ПЕЧИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОГРЕВА КАК ЭКОЛОГИЧНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ТОПЛИВНЫМ ПЕЧАМ

AERODYNAMIC HEATING FURNACES AS AN ENVIRONMENTAL ALTERNATIVE TO FUEL FURNACES

Вопросы повышения качества выпускаемой продукции, технологической и энергетической эффективности производства имеют важное народнохозяйственное значение. Получение металлов, сплавов, изготовление высококачественных, надежных в работе деталей и изделий во многом определяется качеством их термообработки, которая в свою очередь зависит от совершенства нагревательных устройств.

Топливные печи выбрасывают в атмосферу такие продукты сгорания как зола, оксиды азота, оксиды серы, оксид углерода, диоксид углерода [1]. Данные продукты сгорания оказывают существенное влияние на экологическую обстановку.

Рециркуляционные установки типа печей аэродинамического подогрева (ПАП), работающие на принципе нагрева без применения пламенных, электрических и других нагревателей, а так же имеющие возможности осуществления особо точных, прецизионных режимов нагрева материалов и изделий, и имеющие высокий КПД, относительную простоту конструкции, пожаро-взрыво-электробезопасность и ряд других достоинств позволяют считать их преспективными среди средне- и низкотемпературных нагревательных устройств.

Печи аэродинамического подогрева могут с успехом использоваться при проведении различных технологических процессов, требующих высокой равномерности подвода теплоты к изделиям: закалки, отжига и искусственного старения алюминиевых сплавов, отпуска титановых сплавов, закалки магниевых сплавов, нагрева деталей до сварки и после нее для снятия внутренних напряжений, расконсервации металлов и подшипников, сушки лакокрасочных покрытий и древесины, термообработки оргстекла, вакуумирования деталей из стеклотканей и многих других. Кроме того, они применяются в качестве испытательных установок и для временного отопления помещений.

В обычных вентиляторах запас энергии, получаемый воздухом, для совершения получаемой работы не используется ввиду незначительности его давления, и служит лишь для перемещения газа по воздухопроводам и компенсации потерь, связанных с трением, вихреобразованиями, местными сопротивлениями и выходной скоростью. Как установлено исследованиями установок типа ПАП [4], эффективность теплогенерации в основном определяется параметрами ротора вентилятора. Потери, возникающие в объеме печи за счет трения воздуха о стенки рабочего объема, поверхность нагретых изделий и превращающиеся в теплоту, относятся к подчиненным факторам и способствуют повышению теплового КПД нагревательной установки.

Принципиальная схема установки типа ПАП изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Обобщенная схема установки типа ПАП

 

Ротор вентилятора, насаженный на вал, вращается в подшипниках при помощи электродвигателя или какого-либо другого механизма вращения. Воздух, засасываемый ротором, перемещается через зазор, образуемый корпусом печи и специальным тонкостенным металлическим экраном, в рабочее пространство, совершая таким образом замкнутую циркуляцию в объеме печи. При этом энергия вращения ротора преобразуется в теплоту [3].

В устройствах типа ПАП регулировать температуру можно следующими способами:

  • изменением числа оборотов центробежного вентилятора;
  • изменением направления вращения ротора;
  • периодическим автоматическим включением и отключением ротора центробежного вентилятора в зависимости от теплового баланса в рабочей камере;
  • автоматическим изменением производительности ротора центробежного вентилятора.

Особенности циклонных печей и их преимущества перед другими типами нагревательных устройств в значительной степени определяются их аэродинамикой. К достоинствам установок относится так же возможность их полной автоматизации. Значительным преимуществом установок типа ПАП является их электро- пожаро- и взрывобезопасность при эксплуатации.  В печах аэродинамического подогрева ПАП-3М воздух или газ нагревается без применения электрических или других специальных нагревателей до 550-600°С. Жаропрочный вентилятор работает в замкнутой системе и превращает механическую энергию в теплоту, которая передается нагреваемым изделиям за счет конвективного теплообмена. Использование жаропрочного вентилятора помогает  снизить удельный расход электроэнергии, обеспечить равномерное температурное поле в пространстве печи и улучшить качество выпускаемой продукции.

В настоящее время энергосбережение является стратегической задачей государственного масштаба. Нагревательные и термические печи металлургической и машиностроительной промышленности являются одними из основных потребителей топлива в стране, причем в них, как правило, используют мазут и уголь - наиболее загрязняющие атмосферу виды топлива.

Не смотря на то, что печи аэродинамического подогрева не получили широкого применения в промышленности, очевидно, что они имеют определенные преимущества над топливными печами в экологическом плане. Эффективность работы установок типа ПАП по сравнению с топливными печами во многом определяется их более высокой производительностью (КПД до 90% и более) [2], высокой равномерностью нагрева изделий, а также отсутствием вредных выбросов в окружающую среду.

В стремлении к снижению негативного воздействия промышленного сектора на окружающую среду имеет смысл подробно изучить целесообразность более широкого применения установок типа печей аэродинамического подогрева.

 

Литература:

  1. Tevis, P.I. Recirkuljacionnye ustanovki ajerodinamicheskogo nagreva. – M: Mashinostroenie, 2016. – 457 p.
  2. SamZan [site]. [2020]. URL: http://samzan.ru/16794
  3. Belousov V.N., Smorodin S.N., Smirnova O.S. Toplivo i teorija gorenija. Uchebnoe posobie - SPb., 2011. - 84 p.
  4. Knowledge [site]. [2015-2020]. URL: http://knowledge.su/a/aerodinamicheskaya-pech