preriscaldatore in metallo ha una grande conduttività termica, la parete può essere molto sottile e la tenuta all'aria è buona. Può preriscaldare l'aria a circa 600°C. È un preriscaldatore ampiamente utilizzato. La conduttività termica della parete del preriscaldatore in ceramica è piccola, ma può sopportare temperature dei fumi più elevate e può anche preriscaldare l'aria a circa 600°C.
All'inizio degli anni '20, i preriscaldatori tubolari o aghiformi in ghisa venivano utilizzati principalmente nei forni industriali. Dopo gli anni '40 furono utilizzati principalmente preriscaldatori tubolari, preriscaldatori radianti cilindrici, preriscaldatori a getto e blocchi di ghisa in acciaio. Esistono preriscaldatori a blocchi per tubi in acciaio e così via.
Le modalità di flusso dei fumi e dell'aria nel preriscaldatore sono divise in tre tipi: flusso diretto, controcorrente e flusso incrociato. Dal punto di vista del miglioramento delle prestazioni di scambio termico, è preferibile adottare il metodo in controcorrente per ottenere una temperatura di preriscaldo più elevata; dal punto di vista della riduzione della temperatura della parete e dell'aumento della durata del preriscaldatore, è preferibile adottare il metodo a valle; Tra valle e monte. Il preriscaldatore a getto ha una modalità di flusso unica. Il gas preriscaldato viene espulso dai piccoli fori densamente disposti sul tubo interno ad alta velocità per lavare la superficie di scambio termico del tubo esterno e conferire allo strato limite del fluido proprietà turbolente, generando così un forte scambio termico. .
Preriscaldatore rigenerativo
Il preriscaldatore rigenerativo è la camera rigenerativa, che è un corpo in mattoni a scacchiera fatto di mattoni refrattari. Per consentire il preriscaldamento continuo dell'aria, un forno deve essere dotato di due rigeneratori, rispettivamente in stato di funzionamento ad accumulo termico o preriscaldo.
Il processo di trasferimento del calore è: i fumi vengono introdotti nel rigeneratore, parte del calore dei fumi viene assorbita dai mattoni striati (accumulo di calore), dopo 10-30 minuti i fumi vengono tagliati automaticamente dall'inversione dispositivo e viene invece introdotta l'aria. L'accumulo di calore del corpo in laterizio riscalda l'aria (preriscaldamento); inoltre dopo 10-30 minuti viene tolta l'aria e quindi vengono introdotti i fumi. Questo è un ciclo di inversione. Il rigeneratore utilizzato nel forno di riscaldamento può preriscaldare l'aria a 600-700°C e ha una lunga durata.
Dispositivo di combustione del forno industriale
Un dispositivo utilizzato per realizzare il processo di combustione del combustibile in un forno industriale che utilizza il combustibile come fonte di calore. In base ai requisiti di riscaldamento del forno a fiamma, vari dispositivi di combustione dovrebbero garantire:
① Garantire la completa combustione del combustibile nelle condizioni di carico termico specificate;
Il processo di combustione è stabile e può fornire continuamente calore al forno;
La direzione, la forma, la rigidità e la spalmabilità della fiamma soddisfano i requisiti del tipo di forno e del processo di riscaldamento;
④Struttura semplice, facile da usare e da mantenere.
Il processo di combustione di vari combustibili è diverso, quindi anche la struttura del dispositivo di combustione è diversa. I dispositivi di combustione possono essere suddivisi in diversi tipi di gas, liquidi e combustibili solidi.
1. Dispositivo di combustione del gas combustibile
Solitamente chiamato bruciatore, la sua funzione principale è quella di inviare gas e aria al forno per la combustione (anch'essa bruciata all'interno del bruciatore) secondo una certa proporzione e determinate condizioni di miscelazione, e per soddisfare i requisiti di fiamma del processo di riscaldamento del forno. In base alla situazione di miscelazione del gas e dell'aria nel bruciatore, si divide in bruciatore a fiamma e senza fiamma.
La caratteristica del bruciatore a fiamma è che il gas e l'aria non vengono miscelati o solo parzialmente miscelati nel bruciatore, e quindi bruciati mentre vengono miscelati dopo essere stati spruzzati nel forno, quindi la fiamma è più lunga e ha un contorno chiaro. Quando si utilizza un bruciatore a fiamma, il mezzo principale per intensificare la combustione e organizzare le fiamme è modificare le condizioni di miscelazione del gas e dell'aria, come dividere il gas e l'aria in molti piccoli flussi, facendo intersecare il flusso di gas e il flusso d'aria con un certo angolo , o utilizzando un dispositivo vorticoso Promuovere il flusso d'aria per accelerare la miscelazione, ecc. La Figura 1 mostra un bruciatore a gas con un singolo tubo.
Bruciatore a gas monotubo
La caratteristica del bruciatore senza fiamma è che il gas e l'aria sono miscelati uniformemente all'interno del bruciatore e possono essere bruciati immediatamente dopo essere stati spruzzati fuori dal bruciatore. La fiamma è molto corta e non c'è un contorno di fiamma evidente. Il bruciatore senza fiamma comunemente utilizzato nei forni industriali è un bruciatore a getto, che aspira l'aria comburente richiesta direttamente dall'atmosfera per effetto del getto di gas, la miscela uniformemente nel tubo di miscelazione e quindi entra nel canale di combustione in materiali refrattari. Completa la reazione di combustione.
A partire dagli anni '60, per soddisfare le esigenze dei nuovi processi di riscaldamento, sono comparsi bruciatori ad alta velocità con velocità di uscita del gas superiori a 100 m/s, bruciatori a fiamma piatta con fiamme discoidale, bruciatori e preriscaldatori e uscite dei gas di scarico successivamente. Il dispositivo fumi costituisce un bruciatore autopreriscaldante integrale. Al fine di ridurre l'inquinamento del gas nocivo NOX per l'ambiente, sono stati sviluppati anche vari nuovi tipi di dispositivi di combustione come i bruciatori a basso ossido di azoto.
2. Dispositivo di combustione del combustibile liquido
Solitamente chiamato ingrassatore o ugello. L'olio combustibile deve essere atomizzato e poi bruciato. Pertanto, oltre alle prestazioni di base di un dispositivo di combustione generale, l'ugello del carburante dovrebbe anche avere una buona capacità di atomizzazione per garantire la completa combustione del carburante. Secondo il metodo di atomizzazione, gli ugelli possono essere suddivisi in ugelli a bassa pressione, ugelli ad alta pressione, ugelli meccanici e ugelli a tazza rotante. Tra questi, sono ampiamente utilizzati ugelli a bassa pressione e ugelli ad alta pressione.
L'ugello a bassa pressione utilizza tutta l'aria che supporta la combustione come mezzo di nebulizzazione e atomizza l'olio in base alla quantità di moto del flusso d'aria. La dimensione delle particelle di atomizzazione è di 80-100 micron, la pressione dell'aria è generalmente di 2940-7840 Pa e la fiamma durante la combustione è generalmente di 600-1400 mm.
L'ugello ad alta pressione utilizza vapore o aria compressa come mezzo di nebulizzazione e la pressione è generalmente pari a (3～12) × 105 Pa. Poiché la pressione del mezzo di nebulizzazione è elevata, la velocità di espulsione può raggiungere o superare la velocità del suono, quindi la capacità di atomizzazione dell'ugello ad alta pressione è inferiore a quella della bassa pressione. L'ugello dell'olio è robusto e la dimensione delle particelle atomizzate può raggiungere i 20-30 micron, ma è necessario aggiungere un canale per convogliare l'aria di combustione e le corrispondenti strutture di guida del flusso d'aria.
3. Dispositivo di combustione del combustibile solido
Per i forni industriali che utilizzano combustibili solidi, vengono comunemente utilizzati il metodo di combustione a letto di carbone a blocchi e il metodo di combustione a getto di carbone polverizzato. Il dispositivo di combustione che utilizza il metodo di combustione a strati di carbone a grumi è indicato come camera di combustione, che è divisa in una camera di combustione del carbone artificiale e una camera di combustione del carbone meccanica. Il grumo di carbone viene impilato sulla griglia da dispositivi manuali o meccanici e l'aria di supporto della combustione passa attraverso il cordone di carbone dal fondo della griglia dal basso verso l'alto per completare la reazione di combustione. La camera di combustione meccanica del carbone della griglia alternativa.