Радиационные трубы

При нагреве металла в среде защитного газа не допускается попадание продуктов горения в нее и поэтому печи должны иметь косвенный обогрев. Это достигается муфелированием нагреваемого металла, что связано с большим расходом окалиностойкой стали или муфелированием пламени. Муфелирование пламени (в безмуфельных печах) осуществляется радиационными трубами. Каждая радиационная труба — это независимый нагреватель, внутри которого происходит сжигание топлива — преобразование химической энергии в тепловую. Передача тепла к нагреваемым изделиям осуществляется сложным путем. Так, теплоотдача от продуктов сгорания к самой трубе внутри осуществляется путем радиационно-конвективного теплообмена, а от трубы к нагреваемым изделиям — в основном радиацией, откуда и название этого вида нагревателей — радиационные. Они обеспечивают максимальную рабочую температуру 1000— 1050 °С. Удельный теплосъем с поверхности нагревателя может достигать 23—46 кВт/м².

Радиационные трубы могут работать на газовом, жидком топливе и вместо горелок (форсунок) могут быть оборудованы электронагревателями, размещаемыми внутри труб.

Радиационная труба (рис. 3.8) состоит из следующих элементов: корпуса, который одновременно служит камерой, где происходит сгорание топлива, и экраном, излучающим энергию в рабочее пространство печи; газогорелочного устройства 9 и рекуператора 4. Рекуператор, который устанавливают в трубе, повышает коэффициент использования тепла до 25 % за счет возвращения в радиационную трубу теплоты уходящих продуктов сгорания. В случае, когда температура уходящих газов будет 400—700 °С, возникнет (так как потери теплоты составят ~35 %) необходимость вторичной утилизации теплоты, которую осуществляют с помощью второго рекуператора 1, устанавливаемого вне корпуса радиационной трубы.

Рис. 3.8. Радиационная труба

Труба 7 крепится к кожуху печи 2 с помощью уплотнительного короба 3 и установочной плиты 8. Опора 6, соединенная с поворотным коленом 5, передает нагрузку от массы трубы кладке печи. Розжиг горелки производят запальником 10. Для обеспечения газоплотности рабочего пространства предусмотрен компенсатор 11.

Радиационные трубы изготовляют из жароупорных труб диаметром от 80 до 200 мм, с толщиной стенки 4—15 мм. Габаритная длина радиационных труб от 1 до 3, 5 м. Корпус труб может иметь различную форму, отсюда и происходит название радиационных труб: прямые (пролетные), тупиковые, Р-, Ф-, U-, W-образные, кольцевые и др. (рис. 3.9, а—д).

Прямую трубу (цилиндрического типа) применяют преимущественно вертикального расположения. Чтобы процесс горения закончился на необходимой длине трубы, на ней делают вмятины, улучшающие условия смешения и горения (см. рис. 3.9, к). Петлевую трубу (рис. 3.9, з), как правило, устанавливают в горизонтальном положении, причем так, чтобы оба прямых участка были обращены к нагреваемым изделиям. Для исключения прогиба трубы, при длине рабочей части более 1200 мм, предусматривают подвески. Главные требования, предъявляемые к корпусу радиационных труб, — герметичность и высокая их стойкость. Горелки внутри трубы должны быть установлены соосно с осевой линией корпуса.

Рис. 3.9. Формы радиацион­ных труб:

а — двух кольцевая (Ф-образная); б — W-образная;

в — т-образная;

г — однокольчевая;

д — Р-образ-ная;

е — U-образная;

ж — О-об-разная; з — петлевая; а — L-образ-ная; к — прямая;

л — тупиковая

Конструкции радиационных труб не лишены недостатков. Одни трубы просты в изготовлении, но имеют низкие теплотехнические показатели, другие — наоборот. Поэтому выбирать тип радиационной трубы нужно, учитывая конкретные тепловые режимы и конструктивные особенности печей. С учетом всех преобразований энергии топлива в электрическую на тепловых электростанциях, потерь электроэнергии в сетях и преобразователях радиационные трубы позволяют полнее использовать природный газ, чем при сжигании в котлах ТЭС. Трубы конкурентноспособны с электрическими нагревателями даже и по расходу нихрома на единицу продукции.