Печи, Промышленные печи - устройства с камерой, огражденной от окружающей среды, предназначенные для получения материалов и изделий при тепловом воздействии на исходные вещества. Теплота выделяется в результате горения топлива или превращения электрической (реже солнечной) энергии.
Основные части печи : теплогенератор (источник тепла); рабочая камера, в которой находятся материалы или изделия; теплоотборник, служащий для охлаждения изделий после их термической обработки; устройства для подвода топлива или электрической энергии, а также для отвода продуктов сгорания; механизмы для загрузки, транспортировки через печи и выгрузки материалов или изделий; система автоматического управления работой печи; строительной конструкции (фундамент, футеровка для ограждения рабочей камеры от окружающей среды, каркас для обеспечения необходимой прочности и крепления горелок или форсунок, кожух для герметизации печи и обеспечения ее прочности); устройства для утилизации тепла и продуктов сгорания топлива(рекуператоры, регенераторы). В большинстве печей теплогенераторы и теплоотборники совмещены с рабочей камерой.
Классификация Печи классифицируют по термотехнологическим, теплотехническим и механическим характеристикам, а также с учетом конструктивных особенностей, состояния и свойств печной среды (смеси веществ в рабочей камере кроме исходных материалов и целевых продуктов). По термотехнологическим признакам печи подразделяют на физические, в которых получение продукта основано на целенаправленных физических превращения исходных материалов без химического взаимодействия между ними, и химические, в которых получение продукта основано на целенаправленных химических взаимодействий между исходными материалами. По характеру течения термотехнологического процесса во времени различают печи периодического и печи непрерывного действия.
По теплотехническим признакам печи подразделяют следующим образом. В зависимости от источника тепла выделяют экзотермические (или пламенные), электротермические (или электрические), оптические (в т.ч. гелиотермические, или солнечные) и смешанные печи. В экзотермических печах источником тепла могут быть исходные материалы, вводимое топливо (газообразное, жидкое либо твердое) или и то и другое одновременно. Электротермические печи подразделяют на печи сопротивления, дуговые, дуговые печи сопротивления, электроннолучевые и индукционные. Различают также печи с теплогенерацией в рабочей камере и вне ее, со встроенными рекуператорами или без них, а также проходные (однократные) и рециркуляционные (многократные), в которых газообразный теплоноситель в рабочей камере используется соотв. один или много раз. В зависимости от вида теплообмена выделяют конвекционные, радиационные, кондуктивные и смешанные печи
По механическим признакам печи подразделяются следующим образом: по способу транспортировки исходных материалов и полученных продуктов - на конвейерные, роликовые, рольганговые, вагонеточные и др.; по характеру движения газовых потоков в рабочих камерах - на печи с криволинейными (круговыми, циклонными и др.) или прямолинейными потоками; по взаимной ориентации потоков исходных материалов и продуктов - на прямоточные, противоточные и перекрестные.
Различают печи контролируемого и неконтролируемого химического состава, вакуумные или работающие под давлением, Печи бывают с газовой, жидкой, твердой или смешанной печной средой. Последняя состоит из продуктов сгорания топлива, отходов физ. и хим. превращений исходных материалов и из специально вводимых компонентов, необходимых для защиты исходных материалов и продуктов от нежелательных химических воздействий.
По конструктивным признакам печи подразделяются на шахтные, туннельные, кольцевые, ретортные, муфельные, тигельные, горшковые, ванные, трубчатые, полочные, камерные, вращающиеся, колпачковые, ямные, секционные, многоподовые с пульсирующим или шагающим подом и т.д.
Основные показатели работы печи - производительность, тепловая мощность, кпд. Производительность обычно измеряют количеством исходного материала (сырья), проходящего через нее в единицу времени, или количеством продукта, получаемого за определенное время, и выражается в т/ч или т/сут. Тепловая мощность, или полезная тепловая нагрузка (иногда наз. также теплопроизводительностью), соответствует количеству тепла, воспринимаемого сырьем в печи в единицу времени; выражается в МВт. Кпд показывает, насколько эффективно используется тепло, получаемое при сжигании топлива, и составляет обычно 0,6-0,8.
Процессы, протекающие в печи В рабочей камере одновременно осуществляются термотехнологические, теплотехнические и механические процессы, в которых участвуют исходные материалы, продукты, печная среда и футеровка. К механическим процессам относятся перемещение в рабочей камере исходных материалов, продуктов и печной среды, которые должны создавать в рабочей камере оптимальные условия для осуществления термотехнологических процессов.
Термотехнологические процессы весьма разнообразны. К физическим процессам, в частности, относятся: 1) тепловая активация металлов и сплавов, которую проводят, например, для их подготовки к последующей пластической деформации (ковке, прокату, волочению и др.); 2) термические обработка исходных материалов - способ изменения их структуры и свойств в заданном направлении путем их нагревания и охлаждения с определенным режимом изменения температур во времени и по объему печи ; например, отпуск и нормализация стали заключаются в нагреве ее до температур соотв. ниже нижней критической или выше (на 20-50 0C) верхней критической, выдерживании при этих температурах и послед. охлаждении, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости стали; 3) плавление исходных материалов, осуществляемое для послед. придания металлам и сплавам заданных форм, получения сплавов и твердых растворов заданного химического состава и физических свойств, термические рафинирования расплавленных металлов, направленныхкристаллизации и зонной плавки при выращивании монокристаллов и глубокой очистки металлов и т.д.; 4) испарение исходных материалов, осуществляемое, например, для селективного разделения расплавов и при первичной переработке нефти; 5) термические обезвоживание жидких отходов - эффективный способ снижения загрязнения окружающей среды, в результате которого получают твердый сухой остаток в виде порошкаили гранул.
К химическим термотехнологическим процессам относятся, в частности, крекинг, коксование, пиролиз, варка стекла, термохимическое рафинирование (очистка от примесей) металлов, возгонка (перевод вещества из твердого состояния в газообразное, например при получении желтого фосфора), термосинтез (получение при высоких температурах CaC2, CS2 и др.), термические разложение сложных химических веществ (используется, например, при получении кальцинированной соды, технического углерода), высокотемпературная деструкция углеводородного сырья (например, для получения из нефти низших олефинов и жидких продуктов пиролиза - бензола, толуола и др.), термические обезвреживание отходов (распад их на нейтральные к окружающей среде вещества), а также обжиг, сжигание, выплавка, химико-термическая обработка металлов.
Обжиг - термические обработка материалов с целью направленного изменения их физических свойств и химического состава. При этом исходный материал сначала нагревают до определенной температуры, выдерживают при ней и затем охлаждают с заданной скоростью. Обжиг применяют для термические подготовки руд и их концентратов к послед. переработке, для получения конечных хим. продуктов и изделий (ртути,сурьмы, извести, керамики, эмалей, красок и др.). Различают обжиг с получением порошка и обжиг со спеканием.
При обжиге могут протекать процессы дистилляции, пиролиза, диссоциации, синтеза новых соединений из исходных, спекания, кальцинации (например, разложение NaHCO3) в сочетании с различными химическими реакциями. По химизму протекающих процессов выделяют несколько видов обжига. Окислительный обжиг применяют для перевода сульфидов металлов в оксиды, иногда с получением окускованного материала (как, например, при производстве меди, цинка, никеля). Окислительно-сулъфатизирующий обжиг применяют перед гидрометаллургич. переделом для перевода цветных металлов в растворимые в воде сульфаты, железа-в нерастворимые в воде оксиды. С помощью окислительно-возгоночного обжига из медь-электролитных шламов удаляют селен благодаря окислению его до SeO2, который возгоняется. При окислительно-спекающем обжиге медь-электролитные шламы спекают с содой для перевода селена в водорастворимые селенит и селенат натрия, а теллура-в растворимый в кислотах теллурат натрия, Окислительно-восстановительный обжиготличается от окислительного введением в шихту некоторого количества угля, что приводит к образованию летучих низших оксидов и, т. обр., облегчает выделение в газообразном состоянии компонентов, высшиеоксиды которых слаболетучи.
Восстановит. обжиг применяют для получения металлов или их низших оксидов из высших, например MnO из концентрата MnO2, С помощью восстановительного магнетизированного обжига слабомагнитную железную руду переводят в искусственный магнетит. Восстановительно-металлизирующим обжигом получают губчатое железо и железные порошки, восстановительно-дистилляционным - сурьму. Восстановительно-сульфатизирующий обжиг служит для переработки бедных никель-кобальтовых руд, восстановительно-хлорирующий обжиг - для облегчения извлечения Ti, Nb и Cu из никелевых концентратов (обжиг производится в присутствии газообразного хлора). Восстановительно-хлорирующий сегрегационный обжиг осуществляют в присутствии твердого восстановителя с добавкой хлоридов Na и Ca и используют для подготовки труднообогатимых руд цветных металлов к флотации или магнитной сепарации.
Хлорирующий обжиг применяют для перевода ценных компонентов руды в легкорастворимые или легколетучие хлориды (напр., при производстве титана и циркония). В результате декарбонизирующего обжига удаляют карбонаты Ca, Mo, Ba (напр., при обжиге известняка, доломита, магнезита, фосфорита). Кальцинирующий обжиг применяют для удаления конституционной влаги и CO2 (при производстве соды, извести и т. д.). Дистилляционный обжиг - отгонка в парообразном состоянии из руды или ее концентратов ценных составляющих (напр., Sb, Hg, As), которые затем конденсируют.
Обжиг проводят для получения минеральных вяжущих веществ (портландцемента, высокообжигового гипса и др.), искусственных пористых заполнителей (керамзита, вспученного перлита, аглопирита и др.). Иногдаобжиг совмещают со спеканием руды или концентрата с активными добавками (сода, мел и т. д.) или компонентами шихты (обжиг с окускованием) для облегчения последующей обработки.
Сжигание –п роцесс горения исходных горючих материалов для получения новых продуктов или освобождения хим. энергии. В печи сжигают сероводород, серу, фосфор, ацетилен, уголь, мазут, пропан, бутан, прир. газ и др.
Выплавка металлов - процесс получения металлов из руд и шихт, основанный на полном их расплавлении и разделении расплава. Таким образом получают сталь, чугун, никель, кобальт, свинец, черновые медь и кадмий, олово, сурьму и др.
Химико-термическая обработка металлов - процесс диффузионного насыщения поверхности металла различными хим. веществами при повышенных температурах для придания металлам повышенной износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости, усталостной прочности и других свойств.
При химических превращениях исходных материалов в печи наряду с целевыми продуктами образуются твердые, жидкие и газообразные отходы, некоторые из которых экологически вредны. Эти отходы перерабатывают на новые полезные продукты или подвергают химическому либо термическому обезвреживанию в других печах. Термотехнологические процессы, приводящие к появлению экологически вредных реакционноспособных газов, необходимо осуществлять так, чтобы эти газы не контактировали с дымовыми газами, получаемыми при сжигании топлива.
Конструкции печи В зависимости от целей и характера термотехнологических процессов конструкции печи имеют свои особенности. В качестве примера на рис. 1 приведена схема герметизированной электрической ванной печи , предназначенной для получения желтого фосфора. Она имеет круглую форму и футерована углеграфитными блоками, а верхняя часть стенки - шамотными кирпичами. Основной конструктивный элемент этой печи -ванна 6. В ней осуществляются превращения исходных материалов и получается желтый фосфор, который возгоняется и выводится из печи. В боковых стенках ванны установлены летки 10 для выпуска шлака и феррофосфора. Ванна заключена в металлический кожух 4, который обеспечивает ее механическую прочность и герметичность. Ванна сверху закрывается сводом 8 из жаропрочного железобетона; на своде установлена электроизоляционная газонепроницаемая металлическая крышка 3. На своде и крышке имеются отверстия для прохода электродов 7, течек (отверстий) 2 для подачи исходных материалов и отводов газообразных продуктов. Передача электроэнергии электродам, удерживание, регулирование их положения в ванне осуществляется с помощью электрододержателей 1. печи непрерывно охлаждается водой.
Печи трубчатые. Виды и характеристики.
Статья с сайта: http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_2779.html
