Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития
Проведен системный анализ современных тенденций совершенствования существующих и создания новых топочных и теплоутилизационных устройств высокотемпературных агрегатов, выполнена оценка их энергетической эффективности....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2012
|
| Назва видання: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127085 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития / Б.С. Сорока // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 2. — С. 54-68. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-127085 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1270852017-12-10T03:02:45Z Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития Сорока, Б.С. Приборы и оборудование Проведен системный анализ современных тенденций совершенствования существующих и создания новых топочных и теплоутилизационных устройств высокотемпературных агрегатов, выполнена оценка их энергетической эффективности. Проведено системний аналіз сучасних тенденцій удосконалення діючих та створення нових топкових та теплоутилізаційних пристроїв високотемпературних агрегатів, виконано оцінку їхньої енергетичної ефективності. The systematic analysis of up-to-date trends of improvement the existing furnace and heat recovery plants being in force and of development the novel plants has been carried out in application to the high temperature units. An estimation of the power advantages of the plants has been performed. 2012 Article Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития / Б.С. Сорока // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 2. — С. 54-68. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127085 662.951.2 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Приборы и оборудование Приборы и оборудование |
| spellingShingle |
Приборы и оборудование Приборы и оборудование Сорока, Б.С. Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Проведен системный анализ современных тенденций совершенствования существующих и создания новых топочных и теплоутилизационных устройств высокотемпературных агрегатов, выполнена оценка их энергетической эффективности. |
| format |
Article |
| author |
Сорока, Б.С. |
| author_facet |
Сорока, Б.С. |
| author_sort |
Сорока, Б.С. |
| title |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития |
| title_short |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития |
| title_full |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития |
| title_fullStr |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития |
| title_full_unstemmed |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития |
| title_sort |
системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : современное состояние и мировые тенденции развития |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Приборы и оборудование |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127085 |
| citation_txt |
Системы сжигания и теплоутилизационные устройства технологических печей : Современное состояние и мировые тенденции развития / Б.С. Сорока // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 2. — С. 54-68. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT sorokabs sistemysžiganiâiteploutilizacionnyeustrojstvatehnologičeskihpečejsovremennoesostoânieimirovyetendenciirazvitiâ |
| first_indexed |
2025-07-09T06:14:31Z |
| last_indexed |
2025-07-09T06:14:31Z |
| _version_ |
1837148851698401280 |
| fulltext |
54 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Ïðèáîðû è îáîðóäîâàíèå
ÓÄÊ 662.951.2
Ñîðîêà Á.Ñ.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Ñèñòåìû ñæèãàíèÿ è òåïëîóòèëèçàöèîííûå óñòðîéñòâà
òåõíîëîãè÷åñêèõ ïå÷åé : Ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå
è ìèðîâûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ
Ïðîâåäåí ñèñòåìíûé àíàëèç ñîâðåìåííûõ òåíäåíöèé ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñóùåñòâóþ-
ùèõ è ñîçäàíèÿ íîâûõ òîïî÷íûõ è òåïëîóòèëèçàöèîííûõ óñòðîéñòâ âûñîêîòåìïåðà-
òóðíûõ àãðåãàòîâ, âûïîëíåíà îöåíêà èõ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè. Îñíîâíûå
ïðèåìû ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåì îòîïëåíèÿ íàïðàâëåíû íà ýêîíîìèþ òîïëèâà, ñî-
êðàùåíèå âðåìåíè îáðàáîòêè ÷åðíûõ è öâåòíûõ ìåòàëëîâ è ðåàëèçóþòñÿ ïîñðåäñòâîì
óâåëè÷åíèÿ ïîòåíöèàëà òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè ïðè âûñîêîòåìïåðàòóðíîì ïîäîã-
ðåâå è (èëè) îáîãàùåíèè âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ êèñëîðîäîì. Ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè çà-
êëþ÷àþòñÿ â îáúåäèíåíèè â îäíîì àïïàðàòå ãîðåëî÷íûõ è òåïëîîáìåííûõ óñòðîéñòâ è
ðàçðàáîòêå íà ýòîé îñíîâå ðåêóïåðàòèâíûõ è ðåãåíåðàòèâíûõ ãîðåëîê, à òàêæå ðàäèà-
öèîííûõ òðóá ñ òàêèìè óñòðîéñòâàìè. Ïðè êðèòè÷åñêîì àíàëèçå ñîâðåìåííîãî ñîñòîÿ-
íèÿ òîïî÷íîé òåõíèêè ðàññìîòðåíû ðåêóïåðàòèâíûå, ðåãåíåðàòèâíûå è Oxy-fuel ñèñòå-
ìû ñæèãàíèÿ ãàçîâîãî òîïëèâà â ïå÷àõ. Ïðîàíàëèçèðîâàí êîìïëåêñ ïðåèìóùåñòâ DFI
(Direct Flame Impingement) òåõíîëîãèè, îáåñïå÷èâàþùèé ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè
Oxy-fuel ñèñòåì ñæèãàíèÿ. Øèðîêîå ïðèçíàíèåíèå ïîëó÷àåò FLOX-ìåòîä ñæèãàíèÿ
òîïëèâ ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà, èçíà÷àëüíî ïîëó÷èâøèé ðàñïðîñòðàíåíèå â ñâÿçè ñ ýêîëî-
ãè÷åñêèìè ïðåèìóùåñòâàìè, à çàòåì è áëàãîäàðÿ òåïëîòåõíè÷åñêèì äîñòîèíñòâàì ìå-
òîäà. Ïðîâåäåíà îöåíêà ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ñîâðåìåííûõ íàãðåâàòåëüíûõ
ïå÷åé â ìåòàëëóðãèè. Çíà÷åíèÿ ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà �f è òåïëîòû �Í òîïëèâ-
íûõ ïå÷åé ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü êàê ñèíåðãåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñîâåðøåíñòâà
êîíñòðóêöèè ïå÷è â öåëîì, à òàêæå ñî÷åòàíèÿ îòäåëüíûõ ñèñòåì (ïðåæäå âñåãî îòî-
ïëåíèÿ, óòèëèçàöèè òåïëîòû, êîìïüþòåðíîãî óïðàâëåíèÿ òåïëîâûì ðåæèìîì è ò.ï.) ñ
ó÷åòîì âûáîðà ðåæèìîâ è ïàðàìåòðîâ ýêñïëóàòàöèè àãðåãàòîâ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: âûñîêîòåìïåðàòóðíûå àãðåãàòû, ãàçîâîå òîïëèâî, DFI-òåõíîëîãèè,
íàãðåâàòåëüíûå ïå÷è, Oxy-fuel îòîïèòåëüíûå ñèñòåìû, ðåêóïåðàòèâíûå ãîðåëêè, ðåãå-
íåðàòèâíûå ãîðåëêè, òåïëîóòèëèçàöèîííûå óñòðîéñòâà, FLOX-ìåòîä ñæèãàíèÿ.
� Ñîðîêà Á.Ñ., 2012
1. Èçìåíåíèå òåíäåíöèé â ñîçäàíèè òîïî÷íûõ
è òåïëîóòèëèçàöèîííûõ óñòðîéñòâ è îöåíêà
èõ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè
Ïðîöåññû ïðîìûøëåííîãî ñæèãàíèÿ, êîòî-
ðûå ðåàëèçóþòñÿ â òåõíîëîãè÷åñêèõ è êîòåëü-
íûõ òîïêàõ, èìåþò ìíîãî îáùåãî, ó÷èòûâàÿ òðå-
áîâàíèÿ ê îðãàíèçàöèè ôàêåëüíîãî ïðîöåññà è
òåïëîìàññîîáìåí â òîïêàõ: íåîáõîäèìîñòü
óñòîé÷èâîãî çàæèãàíèÿ ãîðþ÷åé ñìåñè, ñòàáèëè-
çàöèè ïëàìåíè, ó÷åòà âëèÿíèÿ îðèåíòàöèè ôàêå-
ëîâ íà óðîâåíü è ðàñïðåäåëåíèå òåïëîâûõ ïîòî-
êîâ â òîïî÷íîì ïðîñòðàíñòâå, à òàêæå ñ öåëüþ
ïðåäóïðåæäåíèÿ ñâåðõíîðìàòèâíûõ âðåäíûõ
âûáðîñîâ â îêðóæàþùóþ ñðåäó.
Áîëåå 60 % âñåõ ïå÷íûõ óñòàíîâîê îòíîñÿò-
ñÿ ê ïðîèçâîäñòâó ñòàëè [1]. Ê íà÷àëó êðèçèñà
ýòîò ñåêòîð äèíàìè÷åñêè ðàçâèâàëñÿ.  òå÷åíèå
íåñêîëüêèõ ëåò Êèòàé ïîäíÿë ãîäîâîå ïðîèç-
âîäñòâî ñòàëè äî 500 ìëí ò. Ïîäîáíûå ïðîöåñ-
ñû ïðîèñõîäèëè â Ðîññèè è Âîñòî÷íîé Åâðîïå
[1]. Äàííûå ïî ïðîèçâîäñòâó ñòàëè â ìèðå çà
2010 ã. ïðèâåäåíû â òàáë.1 [2].
Óêðàèíà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ìèðîâûõ ëèäå-
ðîâ ìåòàëëóðãèè ñ äîëåé îêîëî 7 % (äàííûå
Int. Institute Iron&Steel, 2007), çàíèìàÿ 7–8-å
ìåñòî â ìèðå ïî îáúåìó ïðîèçâîäñòâà ñòàëè è
3-å ìåñòî ïî ýêñïîðòó ìåòàëëîïðîäóêöèè [2].
Îòå÷åñòâåííûé ãîðíî-ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîì-
ïëåêñ äàåò ñòðàíå ñâûøå 40 % âàëþòû è îáåñïå-
÷èâàåò îêîëî 15–20 % íåïðÿìûõ ïîñòóïëåíèé â
ãîñáþäæåò. Â êàíóí êðèçèñà (â 2007 ã.) Óêðàè-
íà âïëîòíóþ ïðèáëèçèëàñü ê óðîâíþ ïîêàçàòå-
ëåé ñîâåòñêèõ âðåìåí, ïðîèçâîäñòâî ñòàëè ïîä-
íÿëîñü äî 43 ìëí ò [3].
Òàêèì îáðàçîì, íåâçèðàÿ íà ïåðèîäè÷åñêèå
êîëåáàíèÿ ïðîèçâîäñòâà, â ÷àñòíîñòè, òðåíäû
ïîñëåäíåãî âðåìåíè (2011 ã.) ïðè âûáîðå íàè-
áîëåå ìàññîâûõ òîïî÷íûõ è òåïëîóòèëèçàöèé-
íèõ óñòðîéñòâ òåõíîëîãè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ
ìîæíî îðèåíòèðîâàòüñÿ íà ïðîöåññû ìåòàëëóð-
ãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà êàê íàèáîëåå ìàññîâûå.
Òîïî÷íûå ñèñòåìû è òåïëîóòèëèçàöèîííîå
îáîðóäîâàíèå ñîñòàâëÿþò êîíñåðâàòèâíóþ îò-
ðàñëü òåïëîýíåðãåòè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ. Îãíå-
òåõíè÷åñêèå óñòðîéñòâà, êîòîðûå â íàñòîÿùåå
âðåìÿ ïðåäëàãàþòñÿ âåäóùèìè ìèðîâûìè ðàçðà-
áîò÷èêàìè è ïðîèçâîäèòåëÿìè ñîîòâåòñòâóþùåé
òåõíèêè, îïðåäåëèëèñü åùå â 1980–1990-å ãã. Íà-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 55
Ïðîâåäåíî ñèñòåìíèé àíàë³ç ñó÷àñíèõ òåíäåíö³é óäîñêîíàëåííÿ ä³þ÷èõ òà ñòâîðåííÿ
íîâèõ òîïêîâèõ òà òåïëîóòèë³çàö³éíèõ ïðèñòðî¿â âèñîêîòåìïåðàòóðíèõ àãðåãàò³â, âè-
êîíàíî îö³íêó ¿õíüî¿ åíåðãåòè÷íî¿ åôåêòèâíîñò³. Îñíîâí³ çàñàäè óäîñêîíàëåííÿ ñèñ-
òåì îïàëåííÿ ñïðÿìîâàí³ íà åêîíîì³þ ïàëèâà, ñêîðî÷åííÿ ÷àñó îáðîáêè ÷îðíèõ òà
êîëüîðîâèõ ìåòàë³â ³ ðåàë³çóþòüñÿ øëÿõîì çá³ëüøåííÿ ïîòåíö³àëó ïàëèâîîêèñëþâàëü-
íî¿ ñóì³ø³ ïðè âèñîêîòåìïåðàòóðíîìó ï³ä³ãð³â³ òà (àáî) çáàãà÷åíí³ ïîâ³òðÿ-îêèñëþâà÷à
êèñíåì. Ñó÷àñíó òåíäåíö³þ ñêëàäຠîá’ºäíàííÿ â îäíîìó àïàðàò³ ïàëüíèêîâèõ òà òåïëî-
îáì³ííèõ ïðèñòðî¿â ³ ðîçðîáêà íà ö³é îñíîâ³ ðåêóïåðàòèâíèõ òà ðåãåíåðàòèâíèõ ïàëü-
íèê³â, à òàêîæ ðàä³àö³éíèõ òðóá ç òàêèìè ïðèñòðîÿìè. Ïðè êðèòè÷íîìó àíàë³ç³ ñó÷àñ-
íîãî ñòàíó òîïêîâèõ òåõíîëîã³é ðîçãëÿíóò³ ðåêóïåðàòèâí³, ðåãåíåðàòèâí³ òà Oxy-fuel
ñèñòåìè ñïàëþâàííÿ ãàçîâîãî ïàëèâà â ïå÷àõ. Ïðîàíàë³çîâàíèé êîìïëåêñ ïåðåâàã, ùî
çàáåçïå÷óº Oxy-fuel ñïîñ³á ñïàëþâàííÿ ãàçó ïðè âèêîðèñòàíí³ DFI (Direct Flame Im-
pingement) òåõíîëî㳿. Øèðîêå âèçíàííÿ íàáóâ FLOX-ìåòîä ñïàëþâàííÿ ïàëèâ ð³çíîãî
ñêëàäó, ÿêèé ñïî÷àòêó îòðèìàâ ðîçïîâñþäæåííÿ ó çâ’ÿçêó ç åêîëîã³÷íèìè ïåðåâàãàìè, à
çãîäîì ³ çàâäÿêè òåïëîòåõí³÷íèì ïåðåâàãàì ìåòîäó. Ïðîâåäåíà îö³íêà åíåðãåòè÷íî¿
åôåêòèâíîñò³ ñó÷àñíèõ íàãð³âàëüíèõ ïå÷åé â ìåòàëóð㳿. Çíà÷åííÿ ÊÊÄ âèêîðèñòàííÿ
ïàëèâà �f ³ òåïëîòè �Í ïàëèâíèõ ïå÷åé ñë³ä ðîçãëÿäàòè ÿê ñèíåðãåòè÷í³ õàðàêòåðèñòèêè
óäîñêîíàëåííÿ êîíñòðóêö³¿ ïå÷³ â ö³ëîìó, à òàêîæ êîìá³íàö³¿ îêðåìèõ ñèñòåì (ïåðø çà
âñå, îïàëåííÿ, óòèë³çàö³¿ òåïëîòè, êîìï’þòåðèçîâàíîãî óïðàâë³ííÿ òåïëîâèì ðåæèìîì
òà ³í.), ç óðàõóâàííÿì âèáîðó ðåæèì³â òà ïàðàìåòð³â åêñïëóàòàö³¿ àãðåãàò³â.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: âèñîêîòåìïåðàòóðí³ àãðåãàòè, ãàçîâå ïàëèâî, DFI-òåõíîëî㳿, íà-
ãð³âàëüí³ ïå÷³, Oxy-fuel îïàëþâàëüí³ ñèñòåìè, ðåêóïåðàòèâí³ ïàëüíèêè, ðåãåíåðàòèâí³
ïàëüíèêè, òåïëîóòèë³çàö³éí³ ïðèñòðî¿, FLOX-ìåòîä ñïàëþâàííÿ.
Òàáëèöà 1. Ïðîèçâîäñòâî ñòàëè â 2010 ã.
¹¹
ï/ï Ñòðàíà Îáúåì ïðîèçâîäñòâà,
ìëí ò/ãîä
1 Êèòàé 626,6
2 ßïîíèÿ 109,6
3 ÑØÀ 80,5
4 Ðîññèÿ 67,9
5 Èíäèÿ 66,8
6 Þæíàÿ Êîðåÿ 58,5
7 Ãåðìàíèÿ 43,8
8 Óêðàèíà 33,5
9 Áðàçèëèÿ 32,8
10 Òóðöèÿ 29,0
ëè÷èå íîâûõ âîçìîæíîñòåé èõ íûíåøíèõ ìîäè-
ôèêàöèé ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîòîòèïàìè ïðîøëûõ
ëåò ïðåäîïðåäåëåíî ïðîãðåññîì â ðàçâèòèè
ñìåæíûõ çíàíèé è òåõíîëîãèé. Ñîçäàâàëèñü è
ïðèâëåêàëèñü íîâûå ìàòåðèàëû, âêëþ÷àÿ íàíî-
ìàòåðèàëû, óâåëè÷èâàëàñü ñòîéêîñòü ê âûñîêèì
òåìïåðàòóðàì è àäàïòàöèÿ ê íèì ñîîòâåòñòâóþ-
ùèõ òåïëîôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëè÷åñêèõ,
êåðàìè÷åñêèõ, âîëîêíèñòûõ, ìåòàëëîêåðàìè÷å-
ñêèõ èçäåëèé, èñïîëüçîâàëèñü íîâûå èçìåðè-
òåëüíûå ïðèáîðû, ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðå-
ãóëèðîâàíèÿ è óïðàâëåíèÿ, à òàêæå êîìïüþòåðè-
çèðîâàëèñü óñòàíîâêè â öåëîì. Óñîâåðøåíñòâî-
âàíèå òåõíèêè èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà âîçìîæíî
áëàãîäàðÿ äîñòèæåíèÿì õèìè÷åñêîé ôèçèêè ãî-
ðåíèÿ è âîçìîæíîñòÿì CFD-ìîäåëèðîâàíèÿ.
Ê ñîâðåìåííûì ñèñòåìàì ñæèãàíèÿ ïðåäú-
ÿâëÿþòñÿ îäíîâðåìåííî âûñîêèå ýíåðãåòè÷åñêèå
è ýêîëîãè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ, à ñèñòåìû óòèëè-
çàöèè òåïëîòû äîëæíû ïîâûøàòü ýôôåêòèâ-
íîñòü èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà â ïå÷àõ, òî åñòü
èõ ýíåðãåòè÷åñêèé ÊÏÄ ��  ñîîòâåòñòâèè ñ
òåîðåìîé Êàðíî, çíà÷åíèå ÊÏÄ ìîæåò á³òü
îöåíåíî ïî ôîðìóëå � = 1 � Ò2/Ò1(�) [4].
Ñ ýòîé öåëüþ íåîáõîäèìî ñëåäóþùåå:
— óâåëè÷åíèå âåðõíåãî ïîòåíöèàëà (Ò1)
ïðîöåññîâ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà, â äàííîì
ñëó÷àå òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû ãîðåíèÿ (Ò1
= ÒÒ) òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè çà ñ÷åò: à)
ïîäîãðåâà âîçäóõà ñãîðàíèÿ; á) îáîãàùåíèÿ âîç-
äóõà êèñëîðîäîì (Oxy-fuel burners);
— óìåíüøåíèå íèæíåãî ïîòåíöèàëà (Ò2)
óõîäÿùèõ ãàçîâ — òåìïåðàòóðû ïðîäóêòîâ ñãîðà-
íèÿ íà âûõîäå èç òåïëîâîãî àãðåãàòà (Ò2 = Òåõ).
Äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ òåìïåðàòóðíûõ ôàêòî-
ðîâ (Ò1 è Ò2), à òàêæå ïðè îïðåäåëåíèè ÊÏÄ
ïðîöåññîâ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü ëèáî òåïëîòåõíîëîãè÷åñêèé àãðåãàò
(òîïëèâíóþ ïå÷ü) îòäåëüíî — ñ ðàñ÷åòàìè ïî
õàðàêòåðèñòèêàì âõîäà è âûõîäà èç òîïî÷íîé
(òåõíîëîãè÷åñêîé) êàìåðû (â ñóùíîñòè, ïå÷è),
ëèáî êîìïëåêñ òîïëèâîèñïîëüçóþùåãî è òåïëîóòè-
ëèçàöèîííîãî àãðåãàòîâ, ñîâîêóïíîñòü «ïå÷ü —
óòèëèçàòîð òåïëîòû (ðåêóïåðàòîð, ðåãåíåðàòîð)»
(ðèñ.1). Ýòîò âîïðîñ àíàëèçèðóåòñÿ â ðàáîòå [5].
1.1. Ïðè ðàññìîòðåíèè ñàìîé ïå÷è, ðàáî-
òàþùåé ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè, âõîäíàÿ
ýíòàëüïèÿ òåïëîíîñèòåëÿ ñîñòîèò èç ïîëíîé ýí-
òàëüïèè ìàññîâûõ ïîòîêîâ òîïëèâà è îêèñëèòå-
ëÿ ñ ó÷åòîì èõ ñîñòàâà, ìàññîâîãî ñîîòíîøåíèÿ
êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ è òåìïåðàòóðû êàæäîãî èç
êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ íà âõîäå â ïå÷ü (ñîîòâåò-
ñòâåííî äëÿ âîçäóõà ãîðåíèÿ — çà ðåêóïåðàòî-
ðîì, ðåãåíåðàòîðîì). Èñõîäíàÿ ýíòàëüïèÿ Ig,2
ïðè ýòîì ðàññ÷èòûâàåòñÿ äëÿ ïîòîêà ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ ñ òåìïåðàòóðîé Tex = Tg,2 íà âûõîäå
èç ïå÷è (òîïî÷íîé èëè òåõíîëîãè÷åñêîé êàìå-
ðû). ÊÏÄ ïå÷è, îñíàùåííîé ðåêóïåðàòîðîì, ïî
èñïîëüçîâàíèþ òîïëèâà [6] ñîñòàâëÿåò ïðè ýòîì
�f,fur
g,T T g,2 g,T T g,2
g,T g*
�
�
�
��� ��
���
� �
��
( , ) ( , )a a1 1
,T*
�
, (1)
ãäå Ig,T(Ta,1), �Ig,T(Ta,1) — óäåëüíàÿ ýíòàëüïèÿ
è èçáûòî÷íàÿ óäåëüíàÿ ýíòàëüïèÿ 1 êã ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ ïðè òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå ãîðå-
íèÿ, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðå ïîäîãðå-
âà âîçäóõà Ta,1 íà âûõîäå èç ðåêóïåðàòîðà.
1.2. Ïðè ðàññìîòðåíèè ñèñòåìû «ïå÷ü —
óòèëèçàòîð òåïëîòû» ïåðåíîñ ýíåðãèè ìåæäó
ïå÷üþ è ðåêóïåðàòîðîì (ðåãåíåðàòîðîì) ñîñòàâ-
ëÿåò âíóòðåííèé ïðîöåññ è íå ó÷èòûâàåòñÿ ïðè
îïðåäåëåíèè ÊÏÄ. Âõîäíàÿ ýíòàëüïèÿ ïðè
ýòîì ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî õàðàêòåðèñòèêàì òîïëè-
âà è îêèñëèòåëÿ ñíàðóæè ïå÷è (òî åñòü äëÿ âîç-
äóõà ãîðåíèÿ (îêèñëèòåëÿ) äëÿ óñëîâèé âíåø-
íåé ñðåäû), à èñõîäíîé ýíòàëüïèåé Ig,3 ÿâëÿåò-
ñÿ ýíòàëüïèÿ ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ ñ òåìïåðàòó-
ðîé Tg,3 çà ðåêóïåðàòîðîì (ðåãåíåðàòîðîì).
 ñëó÷àå ðàññìîòðåíèÿ ñèñòåìû «ïå÷ü —
ðåêóïåðàòîð» ÊÏÄ ñèñòåìû ïî èñïîëüçîâàíèþ
òåïëîòû ñîñòàâëÿåò
�f,syst
g,T T g,3 T
g,T
g,T g,3
*
�
�
�
��� ��
���
� �
��
( , ) ( ),a a0 0
g,T*
�
,(2)
ãäå Ig,T(Ta,0), �Ig,T(Ta,0) — óäåëüíàÿ ýíòàëüïèÿ
è èçáûòî÷íàÿ óäåëüíàÿ ýíòàëüïèÿ 1 êã ïðîäóê-
òîâ ñãîðàíèÿ ïðè òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå ãî-
ðåíèÿ ÒÒ(Òà,0), êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò óñëîâèÿì
âíåøíåé ñðåäû äëÿ êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ, òî
åñòü îòñóòñòâèþ ïîäîãðåâà âîçäóõà (óñëîâèÿ íà
âõîäå â ðåêóïåðàòîð).
56 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Ðèñ.1. Ñõåìà èäåàëüíîé ñèñòåìû «ïå÷ü — ðåêóïåðàòîð» äëÿ
îöåíêè ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ òîï-
ëèâà. Ïðè ðàññìîòðåíèè ïå÷è Ta,in = Ta,1, è ñèñòåìû «ïå÷ü
— ðåêóïåðàòîð» Ta,in = Ta,0.
 óðàâíåíèÿõ (1) è (2) �I*g,T* — óäåëüíàÿ
èçáûòî÷íàÿ ýíòàëüïèÿ 1 êã ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
òîïëèâà ñ âîçäóõîì ïðè ñòåõèîìåòðè÷åñêîì ñî-
îòíîøåíèè è ïðè ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ äëÿ èñ-
õîäíîé òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè. Ëåãêî ïî-
êàçàòü, ÷òî
�fur = �syst (3)
â óñëîâèÿõ «èäåàëüíîãî» ðåêóïåðàòîðà, òî åñòü
ðåêóïåðàòîðà áåç ïîòåðü òåïëîòû �H,rec = 100 %,
êîãäà ðàñõîäû òåïëîòû ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ ðàâíÿ-
þòñÿ ïðèðîñòó ýíòàëüïèè âîçäóøíîãî ïîòîêà, èäó-
ùåãî íà ãîðåíèå
�Ig,2 – �Ig,3 = Ig,2 – Ig,3 = �Ia, (4)
ãäå �Ia — ïðèðîñò ýíòàëüïèè ìàññîâîãî âîçäóø-
íîãî ïîòîêà, ñîîòâåòñòâóþùèé 1 êã ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ (� �st (1 + � �st)
–1) ïðè åãî ïîäîãðåâå
íà �Òà = Òà,1 – Òà,0. Îáû÷íî
�Ig,T(Ta,I) – �Ig,T(Ta,0) =
Ig,T(Ta,1) – Ig,T(Ta,0) = �Ia, (5)
÷òî ñëåäóåò èç îñíîâíîãî ïðèíöèïà îïðåäåëåíèÿ
òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû ãîðåíèÿ: ïîëíàÿ ýí-
òàëüïèÿ èñõîäíûõ êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ (òîïëè-
âî + îêèñëèòåëü) ïðè ñâîèõ ìàññîâûõ ïîòîêàõ è
íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ ðàâíÿþòñÿ ïîëíîé ýíòàëü-
ïèè ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ ïðè òåîðåòè÷åñêîé òåì-
ïåðàòóðå ãîðåíèÿ [7], òî åñòü
� � � ; � � �mf If,in m I ,in mg Ig,T mg mf m� � � �a a a, (6)
ãäå � � �mf ,m , mga — ìàññîâûå ïîòîêè ñîîòâåòñò-
âåííî òîïëèâà, âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ è ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ; If,in, Ia,in, Ig,T — óäåëüíûå ìàññîâûå
(äëÿ 1 êã) ïîëíûå ýíòàëüïèè òîïëèâà, âîçäó-
õà-îêèñëèòåëÿ ïðè ñâîèõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ è
ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ ïðè òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðà-
òóðå ãîðåíèÿ.
Äåéñòâèòåëüíî, çàìåíèâ â (2) çíà÷åíèå Ig,3
è Ig,T(Òà,0) ñ èñïîëüçîâàíèåì (4) è (5), à òàêæå
(1), ïîëó÷èì
�
� �
f,syst
g,T g,2
g,T
g,T
T
T
*
�
� � �
�
�
� � � �
��
�
�
( )
( )
,
,
a
a
1
0
a a
�
�
�
���
g,2
g,T
f,fur
*
� .
Ñ èñïîëüçîâàíèåì (5) è (6) ìîæíî ïîëó-
÷èòü çíà÷åíèå �²à:
�
�
�
I
m
mg
I ,I I ,0
st Ia
a
a a a� � �
�
�
�
( )
�
�
�
1
, (7)
ãäå �²à — óäåëüíàÿ èçáûòî÷íàÿ ýíòàëüïèÿ 1 êã
âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ; �st — ìàññîâûé ñòåõèîìåò-
ðè÷åñêèé êîýôôèöèåíò «âîçäóõ ñãîðàíèÿ : òîï-
ëèâî»; � — êîýôôèöèåíò èçáûòêà âîçäóõà.
Òàêèì îáðàçîì, äîêàçàíî, ÷òî îöåíêà ÊÏÄ
èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ ïî
ðàñ÷åòàì äëÿ ñàìîé ïå÷è èëè ñèñòåìû «ïå÷ü —
ðåêóïåðàòîð» ñ ïîëó÷åíèåì îäèíàêîâîãî ðå-
çóëüòàòà. Åäèíñòâåííûì óñëîâèåì ÿâëÿåòñÿ
ïðàâèëüíûé âûáîð îïðåäåëÿþùèõ õàðàêòåðè-
ñòèê ïîòîêîâ òåïëîíîñèòåëÿ.
Ïðè ñðàâíåíèè ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òåïëî-
òû �Í èìååò çíà÷åíèå, ðàññìàòðèâàåòñÿ îòäåëü-
íî ïå÷ü èëè ñèñòåìà «ïå÷ü — ðåêóïåðàòîð».
 ïåðâîì ñëó÷àå ÊÏÄ �Í,fur ïðåäñòàâëÿåò-
ñÿ â âèäå
�H,fur
g,T T g,2
g,T T
g,2
g,T T
�
�
� �
�� ��
��
��
��
( , )
( , ) (
a
a
1
1
1
a, )1
(8)
Äëÿ ñëó÷àÿ «ïå÷ü — ðåêóïåðàòîð»
�H,syst
g,T T g,3
g,T T
g,3
g,T
�
�
� �
�� ��
��
��
��
( , )
( , ) (
a
a
0
0
1
Ta, )0
. (9)
Ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðåâðàùåíèé ñ ó÷åòîì
âûðàæåíèé (4) è (5) ïîëó÷èì
�
�
�
H,syst
g,2
g,T
g,2
g,TT T
� �
�
�
�1 1
1
�� �
�� �
��
��
a
a a a( ) (, , )1
, (10)
òî åñòü
�Í,syst > �Í,fur, (11)
÷òî îçíà÷àåò áîëåå âûñîêóþ ñòåïåíü èñïîëüçîâàíèÿ
òåïëîòû â ñëó÷àå ñèñòåìû «ïå÷ü — ðåêóïåðàòîð».
Îáû÷íî â ñëó÷àå îòñóòñòâèÿ óòèëèçàòîðîâ
òåïëîòû (íàïðèìåð, ïðè ñæèãàíèè òîïëèâà ñ
êèñëîðîäîì (Îxy-fuel system)) â êà÷åñòâå ïî-
ëåçíî èñïîëüçóåìîé ýíòàëüïèè ðàññìàòðèâàåòñÿ
ðàçíèöà ïîëíûõ ýíòàëüïèé ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ
ïðè Ò1 = ÒÒ (òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå ãîðå-
íèÿ Îxy-fuel ñìåñè) è ïðè Ò2 = Òåõ — òåìïåðà-
òóðå ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ íà âûõîäå èç òîïî÷-
íîé (òåõíîëîãè÷åñêîé) êàìåðû ïå÷è.
2. Ñïîñîáû óâåëè÷åíèÿ ïîòåíöèàëà
òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû ñæèãàíèÿ ãàçà â âû-
ñîêîòåìïåðàòóðíûõ òîïëèâíûõ ïå÷àõ îòëè÷àþò-
ñÿ èñïîëüçîâàíèåì íîâûõ êîíñòðóêöèîííûõ è
òåïëîèçîëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ, ñòîéêèõ ê äåé-
ñòâèþ òåìïåðàòóð äî 1000 �Ñ è âûøå, êîìïüþ-
òåðèçîâàííûõ ñèñòåì ïîäà÷è ïîòîêîâ êîìïîíåí-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 57
òîâ ãîðåíèÿ â óñëîâèÿõ ðåãóëèðîâàíèÿ ñîîòíî-
øåíèÿ «îêèñëèòåëü : òîïëèâî», à òàêæå êîíñò-
ðóêöèé êàìåð ñæèãàíèÿ (ãîðåëî÷íûõ òîííå-
ëåé), êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ óñòîé-
÷èâîñòü ãîðåíèÿ â óñëîâèÿõ âàðüèðîâàíèÿ òåï-
ëîâîé ìîùíîñòè â øèðîêîì äèàïàçîíå. Ïîíÿò-
íî, ÷òî îáåñïå÷åíèå ýêñïëóàòàöèîííûõ òðåáîâà-
íèé, ëåãêîñòè ìîíòàæà àâòîìàòèçèðîâàííûõ ãî-
ðåëîê ÿâëÿåòñÿ ñóùåñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêîé
ñîîòâåòñòâóþùèõ óíèâåðñàëüíûõ è ñïåöèàëèçè-
ðîâàííûõ òîïî÷íûõ ñèñòåì (íàïðèìåð, òàêèõ,
íàçíà÷åíèåì êîòîðûõ ìîæåò áûòü îòîïëåíèå
ìíîãèõ òèïîâ ïå÷åé äëÿ ðàçíîîáðàçíûõ ïðîèç-
âîäñòâ èëè ïå÷åé è ñóøèëüíûõ àãðåãàòîâ) [8].
 ïîñëåäíèå ãîäû òðåáîâàíèÿ îõðàíû îêðó-
æàþùåé ñðåäû è ñîõðàíåíèÿ êëèìàòà ïëàíåòû
(ïðåäóïðåæäåíèå ãëîáàëüíîãî ïîòåïëåíèÿ),
ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå äèíàìè÷íî
ðàñòóùèìè. Âûïîëíåíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ íà-
öèîíàëüíûõ è ìåæäóíàðîäíûõ íîðìàòèâîâ ïðè-
âîäèò ê ñîçäàíèþ âñå áîëåå ñëîæíûõ ãîðåëî÷-
íûõ óñòðîéñòâ, ðåàëèçóþùèõ íîâûå ñïîñîáû
ãîðåíèÿ è âëèÿíèÿ íà òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ,
ïðèâëå÷åíèå íåòðàäèöèîííûõ òîïëèâ, â ÷àñòíî-
ñòè, ðàñòèòåëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ.
Ïðè ýòîì òèïû (êëàññû) ãîðåëîê, êîòîðûå
ïðîäâèãàþòñÿ íà ðûíêå, óñòîÿëèñü. Îòìåòèì,
íå ïðèáåãàÿ ê ñèñòåìíîé êëàññèôèêàöèè óñò-
ðîéñòâ ïî îòäåëüíûì ïðèçíàêàì, ÷òî íà ìåæäó-
íàðîäíîé âûñòàâêå THERMPROCESS 2011,
Äþññåëüäîðô, Ãåðìàíèÿ, áûëè ïðåäñòàâëåíû
òðàäèöèîííûå òèïû ãîðåëîê: 1) ïëîñêîïëàìåí-
íûå; 2) èìïóëüñíûå è âûñîêîñêîðîñòíûå; 3) ðå-
ãåíåðàòèâíûå; 4) Low NÎx (< 70 ìëí–1), à òàê-
æå ãîðåëêè àãëîìåðàöèîííîãî ïðîèçâîäñòâà, ñïå-
öèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ: ïîäæèãàþùèå óñòðîéñòâà
è ïîääåðæèâàþùèå (äåæóðíûå) ãîðåëêè [9].
Îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé íûíåøíåãî ïåðèîäà
ÿâëÿåòñÿ ñîåäèíåíèå â îäíîé ãîðåëêå ÷åðò (õà-
ðàêòåðèñòèê), êîòîðûå îòíîñÿòñÿ êàê îïðåäå-
ëÿþùèå ê äâóì è äàæå òðåì îòìå÷åííûì êëàñ-
ñàì ãîðåëîê. Ïðåæäå âñåãî ýòî îòíîñèòñÿ ê ðå-
êóïåðàòèâíûì èëè ðåãåíåðàòèâíûì íèçêîýìèñ-
ñèîííûì ãîðåëêàì èëè äàæå òàêîé êîìáèíàöèè,
êàê ïëîñêîïëàìåííûå è ðåãåíåðàòèâíûå óñòðîé-
ñòâà (íà ïåðâûé âçãëÿä, ìàëî ñîâìåñòèìûå ïî
ñâîèì îïðåäåëÿþùèì ÷åðòàì) [10].
2.1. Èñïîëüçîâàíèå ïå÷åé
ñ óòèëèçàòîðàìè òåïëîòû
Ðàçðàáîòàíû ðàçíîîáðàçíûå òèïû óòèëèçà-
òîðîâ òåïëîòû, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ óðîâíåì
òåìïåðàòóð ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäîãðåâà âîçäó-
õà ãîðåíèÿ è (èëè) òîïëèâà: öåíòðàëèçîâàííûå
ðåêóïåðàòîðû, îáùèå äëÿ âñåõ ãîðåëîê ïå÷è
èëè îòäåëüíûõ çîí; öåíòðàëèçîâàííûå ðåãåíå-
ðàòîðû, îáùèå äëÿ âñåõ ãîðåëîê ïå÷è èëè îò-
äåëüíûõ çîí; èíäèâèäóàëüíûå ðåêóïåðàòîðû
äëÿ ãîðåëîê (ðåêóïåðàòèâíûå ãîðåëêè); èíäè-
âèäóàëüíûå ðåãåíåðàòîðû äëÿ ãîðåëîê (ïàðíûå
ðåãåíåðàòèâíûå ãîðåëî÷íûå ñèñòåìû). Ïðèìå-
ðîì ïîñëåäíèõ ìîæåò ñëóæèòü ñåðèÿ òèïîðàç-
ìåðîâ ðåãåíåðàòèâíûõ ãîðåëîê ôèðìû «Bloom
Engineering» ìîùíîñòüþ îò 100 äî 10000 êÂò,
âêëþ÷àÿ ãîðåëêè ñ ñóïåðíèçêèìè âðåäíûìè âû-
áðîñàìè: «ultra low NOx
TM» è «1150 ultra
NOx
TM» regenerative Brenner [11].
2.1.1. Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ñðàâíåíèå ýíåð-
ãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïå÷åé ñ èñïîëüçîâàíè-
åì ïåðå÷èñëåííûõ òåïëîóòèëèçàöèîííûõ óñò-
ðîéñòâ. Íà ðèñ.2 [12] ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè
ÊÏÄ ïå÷è îò òåìïåðàòóðû óõîäÿùèõ ãàçîâ äëÿ
ãîðåëîê (òåïëîóòèëèçàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ)
ïåðå÷èñëåííûõ òèïîâ, à íà ðèñ.3 [10] ñîîòâåòñò-
âóþùåå ñðàâíåíèå ïðåäñòàâëåíî â ôîðìå íåîáõî-
äèìîãî ïîäâîäà ýíåðãèè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îäèíà-
êîâîãî ïîëåçíîãî òåïëîâîñïðèÿòèÿ.
Íà ðèñ.4 [13] ñîïîñòàâëåíû äàííûå îòíîñè-
òåëüíî âîçìîæíîñòåé ðåãåíåðàòèâíîãî ïîäîãðå-
âà âîçäóõà â ñðàâíåíèè ñ ðåêóïåðàòèâíûì. Â
ïåðâîì ñëó÷àå òåìïåðàòóðà ïîäîãðåâà âîçäó-
õà-îêèñëèòåëÿ Òà ÿâëÿåòñÿ ñâÿçàííîé ñ òåìïåðà-
òóðîé â ïå÷è (óõîäÿùèõ ãàçîâ), î ÷åì ñâèäå-
òåëüñòâóåò îòñóòñòâèå ïðåäûäóùèõ íåïîñðåäñò-
âåííûõ óêàçàíèé íà òåìïåðàòóðó Òà. Äëÿ ñëó-
÷àÿ ðåêóïåðàòèâíîãî ïîäîãðåâà ïðèâåäåíû äàí-
íûå ïðè óñëîâèè Òà = 723 Ê (450 �Ñ) = const.
Ïîíÿòíî, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåãåíåðà-
òèâíûõ ãîðåëîê â ïå÷àõ óðîâåíü òåìïåðàòóð Òà
çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû â ðàáî÷åì ïðîñòðàíñòâå
ïå÷è [10], òî åñòü îò ðàñïîëîæåíèÿ ãîðåëîê
(çîí ïå÷è — äëÿ ïå÷åé íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ:
òîëêàòåëüíûõ, ñ øàãàþùèì ïîäîì, ñ âðàùàþ-
ùèìñÿ ïîäîì) èëè âî âðåìåíè (â õîäå öèêëà
58 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Ðèñ.2. Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà (�f) îò
òåìïåðàòóðû óõîäÿùèõ ãàçîâ ïåðåä óòèëèçàòîðîì òåïëîòû
Tg,ex (ïî äàííûì J.G.Wuenning, A.Milani, 2007) [12].
Çàøòðèõîâàííûå îáëàñòè: 1 — ðåãåíåðàòèâíàÿ ãîðåëêà; 2 —
ðåêóïåðàòèâíàÿ ãîðåëêà; 3 — öåíòðàëüíûé âñòðîåííûé òåï-
ëîîáìåííèê, ! = Ta/Òg,åõ.
òåïëîâîé îáðàáîòêè — äëÿ ïå÷åé ïåðèîäè÷åñêî-
ãî äåéñòâèÿ, íàïðèìåð, êàìåðíûõ, íàãðåâàòåëü-
íûõ èëè òåðìè÷åñêèõ).
Ïðè ýòîì â ïå÷àõ íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ
Òà ñîîòâåòñòâóåò ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ìåñò-
íîìó çíà÷åíèþ òåìïåðàòóðû, ïîñêîëüêó ïåðåòå-
êàíèå ãàçîâ (ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ) èç çîíû â çî-
íó îáû÷íî ñîñòàâëÿåò ëèøü 10 % îáùèõ âûáðî-
ñîâ ãàçîâ èç ðàññìàòðèâàåìîé çîíû [13].
Äëÿ ñëó÷àÿ öåíòðàëèçîâàííûõ ðåêóïåðàòî-
ðîâ ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå Òà çàâèñèò îò òåìïåðà-
òóðû íà âûõîäå èç ïå÷è Òåõ.
2.1.2. Êîìïàíèÿ «Bloom Engineering
(Europa) GMBH, Dusseldorf, Germany» ïðèîá-
ðåëà çíà÷èòåëüíûé îïûò èñïîëüçîâàíèÿ ðåãåíå-
ðàòèâíûõ ãîðåëî÷íûõ ñèñòåì íà ïå÷àõ ðàçíîãî
íàçíà÷åíèÿ è óðîâíÿ ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð â
óñëîâèÿõ ñîâðåìåííîãî ñòðîèòåëüñòâà è ðåêîí-
ñòðóêöèè àãðåãàòîâ [13]. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ çà-
ôèêñèðîâàíî ñîêðàùåíèå ðàñõîäà òîïëèâà â
ñèñòåìàõ ñ ðåãåíåðàòèâíûì ïîäîãðåâîì îêèñëè-
òåëÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ èñïîëüçîâàíèåì õîëîäíîãî
âîçäóõà, à òàêæå âîçäóõà, ïîäîãðåòîãî â ðåêó-
ïåðàòîðå. Îòìå÷àåòñÿ, ÷òî â áóäóùåì ñóùåñò-
âåííî ñîêðàòèòñÿ ñðîê îêóïàåìîñòè áëàãîäàðÿ
ýêîíîìèè äî 25 % òîïëèâà ïî ñðàâíåíèþ ñî
ñëó÷àåì îáùåãî öåíòðàëüíîãî ðåêóïåðàòîðà è
äî 45 % ïî ñðàâíåíèþ ñ ýêñïëóàòàöèåé ãîðåëîê
íà õîëîäíîì âîçäóõå. Óìåíüøåíèå ðàñõîäà òîï-
ëèâà ñîïðîâîæäàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì ñîêðà-
ùåíèåì âûáðîñîâ ÑÎ2.
Ñèñòåìû ðåãåíåðàöèè òåïëîòû ñ ñîîòâåòñòâóþ-
ùèìè ãîðåëêàìè èñïîëüçóþòñÿ â ïå÷àõ êàìåðíîãî
òèïà (ïåðèîäè÷åñêîãî äåéñòâèÿ) è ïðîõîäíûõ ïå-
÷àõ (íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ).  ïåðâîì ñëó÷àå
ïîòåíöèàë ýíåðãî- è òîïëèâîñáåðåæåíèÿ ðàññ÷èòû-
âàåòñÿ êàê ñðåäíåâçâåøåííàÿ ñóììà ýêîíîìèè â
îòäåëüíûå ïåðèîäû òåïëîâîé îáðàáîòêè.
Äëÿ ïå÷åé íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ (ñ øà-
ãàþùèì ïîäîì, òîëêàòåëüíûõ, ñ âðàùàþùèìñÿ
ïîäîì) äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí ýíåðãåòè÷åñêèé
áàëàíñ êàæäîé èç çîí è âçàèìíîå âëèÿíèå çîí.
Ïðè ýòîì ñëåäóåò ïðèíÿòü âî âíèìàíèå, ÷òî ïðè
ïåðåñòðîéêå ïå÷íîé çîíû íà èñïîëüçîâàíèå ðå-
ãåíåðàòèâíûõ ãîðåëîê ëèøü 10 % ãîðÿ÷èõ óõî-
äÿùèõ ãàçîâ ñ òåìïåðàòóðîé, áëèçêîé ê òåõíî-
ëîãè÷åñêîé, íàïðàâëÿåòñÿ â äûìîâóþ òðóáó.
Îñíîâíîé îáúåì ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ âû-
áðàñûâàåòñÿ èç ïå÷è ÷åðåç èíäèâèäóàëüíûå ðå-
ãåíåðàòîðû ãîðåëîê, èìåÿ íà âûõîäå (çà ðåãåíå-
ðàòîðîì) òåìïåðàòóðó ïðèáëèçèòåëüíî íèæå
300 �Ñ [10, 13] èëè äàæå äî 200 �Ñ [13].
Ó÷èòûâàÿ ýòè îáñòîÿòåëüñòâà, ýíåðãåòè÷å-
ñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïå÷åé ñ ðåãåíåðàòèâíûìè
ãîðåëêàìè îáû÷íî îñòàåòñÿ âûñîêîé ñ ÊÏÄ èñ-
ïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà �f " 80 % [13, 14] âî âñåì
òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå âîçìîæíûõ ðàáî÷èõ
òåìïåðàòóð íàãðåâàòåëüíûõ è òåðìè÷åñêèõ ïå-
÷åé (700–1260 �Ñ) [10]. Èäåò ðå÷ü î òîì, ÷òî
îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ ðåãåíåðàòèâíûõ ãîðåëîê
ÿâëÿåòñÿ î÷åíü øèðîêîé, âêëþ÷àÿ, êðîìå íàãðå-
âàòåëüíûõ ïå÷åé, ïå÷è ïëàâèëüíûå [15] è òåð-
ìè÷åñêèå [16].  ñðåäíåì òåìïåðàòóðà ïîäîãðå-
âà âîçäóõà â ïå÷àõ ñ ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêà-
ìè äëÿ ïëàâëåíèÿ àëþìèíèÿ íà 150 �Ñ íèæå
òåìïåðàòóðû ïå÷è, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò ñâûøå
22 % ýêîíîìèè ýíåðãèè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïå÷üþ ñ
öåíòðàëüíûì ðåêóïåðàòîðîì, êîãäà ïîäîãðåâ
âîçäóõà ñîñòàâëÿåò 450 �Ñ ïðè òåìïåðàòóðå â
ïå÷è 1100 �Ñ [15]. Òåðìè÷åñêèå íàãðåâàòåëüíûå
ïå÷è âåðòèêàëüíûõ ëèíèé ãàëüâàíèçàöèè ïîëî-
ñû íà çàâîäå Saltzgitter îáîðóäîâàíû Ð- è
W-îáðàçíûìè ðàäèàöèîííûìè òðóáàìè ñ ðåêó-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 59
Ðèñ.3. Ïîòåíöèàë ñîêðàùåíèÿ ðàñõîäîâ ýíåðãèè è òîïëèâà
(çàøòðèõîâàííàÿ îáëàñòü) â óñëîâèÿõ ñæèãàíèÿ ïðèðîäíîãî
ãàçà â íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è ñ óðîâíåì òåìïåðàòóð 1200 �Ñ äëÿ
óäåëüíîãî ïîëåçíîãî òåïëîâîñïðèÿòèÿ 1 ÌÂò (íåçàøòðèõî-
âàííàÿ îáëàñòü): 1 — ïðè îòñóòñòâèè ïîäîãðåâà âîçäóõà-
îêèñëèòåëÿ; 2 — ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåêóïåðàòîðà ñ òåìïåðà-
òóðîé ïîäîãðåâà âîçäóõà 450 �Ñ; 3 — ïðè èñïîëüçîâàíèè ðå-
ãåíåðàòîðà ñ òåìïåðàòóðîé ïîäîãðåâà âîçäóõà 1000 �Ñ.
Ðèñ.4. Ñðàâíèòåëüíàÿ îöåíêà çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ïå÷åé (òîïî÷-
íûõ êàìåð) îò òåìïåðàòóðû ïå÷è ñ ðàçíîé ñèñòåìîé óòèëèçà-
öèè òåïëîòû óõîäÿùèõ ãàçîâ [13, 14]: 1 — ñ ðåãåíåðàòèâíûìè
ãîðåëêàìè; 2 — ñ ðåêóïåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè; 3 — ýêîíîìèÿ
ýíåðãèè äëÿ ñèñòåìû (1) ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèñòåìîé (2).
ïåðàòèâíûìè èëè ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè.
Òåìïåðàòóðà íàãðåâà ïîëîñû ïðè òåðìîîáðàáîò-
êå ñîñòàâëÿåò 720–830 �Ñ, ïîñëå ÷åãî îíà ïîä-
äàåòñÿ ñêîðîñòíîìó îõëàæäåíèþ.
Äëÿ ôîðìóëèðîâêè âûâîäîâ îòíîñèòåëüíî
ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðåãåíåðàòèâíûõ
è ðåêóïåðàòèâíûõ ãîðåëî÷íûõ ñèñòåì â óñëîâè-
ÿõ ðàçíûõ ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð â ïå÷è (ìîäåëè-
ðîâàíèå ðàçíûõ òèïîâ ïå÷åé), âîñïîëüçóåìñÿ
ñðàâíèòåëüíûìè äàííûìè [14] (òàáë.2).
Ðàññìîòðåíèå òàáë.2 óêàçûâàåò íà ïðåèìó-
ùåñòâà èñïîëüçîâàíèÿ ðåãåíåðàòèâíûõ ãîðåëî÷-
íûõ ñèñòåì, ó÷èòûâàÿ ýêîíîìèþ ýíåðãèè (òîïëè-
âà) ïåðåä ðåêóïåðàòèâíûìè ñèñòåìàìè, îñîáåííî
â îáëàñòè âûñîêèõ òåìïåðàòóð è ñîîòâåòñòâóþ-
ùèõ ðåæèìîâ ýêñïëóàòàöèè ïå÷åé.  óñëîâèÿõ
ìàêñèìàëüíûõ òåìïåðàòóð ðàáîòû êóçíå÷íîé êà-
ìåðíîé ïå÷è (1250 �Ñ è âûøå) ìîæíî â ïåðâîì
ñëó÷àå îáåñïå÷èòü ïî÷òè 30 %-þ ýêîíîìèþ òîï-
ëèâà â ïå÷è ñ ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè ïî
ñðàâíåíèþ ñ ïå÷üþ, êîòîðàÿ îòàïëèâàåòñÿ ïðè
ïîìîùè ðåêóïåðàòèâíûõ ãîðåëîê, èëè áîëåå ÷åì
âäâîå óìåíüøèòü ðàñõîä ïðèðîäíîãî ãàçà ïî
ñðàâíåíèþ ñî ñëó÷àåì, êîãäà óòèëèçàöèÿ òåïëî-
òû óõîäÿùèõ ãàçîâ âîîáùå íå ïðåäóñìîòðåíà. Â
îáëàñòè óìåðåííûõ òåìïåðàòóð (äî 750–800 �Ñ)
ñèñòåìà ñ ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè ïîçâîëÿåò
ýêîíîìèòü ñîîòâåòñòâåííî 11 è 21 % òîïëèâà â
ñðàâíåíèè ñ ïå÷üþ, îáîðóäîâàííîé ðåêóïåðàòèâ-
íûìè ãîðåëêàìè, è â ñëó÷àå îòñóòñòâèÿ ëþáîé
óòèëèçàöèè òåïëîòû. Îáîáùåííûé ïî öèêëó
ïå÷íîé îáðàáîòêè ýôôåêò ýêîíîìèè òîïëèâà —
ñðåäíèé ìåæäó ïðèâåäåííûìè ïðèìåðàìè âûñî-
êî- è íèçêîòåìïåðàòóðíîé îáðàáîòêè ìåòàëëà.
 êà÷åñòâå îáîáùåíèÿ ìîæíî ðàññìàòðè-
âàòü äàííûå, ñâåäåííûå â òàáë.3, â êîòîðîé
ñóììèðîâàíû ðåçóëüòàòû ïî öèêëó íàãðåâà â
íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è êóçíå÷íîãî ïðîèçâîäñòâà ñ
ðàçíûìè ñèñòåìàìè îòîïëåíèÿ [14]. Â òàêîé ïå-
÷è ñ ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè óäàåòñÿ ñîêðà-
òèòü ðàñõîä ïðèðîäíîãî ãàçà íà 23 % ïî ñðàâíå-
íèþ ñ îòîïëåíèåì ïå÷è ïðè ïîìîùè ðåêóïåðà-
òèâíûõ ãîðåëîê è íà 40 % â ñðàâíåíèè ñ ïå÷üþ
áåç óòèëèçàöèè òåïëîòû, ãäå ïðèðîäíûé ãàç
ñæèãàåòñÿ ñ õîëîäíûì âîçäóõîì.
Óêàçàííûå ïîêàçàòåëè ýêîíîìèè ýíåðãèè
òîïëèâà ïðè ïîäîãðåâå âîçäóõà ãîðåíèÿ ôèêñè-
ðîâàëèñü íå æåñòêî. Îíè ìîãóò â îïðåäåëåííîé
ìåðå ìåíÿòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò òàêèõ ïðèçíà-
êîâ: âèä òîïëèâà, âëèÿþùåãî ÷åðåç ìàêñèìàëü-
íóþ (òåîðåòè÷åñêóþ, àäèàáàòíóþ) òåìïåðàòóðó
ãîðåíèÿ; òèï ïå÷è (íåïðåðûâíîãî, ïåðèîäè÷å-
ñêîãî äåéñòâèÿ) è åå íàçíà÷åíèå (îïðåäåëÿåò
òåìïåðàòóðíûé óðîâåíü ïðîöåññà); êîýôôèöè-
åíò èçáûòêà âîçäóõà (âëèÿåò íà òåìïåðàòóðó ãî-
ðåíèÿ è âêëàä òåïëîñîäåðæàíèÿ (ýíòàëüïèè)
âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ â îáùóþ ýíåðãèþ òîïëèâî-
îêèñëèòåëüíîé ñìåñè).
 êà÷åñòâå ïðèìåðà íà ðèñ.3 ïðèâåäåí ïî-
òåíöèàë ñîêðàùåíèÿ ðàñõîäà ýíåðãèè ïðè ñæè-
ãàíèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ êîýôôèöèåíòîì èçáûò-
êà âîçäóõà � = 1,1 â óñëîâèÿõ èñïîëüçîâàíèÿ
60 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Òàáëèöà 3. Ýêîíîìèÿ ýíåðãèè ïðè èñïîëüçîâà-
íèè ðåãåíåðàòèâíîé ãîðåëî÷íîé ñèñòåìû äëÿ
îòîïëåíèÿ êóçíå÷íîé ïå÷è ïðèðîäíûì ãàçîì
¹¹
ï/ï Õàðàêòåðèñòèêà Ýêîíî-
ìèÿ
1 Ïîëíûé ðàñõîä ïðèðîäíîãî ãàçà ïðè îòñóò-
ñòâèè ïîäîãðåâà âîçäóõà ãîðåíèÿ,
íì3/öèêë
9686
2 Ïîëíûé ðàñõîä òîïëèâà â ïå÷è ñ ðåãåíåðà-
òèâíûìè ãîðåëêàìè, íì3/öèêë
5815
3 Òî æå ñ ðåêóïåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè,
íì3/öèêë
7562
4 Ïîëíîå ýíåðãîñáåðåæåíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ
ñèñòåìîé áåç óòèëèçàöèè òåïëîòû ðåãåíåðà-
òèâíîé ñèñòåìû, %
40
5 Òî æå ðåêóïåðàòèâíîé ñèñòåìû, % 21,9
6 Ïîëíîå ýíåðãîñáåðåæåíèå ðåãåíåðàòèâíîé
ñèñòåìû ïî ñðàâíåíèþ ñ ðåêóïåðàòèâíîé, %
23,1
Òàáëèöà 2. Îöåíêà ýêîíîìèè ýíåðãèè ïðè ðàáîòå êóçíå÷íîé ïå÷è ïåðèîäè÷åñêîãî äåéñòâèÿ ñ
ðàçíûìè ãîðåëî÷íûìè ñèñòåìàìè (òîïëèâî — ïðèðîäíûé ãàç)
Õàðàêòåðèñòèêà
Ïåðåõîäíûå ðåæèìû
A B C D E F
Ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà ïå÷è, �Ñ 774 935 1109 1228 1287 1300
Ñðåäíèé ïîäîãðåâ âîçäóõà äëÿ ðåãåíåðàòèâíîé ñèñòåìû, �Ñ 519 773 959 1078 1137 1150
Ñðåäíèé ïîäîãðåâ âîçäóõà äëÿ ðåêóïåðàòèâíîé ñèñòåìû, �Ñ 266 366 428 450 450 450
ÊÏÄ ðåãåíåðàòèâíîé ñèñòåìû, % 87,4 86,0 84,6 83,3 82,6 82,5
ÊÏÄ ðåêóïåðàòèâíîé ñèñòåìû, % 77,6 69,9 63,2 57,7 54,5 53,8
Ýêîíîìèÿ ýíåðãèè ðåãåíåðàòèâíîé ñèñòåìû â ñðàâíåíèè ñ
ðåêóïåðàòèâíîé, %
11,6 18,2 23,9 27,6 29,2 29,6
Ýêîíîìèÿ ýíåðãèè ðåêóïåðàòèâíîé ñèñòåìû â ñðàâíåíèè ñ
îòñóòñòâèåì ïîäîãðåâà âîçäóõà, %
21,5 33,5 43,1 49,9 53,3 54,1
Ðàñõîä òîïëèâà ïðè îòñóòñòâèè ïîäîãðåâà âîçäóõà, íì3/÷ 2000 2000 1990 1796 1150 750
Ñðåäíèé ðàñõîä òîïëèâà äëÿ ðåãåíåðàòèâíîé ñèñòåìû, íì3/÷ 1571 1330 1131 901 537 345
Ñðåäíèé ðàñõîä òîïëèâà äëÿ ðåêóïåðàòèâíîé ñèñòåìû, íì3/÷ 1769 1636 1515 1300 814 528
ðåêóïåðàòîðà èëè ðåãåíåðàòîðà äëÿ óòèëèçàöèè
òåïëîòû óõîäÿùèõ ãàçîâ èç ïå÷è ñ óðîâíåì òåì-
ïåðàòóð 1200 �Ñ. Íà ýòîì ðèñóíêå óêàçàííîå
ðàñïðåäåëåíèå ñîñòàâëÿþùèõ ïðè óñëîâèè ïîä-
äåðæàíèÿ ïîëåçíîé ýíåðãèè (effective heat) —
1 ÌÂò, èëè îêîëî 33 % îáùåãî ðàñõîäà ýíåðãèè
â ïå÷è áåç óòèëèçàöèè òåïëîòû. Ýòèì ïðèìåðîì
äåìîíñòðèðóåòñÿ ñîêðàùåíèå ðàñõîäà òîïëèâà â
ïå÷è ñ ðåãåíåðàòîðîì ïðèáëèçèòåëüíî íà 30 %
ïî ñðàâíåíèþ ñ ïå÷üþ ñ ðåêóïåðàòîðîì è ïðè-
áëèçèòåëüíî âäâîå ïî ñðàâíåíèþ ñ ïå÷üþ áåç
ïîäîãðåâà âîçäóõà [10].
2.1.3. Íåñìîòðÿ íà ïðàêòè÷åñêè ïðèíÿòóþ
ïîçèòèâíóþ îöåíêó ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðåèìóùåñòâ,
êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò èñïîëüçîâàíèå ðåãåíåðàòèâ-
íûõ ãîðåëîê, íà íàø âçãëÿä, ýòè óñòðîéñòâà íå
ÿâëÿþòñÿ àáñîëþòíî óíèâåðñàëüíûìè. Ìû ñ÷èòà-
åì, ÷òî ñàì ïî ñåáå óðîâåíü òåìïåðàòóð çà ðåãåíå-
ðàòîðîì íå ìîæåò ñëóæèòü ìåðîé ýôôåêòèâíîñòè
èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà âíóòðè òåõíîëîãè÷åñêîãî
ïðîñòðàíñòâà ïå÷è, à ÿâëÿåòñÿ õàðàêòåðèñòèêîé
ñèñòåìû «ïå÷ü — óòèëèçàòîð òåïëîòû». Ó÷èòû-
âàÿ ýíåðãåòè÷åñêóþ ýôôåêòèâíîñòü, ïðÿìîå (íå-
ïîñðåäñòâåííîå) èñïîëüçîâàíèå òåïëîòû, ñæèãà-
íèå ïðè ðåàëèçàöèè òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà
(äàæå ïðè ñîõðàíåíèè òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèé)
âñåãäà áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì íåïðÿìîå, íàïðè-
ìåð, ñ ïîìîùüþ ïîäîãðåâà êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ
äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîäîãðåâà òåïëîíîñèòåëåé. Íî
ïîñêîëüêó â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ïîâûøàåòñÿ òåîðå-
òè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ãîðåíèÿ ÒÒ (âåðõíèé ïîòåí-
öèàë â çàêîíå Êàðíî), ðàññ÷èòàííûé ÊÏÄ ïå÷è
ðàñòåò.  êîíå÷íîì ñ÷åòå, îáà ñîîòâåòñòâóþùèõ
ôàêòîðà: ïîòåíöèàë òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè
è ýôôåêòèâíîñòü òåïëîìàññîîáìåíà â ïå÷íîì (òî-
ïî÷íîì) ïðîñòðàíñòâå — â ñîâîêóïíîñòè îïðåäå-
ëÿþò ðàñõîä òîïëèâà â ïå÷è.
Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ðàçâèòèå è õàðàêòåðè-
ñòèêè ôàêåëîâ íå ñîîòâåòñòâóþò ðàñïðåäåëåíèþ
è õàðàêòåðèñòèêàì òåïëîïðèåìíûõ ïîâåðõíî-
ñòåé, íå ñëåäóåò îæèäàòü âûñîêîé ýíåðãåòè÷å-
ñêîé ýôôåêòèâíîñòè ïå÷è, â òîì ÷èñëå îáîðóäî-
âàííîé ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè. Íèçêàÿ
èíòåíñèâíîñòü òåïëîîáìåíà â ïå÷è äàæå ïðè
óñëîâèè âûñîêîïîòåíöèàëüíîãî òåïëîíîñèòåëÿ
íå ìîæåò îáåñïå÷èòü ýêîíîìíîå èñïîëüçîâàíèå
òîïëèâà. Ó÷èòûâàÿ óñëîâèÿ è ýôôåêòèâíîñòü
ýêñïëóàòàöèè, ãîðåëêè ðåãåíåðàòèâíîãî òèïà
áîëåå ïðèñïîñîáëåíû äëÿ íàãðåâàòåëüíûõ êà-
ìåðíûõ ïå÷åé èëè ïðîõîäíûõ ñ íåáîëüøèì êî-
ëè÷åñòâîì çîí. Íàïðèìåð, áàçèðóÿñü íà ðåçóëü-
òàòàõ îñâîåíèÿ ïå÷åé äëÿ íàãðåâà çàãîòîâîê ïîä
çàêàëêó è îòïóñê, ñäåëàí âûâîä, ÷òî äëÿ òåðìè-
÷åñêèõ ïðîõîäíûõ ïå÷åé òðóáíîãî ïðîèçâîäñòâà
áîëåå öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü òðàäèöèîí-
íûå ãîðåëêè [17]. Ïî ìíåíèþ àâòîðîâ ïîñëåä-
íåé ðàáîòû, öåëåñîîáðàçíà âíóòðåííÿÿ â ïå÷è
óòèëèçàöèÿ òåïëîòû (â ðàçâèòîé ìåòîäè÷åñêîé
çîíå ïå÷è). Âûñêàçûâàåòñÿ ìûñëü î òîì, ÷òî
òåìïåðàòóðà óõîäÿùèõ èç ïå÷è ãàçîâ íå äîëæíà
ïðåâûøàòü 700–750 �Ñ, à ïîäîãðåâ âîçäóõà ìî-
æåò îñóùåñòâëÿòüñÿ â öåíòðàëüíîì ðåêóïåðàòî-
ðå äî 450–500 �Ñ [17].
2.2. Ýêîíîìèÿ òîïëèâà, ñîêðàùåíèå âðåìåíè
îáðàáîòêè ÷åðíûõ è öâåòíûõ ìåòàëëîâ
â óñëîâèÿõ ñæèãàíèÿ òîïëèâà ñ êèñëîðîäîì,
â òîì ÷èñëå ïðè èñïîëüçîâàíèè ñèñòåìû DFI
2.2.1. Ó÷èòûâàÿ çíà÷èòåëüíûé ðîñò òåìïå-
ðàòóðû ñãîðàíèÿ, ïðåæäå âñåãî òåîðåòè÷åñêîé
(àäèàáàòíîé òåìïåðàòóðû ãîðåíèÿ ÒÒ), ëþáîãî
òîïëèâà ïðè èñïîëüçîâàíèè îêèñëèòåëÿ, îáîãà-
ùåííîãî êèñëîðîäîì, è èìåÿ â âèäó ïðèâåäåí-
íîå â íà÷àëå ñòàòüè âûðàæåíèå äëÿ îöåíêè
ýíåðãåòè÷åñêîãî ÊÏÄ � ñîãëàñíî òåîðåìå Êàðíî
(óïðîùåííûé àíàëîã ïðèíÿòîãî â íàøèõ èññëåäîâà-
íèÿõ ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òåïëîòû), î÷åâèäíà âîç-
ìîæíîñòü ñóùåñòâåííîãî ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè
èñïîëüçîâàíèÿ òåïëîòû è òîïëèâà â óñëîâèÿõ, êîãäà
îêèñëèòåëü — îáîãàùåííûé êèñëîðîäîì âîçäóõ
(Oxy-fuel ñèñòåìà ñæèãàíèÿ).  îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ â
êà÷åñòâå îêèñëèòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ ÷èñòûé êèñëîðîä.
Èìåííî òàê ïîñòðîåíû íîâåéøèå ñòåêëîâàðåííûå ïå-
÷è â ÑØÀ. Íà ðèñ.5 ïîêàçàíî ïîñëåäîâàòåëüíîå óâå-
ëè÷åíèå ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà �f è òåïëîòû
�H (â ýòîì ñëó÷àå îíè ñîâïàäàþò [6]) ïðè ñæè-
ãàíèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñ âîçäóõîì, îáîãàùåííûì
êèñëîðîäîì [18]. Íàïðèìåð, ïðè òåìïåðàòóðå
óõîäÿùèõ ãàçîâ 1100 �Ñ ÊÏÄ ïå÷è ñîñòàâëÿåò
îêîëî 50 %, à ïðè çàìåíå âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ íà
100 % Î2 ÊÏÄ óâåëè÷èâàåòñÿ äî 80 %.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 61
Ðèñ.5. Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà (èëè
òåïëîòû) îò òåìïåðàòóðû óõîäÿùèõ ãàçîâ â óñëîâèÿõ îáîãà-
ùåíèÿ âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ õîëîäíûì êèñëîðîäîì.
 óñëîâèÿõ ïðîìûøëåííûõ Îxy-fuel ñèñòåì
ñæèãàíèÿ, êðîìå ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðíîãî ïî-
òåíöèàëà ïðîöåññà (òåðìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç
ÊÏÄ «èäåàëüíîé» ïå÷è), ýôôåêòèâíîñòü èñïîëü-
çîâàíèÿ òîïëèâà ïîâûøàåòñÿ çà ñ÷åò èíòåíñèôè-
êàöèè òåïëîîáìåíà — óâåëè÷åíèÿ ðàäèàöèîííîãî
ïîòîêà qrad # !T4 — áëàãîäàðÿ ïîâûøåííîé
èçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïëàìåíè è ïðîäóêòîâ
ñãîðàíèÿ â ïå÷è (ðîñò äîëè èçëó÷àþùèõ êîìïî-
íåíò (ÑÎ2, Í2Î è íåðàâíîâåñíîé ñàæè)) [18].
 ðàáîòå [18] îòìå÷åíî, ÷òî ïðîöåññû ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì Î2 êàê îêèñëèòåëÿ öåëåñîîáðàçíî
âíåäðÿòü ïðåæäå âñåãî â àãðåãàòàõ äëÿ ïëàâëå-
íèÿ àëþìèíèÿ, ñòåêëà, ñòàëè è â äðóãèõ òåõíî-
ëîãèÿõ ïëàâëåíèÿ ìåòàëëîâ.
2.2.2. Â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïðèîáðåòàþò ðàñ-
ïðîñòðàíåíèå ñèñòåìû îòîïëåíèÿ, ãäå ðåàëèçóåòñÿ
êîìáèíàöèÿ ìåòîäîâ ïîâûøåíèÿ ïîòåíöèàëà òåï-
ëîíîñèòåëÿ (óäåëüíîé ïîëíîé ýíòàëüïèè ïðîäóê-
òîâ ñãîðàíèÿ) ïîñðåäñòâîì ìàêñèìàëüíîãî ïîäîã-
ðåâà êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ èëè çà ñ÷åò èñïîëüçî-
âàíèÿ ñèñòåìû Îxy-fuel (ñæèãàíèå) â ñî÷åòàíèè ñ
ìåòîäàìè ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòîãî è âûñîêîñòàáèëü-
íîãî ñæèãàíèÿ [19, 20]. Ê ÷èñëó ïîñëåäíèõ îòíî-
ñèòñÿ ñèñòåìà ñæèãàíèÿ Flameless Oxidation
(FLOX). Íà îñíîâå êîíöåïöèè FLOX-ñæèãàíèÿ
áûë ïðîâåäåí çíà÷èòåëüíûé îáúåì ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ èññëåäîâàíèé, ñîçäàíû ìàòåìàòè÷åñêèå
ìîäåëè è âûïîëíåíû ÷èñëåííûå CFD-ðàñ÷åòû
äëÿ îòäåëüíûõ òèïîâ ãîðåëî÷íûõ ñèñòåì, êîòî-
ðûå ðàáîòàþò â óñëîâèÿõ FLOX-mode, êîãäà ïîä-
äåðæèâàþòñÿ óñëîâèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî (áîëåå
800 �C) ñæèãàíèÿ â òîïî÷íûõ êàìåðàõ [21–23].
Íà ðèñ.6 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ïîâûøåíèÿ
ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïå÷è íà êîìáèíàòå Ovako’s
Hafor’s Works [20]. Âðåìÿ íàãðåâà çàãîòîâîê
ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íûõ Îxy-fuel ãîðåëîê
ñîêðàòèëîñü íà 30 % ïî ñðàâíåíèþ ñ èñïîëüçîâà-
íèåì ñèñòåìû, êîòîðàÿ âêëþ÷àëà ãàçî-âîçäóø-
íóþ ñèñòåìó îòîïëåíèÿ ñ ðåêóïåðàòîðîì. Ïðè
ïîñëåäóþùåì ïåðåõîäå ê Flameless oxidation
âðåìÿ íàãðåâà ñîêðàòèëîñü äî ïîëîâèíû èñõîä-
íîãî. Ïðè ýòîì òåïëîâàÿ ìîùíîñòü ïå÷è äàæå
íåñêîëüêî óìåíüøèëàñü. Äâóêðàòíîå óâåëè÷åíèå
ïðîèçâîäèòåëüíîñòè (150 ïðîòèâ 75 ò/÷) äîñòèã-
íóòî íà íàèáîëüøåé â ìèðå ïå÷è Îxy-fuel ìîù-
íîñòüþ 40 ÌÂò â Àâåñòè ïðè îòêàçå îò òîïëè-
âîâîçäóøíûõ ãîðåëîê è ðåêóïåðàòîðîâ [20].
Êîìïàíèÿ Arcelor Mittal Shelby ñîâìåñòíî
ñ Linde (ðàíåå Linde Gas) ðåàëèçîâàëà 5 %-å
îáîãàùåíèå îêèñëèòåëÿ â íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è ñ
âðàùàþùèìñÿ ïîäîì. Òàêîå ðåøåíèå îáåñïå÷è-
ëî 29 % ýêîíîìèè òîïëèâà. Â äàëüíåéøåì äëÿ
óâåëè÷åíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíà áåñøîâíûõ
òðóá óâåëè÷åííûõ òèïîðàçìåðîâ ñ ñîïóòñòâóþ-
ùèì óìåíüøåíèåì ðàñõîäîâ òîïëèâà â 2007 ã.
Linde âûïîëíèëà 4-ìåñÿ÷íûé ïðîåêò ïî âíåäðå-
íèþ Linde REBOX$ Îxy-fuel ðàçðàáîòîê íà
ïå÷àõ.  ðåçóëüòàòå îáåñïå÷åí 25 %-é ðîñò íà-
ãðåâàòåëüíûõ ìîùíîñòåé ñ 50 %-ì ñîêðàùåíèåì
ðàñõîäà òîïëèâà â óñëîâèÿõ îáîãàùåíèÿ îêèñ-
ëèòåëÿ êèñëîðîäîì. Â öåëîì ðàñõîä òîïëèâà
ñîêðàòèëñÿ íà 65 % ïî ñðàâíåíèþ ñ èñïîëüçîâà-
íèåì âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ. Áûëî îáåñïå÷åíî
50 %-å óìåíüøåíèå ôîðìèðîâàíèÿ îêàëèíû çà
ñ÷åò ðàâíîìåðíîãî íàãðåâà, à òàêæå ìèíèìèçà-
öèÿ âûáðîñîâ NÎx è CO2. Èíôîðìàöèÿ, ïðå-
äîñòàâëåííàÿ â 2009 ã., ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî â
ýêñïëóàòàöèè íàõîäèëîñü 120 íàãðåâàòåëüíûõ
ïå÷åé è ëèíèé îòæèãà (annealing), îñíàùåííûõ
ñèñòåìàìè îòîïëåíèÿ Linde Oxy-fuel [20].
2.3. DFI (Direct Flame Impingement)
òåõíîëîãèÿ
Êîìïàíèÿ Linde Gas óêàçûâàåò íà ðåàëèçà-
öèþ Îxy-fuel íàïðàâëåíèÿ ñæèãàíèÿ â òðåõ òåõ-
íîëîãèÿõ íàãðåâà è ïëàâëåíèÿ ìåòàëëà [24]: 1)
flameless, òî åñòü â êîìáèíàöèè ñ FLOX-ìåòî-
äîì ñæèãàíèÿ; 2) íèçêîòåìïåðàòóðíûå ïðîöåñ-
ñû, íàïðèìåð, ïëàâëåíèå àëþìèíèÿ (íà÷èíàÿ ñ
òåìïåðàòóð íèæå 750 �Ñ) ñ ïðåäóïðåæäåíèåì
ëîêàëüíûõ ïåðåãðåâîâ è óìåíüøåíèåì îáðàçîâà-
íèÿ øëàêà; 3) ïðÿìîé óäàð ãîðÿùèõ ñòðóé
(DFI) â îáëàñòü íàãðåâà.
Îñòàíîâèìñÿ íà ïîñëåäíåé èç òåõíîëîãèé,
ïîñêîëüêó îíà àêêóìóëèðóåò íåñêîëüêî íàïðàâ-
ëåíèé ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâà-
íèÿ òîïëèâà.
2.3.1. Ïðîöåññû Îxy-fuel ñæèãàíèÿ èëè
îáîãàùåíèÿ âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ êèñëîðîäîì äå-
ìîíñòðèðóþò âîçìîæíîñòè äîïîëíèòåëüíîãî
âëèÿíèÿ êîìáèíàöèè íåñêîëüêèõ ñïîñîáîâ èí-
òåíñèôèêàöèè òåïëîîáìåíà è òåïëîâîé ðàáîòû
òîïëèâíûõ óñòàíîâîê íà ýôôåêòèâíîñòü èñ-
ïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà [6]. Â ñîåäèíåíèè ñ ïîâû-
øåíèåì ïîòåíöèàëà òîïëèâíîé ñìåñè çà ñ÷åò
îáîãàùåíèÿ îêèñëèòåëÿ êèñëîðîäîì è çàìåíû
62 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Ðèñ.6. Âðåìÿ íàãðåâà çàãîòîâîê íà óñòàíîâêå Ovako’s Hofor’s
Works ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàçíûõ ñèñòåì ñæèãàíèÿ: 1 — òðà-
äèöèîííàÿ ñèñòåìà ñæèãàíèÿ ñ âîçäóõîì, ïîäîãðåòûì â ðåêó-
ïåðàòîðå; 2 — îáû÷íàÿ ñèñòåìà Oxy-fuel; 3 — flameless
Oxy-fuel.
âîçäóõà ãîðåíèÿ íà Î2 èñïûòàíû è âíåäðåíû òà-
êèå ñïîñîáû èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîáìåíà â ïå-
÷àõ: ðåàëèçàöèÿ ðåæèìà ïðÿìîãî íàïðàâëåííîãî
ðàäèàöèîííî-êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáìåíà [6]; èñ-
ïîëüçîâàíèå èìïàêòíûõ ãîðÿùèõ ñòðóé, íàïðàâ-
ëåííûõ íà òåïëîïðèåìíóþ ïîâåðõíîñòü; îðãàíè-
çàöèÿ ïðîöåññà ãîðåíèÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç
— â ïîãðàíè÷íîì ñëîå ïîâåðõíîñòè, êîòîðàÿ ïîä-
âåðãàåòñÿ íàãðåâó, èíòåíñèôèêàöèÿ òåïëîîáìåíà
è ñîçäàíèå «óäàðíûõ» (èìïàêòíûõ, impinge-
ment) ñèñòåì îòîïëåíèÿ — DFI íà ýòîé îñíîâå.
Ñèñòåìà DFI áûëà âíåäðåíà â 2002 ã. íà
ïå÷àõ îòæèãà ïîëîñû èç íåðæàâåþùåé ñòàëè íà
çàâîäå «Outokumpu Stainless», Øâåöèÿ. Ïðè
àíàëèçå ñèñòåìû èñïîëüçîâàíû çíàíèÿ, ïîëó-
÷åííûå ïðè èçó÷åíèè ïðîöåññîâ ñæèãàíèÿ òîï-
ëèâîîêèñëèòåëüíûõ ñìåñåé ïðè ôàêåëüíîé
ñâàðêå ñòàëüíûõ çàãîòîâîê [24].
Èñïûòàíèÿ DFI ñèñòåìû â óñëîâèÿõ íàãðå-
âà äâèæóùåãîñÿ ìåòàëëà ïîäòâåðäèëè î÷åíü
áîëüøèå çíà÷åíèÿ ëîêàëüíûõ òåïëîâûõ ïîòîêîâ
ïðè èñïîëüçîâàíèè DFI Îxy-fuel òåõíîëîãèè:
îíè äîñòèãàþò 800–1000 êÂò/ì2.
 òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè ãàëüâàíèçàöèè
çàâîäà «Finnentrop» Thyssen Krupp Steel (TKS)
èñïîëüçîâàíà îãíåâàÿ ñèñòåìà DFI äëèíîé 3 ì,
îáîðóäîâàííàÿ ÷åòûðüìÿ ãîðåëî÷íûìè ðàìïà-
ìè, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò îðãàíèçàöèþ â öåëîì
120 êèñëîðîäíî-òîïëèâíûõ ôàêåëîâ óñòàíîâ-
ëåííîé ìîùíîñòüþ ïî òîïëèâó 5 ÌÂò. Â ëèíèè
ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 105 ò/÷ ïðèìåíåíèå ñèñ-
òåìû DFI Îxy-fuel îáåñïå÷èëî ïðÿìîå ïîâûøå-
íèå òåìïåðàòóðû ñòàëüíîé ïîëîñû �Ò = 200 �Ñ.
Òåðìè÷åñêèé ÊÏÄ óñòàíîâêè (î÷åâèäíî, èìååò-
ñÿ â âèäó ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà) äîñòè-
ãàåò 80–90 %, òî åñòü áîëåå âûñîêèé ïî ñðàâíå-
íèþ ñ ýëåêòðîïîäîãðåâîì. Ïðè ýòîì ñîêðàùàåò-
ñÿ óäåëüíûé ðàñõîä òîïëèâà ïðè ñîïóòñòâóþ-
ùåì 30 %-ì ðîñòå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïå÷è áåç
ðàñøèðåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêîé ëèíèè èëè óâåëè-
÷åíèÿ ïëîùàäè ïå÷è â öåëîì.
2.3.2. Ïîÿâëåíèþ DFI-óñòðîéñòâ äëÿ îòîï-
ëåíèÿ ïå÷åé ñ èñïîëüçîâàíèåì òîïëèâíî-êèñëî-
ðîäíûõ îáîãðåâàòåëåé ïðåäøåñòâîâàëî ñîçäà-
íèå â Ðîññèè (Åêàòåðèíáóðã, ÓÏÈ) ñèñòåì
îòîïëåíèÿ ñ ðàçìåùåíèåì ãîðåëîê â ñâîäîâûõ
ïå÷àõ. Áûëè ñîçäàíû ñèñòåìû îòîïëåíèÿ êà-
ìåðíûõ è ïðîõîäíûõ ïå÷åé äëÿ íàãðåâà è òåð-
ìîîáðàáîòêè ñòàëüíûõ ëèñòîâûõ è òðóáíûõ çà-
ãîòîâîê [6].
 òå÷åíèå 1980–1990-õ ãã. ñîçäàíû ïå÷è
ÔÈÑÎ — ôàêåëüíî-èìïóëüñíîãî (ñâîäîâîãî)
îòîïëåíèÿ (â óñëîâèÿõ ðàñïîëîæåíèÿ ãîðåëîê â
ñâîäå ïå÷è — Â.Ã.Ëèñèåíêî ñ ñîòðóäíèêàìè,
ÓÏÈ), à òàêæå ïå÷è ÑÔÍ — ñòðóéíî-ôàêåëü-
íîãî íàãðåâà (Ã.Ê.Ìàëèêîâ ñ ñîòðóäíèêàìè,
ÂÍÈÈÌÒ). Ðàçðàáîòàíû ãîðåëêè äëÿ ïå÷åé
óêàçàííûõ òèïîâ.  îòìå÷åííûõ òèïàõ ïå÷åé
èíòåíñèôèêàöèÿ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ è ýêîíî-
ìèÿ òîïëèâà äîñòèãàþòñÿ çà ñ÷åò îðãàíèçàöèè
ðåæèìîâ íàïðàâëåííîãî òåïëîîáìåíà: êîñâåí-
íîãî — äëÿ ïå÷åé ÔÈÑÎ; ïðÿìîãî — äëÿ ïå-
÷åé ÑÔÍ.  ïåðâîì ñëó÷àå ñãîðàíèå òîïëèâà
îðãàíèçóåòñÿ âäîëü ñâîäà, âî âòîðîì — ôàêåëû
èç ñâîäà íàïðàâëåíû íåïîñðåäñòâåííî íà íàãðå-
âàåìóþ ïîâåðõíîñòü.
Âî ÂÍÈÈÌÒ ðàçðàáîòàíû íàó÷íûå îñíî-
âû, ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè è êîíñòðóêöèè ñåê-
öèîííûõ ïå÷åé ÑÔÍ ñî ñòðóéíî-ôàêåëüíîé
ñèñòåìîé îòîïëåíèÿ (DFI), êîòîðûå îáåñïå÷è-
âàþò èíòåíñèôèêàöèþ òåïëîîáìåíà ïðè óäàðå
ãîðÿùèõ ñòðóé. Ïå÷è ÑÔÍ îòëè÷àþòñÿ ïðîñòî-
òîé êîíñòðóêöèè è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ôóòåðî-
âàííûå êàìåðû, â êîòîðûõ ðàçìåùàþòñÿ ìíîãî-
ñîïëîâûå ãîðåëêè — â ñóùíîñòè ìåòàëëè÷åñêèå
ñîïëà, íàïðàâëåííûå íà ïðèåìíûå ïîâåðõíîñòè.
 ñîïëà ïîäàåòñÿ ïîäãîòîâëåííàÿ â âûíîñíîì
ñìåñèòåëå ãàçî-âîçäóøíàÿ ñìåñü, ñêîðîñòü èñòå-
êàíèÿ ñòðóé ñìåñè èç ñîïåë 50–400 ì/ñ. Â ðà-
áî÷åì ïðîñòðàíñòâå ïå÷è ãàçî-âîçäóøíûå ñòðóè
ïðîãðåâàþòñÿ, çàæèãàþòñÿ è ñãîðàþò; òåìïåðà-
òóðà ñòðóè ïåðåä óäàðîì î íàãðåâàåìóþ ïîâåðõ-
íîñòü — 1400–2000 Ê. Ñòàáèëèçàöèÿ îñóùåñòâëÿ-
åòñÿ, ïî-âèäèìîìó, â öèðêóëÿöèîííûõ çîíàõ ïðè
âçàèìîäåéñòâèè âñòðå÷íûõ ñòðóé èëè ïðè óäàðå
ñòðóé î ïðåïÿòñòâèÿ. Ïðè ýòîì îñíîâíîé îáúåì
ïå÷è çàíÿò ïðîäóêòàìè çàâåðøåííîãî ñãîðàíèÿ.
 äàëüíåéøåì íà ïå÷è DFI áîëüøîé ïðîèç-
âîäèòåëüíîñòè áûëè ïðîâåäåíû äåòàëüíûå èñ-
ñëåäîâàíèÿ àýðîäèíàìèêè è òåïëîìàññîîáìåíà â
ñîåäèíåíèè ñ ðàñ÷åòíî-êîìïüþòåðíûì àíàëèçîì
ñîñòàâëÿþùèõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ
[25]. Ñ öåëüþ ÷èñëåííîãî àíàëèçà ïðè ìîäåëè-
ðîâàíèè èñïîëüçîâàíà óïðîùåííàÿ äâóõìåðíàÿ
ìîäåëü ñ îïèñàíèåì ïðîöåññîâ òóðáóëåíòíîãî
ïåðåíîñà (àýðîäèíàìèêà, òåïëîìàññîîáìåí) è
ãîðåíèÿ â ôàêåëüíîé ñòðóå. Â õîäå èçìåðåíèé
óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ñæèãàíèè ñìåñåé ïðèðîä-
íîãî ãàçà ñ âîçäóõîì-îêèñëèòåëåì âûñîêîñêîðî-
ñòíûå ãîðåëêè îáåñïå÷èâàþò ñêîðîñòü ñòðóè äî
230 ì/ñ ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè ñêîðîñòÿìè ãîðå-
íèÿ. Òåïëîâûå ïîòîêè, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ
àâòîðàìè êàê êîíâåêòèâíûå, îöåíèâàþòñÿ çíà-
÷åíèÿìè äî 500 êÂò/ì2 â óñëîâèÿõ ñðàâíèòåëü-
íî íåâûñîêèõ òåìïåðàòóð îãíåóïîðíîé îáìóðîâ-
êè ïå÷è (< 1400 Ê). Ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà ïðî-
äóêòîâ ñãîðàíèÿ ñîñòàâëÿåò 1500–1800 Ê.
2.3.3. Èíòåðåñíî ñðàâíèòü, êàê èçìåíèëèñü
çà 20–25 ëåò òèïû ïå÷åé, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ
ïåðñïåêòèâíûìè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñèñòåì
DFI, ñ ó÷åòîì ïåðåõîäà îò ñæèãàíèÿ ãàçîâîç-
äóøíûõ ñìåñåé ê Îxy-fuel ñèñòåìàì. Ïðåäûäó-
ùèå ãàçîâîçäóøíûå DFI-ñèñòåìû ñîçäàâàëèñü
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 63
äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ìîùíûõ ïå÷àõ ïðîêàòíûõ
ñòàíîâ, íî ïðàêòè÷åñêèé îïûò íå áûë ïîëó÷åí.
Ôàêòè÷åñêè áûëè ñîçäàíû è ýêñïëóàòèðîâàëèñü
ñåêöèîííûå ðîëèêîâûå ïå÷è òðóáîýëåêòðîñâà-
ðî÷íûõ ñòàíîâ äëÿ òðóá äèàìåòðîì 150 ìì: íà-
ãðåâ äî 1000 Ê ïåðåä âîññòàíîâëåíèåì è äî
1470–1500 Ê äëÿ íàãðåâà êîíöîâ ðåññîðíûõ
ëèñòîâ è òðóá. ÊÏÄ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïå÷åé
ÑÔÍ ñîñòàâëÿë 45–55 % [6].
Êàê ñâèäåòåëüñòâóåò ïî÷òè 30-ëåòíèé îïûò
êîìïàíèè Linde, ñèñòåìû Îxy-fuel îòîïëåíèÿ, â
êîòîðûõ ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàëàñü äîëÿ Î2 â
îêèñëèòåëå îò 23–24 äî 100 % [20], èìåþò øè-
ðîêóþ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ, ïðè òåïëîâîé îáðà-
áîòêå ÷åðíûõ è öâåòíûõ ìåòàëëîâ, â òîì ÷èñëå
ìíîãî÷èñëåííûå ïå÷è äëÿ íàãðåâà çàãîòîâîê â
ïðîêàòíîì ïðîèçâîäñòâå [20]: òîëêàòåëüíûå, ñ
øàãàþùèìè áàëêàìè, ñ âðàùàþùèìñÿ ïîäîì.
 òî æå âðåìÿ DFI-ñèñòåìû, ïî îïûòàì
Linde Grîup, îãðàíè÷èâàþòñÿ èñïîëüçîâàíèåì â
òåðìè÷åñêèõ ïå÷àõ, à òàêæå â òåõíîëîãè÷åñêèõ
ëèíèÿõ äëÿ îòæèãà ïîëîñ è ïîêðûòèÿ ìåòàëëà â
ïîãðóæåííîì ñîñòîÿíèè â âàííûõ óñòàíîâêàõ
ãàëüâàíèçàöèè. Òàêèì îáðàçîì, òåíäåíöèè èñ-
ïîëüçîâàíèÿ DFI-ñïîñîáà, êîòîðûé àíàëèçèðó-
åòñÿ â óñëîâèÿõ ïðèìåíåíèÿ Îxy-fuel ñìåñåé, â
ñîâðåìåííîé Ãåðìàíèè, íàïðèìåð, íå îòëè÷àþò-
ñÿ îò ðåêîìåíäîâàííûõ çà ÷åòâåðòü ñòîëåòèÿ äî
òîãî â ÑÑÑÐ. Íåñìîòðÿ íà ïî÷òè äâóõêðàòíîå
óâåëè÷åíèå óäåëüíûõ òåïëîâûõ ïîòîêîâ (äî
1000 êÂò/ì2 (Îxy-fuel) ïðîòèâ 500 êÂò/ì2
(äëÿ âîçäóøíî-òîïëèâíûõ ñèñòåì)) [20, 24, 25]
íà ñîâðåìåííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ DFI-òåõíîëîãèè
ïðîöåññû è ïå÷è óêàçàííîãî ïåðñïåêòèâíîãî èñ-
ïîëüçîâàíèÿ îãðàíè÷èâàþòñÿ òåðìîîáðàáîòêîé
òåðìè÷åñêè òîíêèõ òåë.
2.3.4. Íàøà òåîðèÿ è ðåçóëüòàòû åå ýêñïå-
ðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè îòíîñèòåëüíî èíòåíñè-
ôèêàöèè òåïëîîáìåíà â óñëîâèÿõ õîäà ðåàêöèé
ãîðåíèÿ â ïîãðàíè÷íîì ñëîå [6] ïîëó÷èëè ñåðü-
åçíîå äîïîëíèòåëüíîå ïîäòâåðæäåíèå ïðè âíå-
äðåíèè ñèñòåìû DFI (Direct Flame Impinge-
ment) â îáùèõ íåìåöêî-øâåäñêèõ ðàçðàáîòêàõ
ôèðìû Linde Grîup. Ñóòü ïðîöåññà DFI çàêëþ-
÷àåòñÿ â íåïîñðåäñòâåííîì íàïðàâëåíèè êèñëî-
ðîäíî-òîïëèâíûõ èëè âîçäóøíî-òîïëèâíûõ
ñòðóé íà ïîâåðõíîñòü è èõ ñæèãàíèè ïðè óäàð-
íîì êîíòàêòå ñ íàãðåâàåìîé ïîâåðõíîñòüþ. Ïðè
ïîñëåäóþùåì ðàäèàëüíîì ðàñòåêàíèè ñòðóé,
êîòîðûå ïîñòåïåííî âûãîðàþò, îòìå÷àåòñÿ èí-
òåíñèôèêàöèÿ òåïëîîáìåíà ïî ñðàâíåíèþ ñ òåï-
ëîîáìåíîì ïîòîêîâ õèìè÷åñêè èíåðòíûõ âå-
ùåñòâ ñ ïîâåðõíîñòüþ.
Ïîäòâåðæäåíà ãèïîòåçà Á.Ñ.Ñîðîêè [6] îá
îñîáåííîñòÿõ äîãîðàíèÿ òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé
ñìåñè îêîëî ïîâåðõíîñòè, ïðè âûñîêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò ðèñ.7. Ãèïîòåçà
áûëà ñôîðìóëèðîâàíà ñëåäóþùèì îáðàçîì. Åñ-
ëè òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè, îáòåêàåìîé ðåàãè-
ðóþùèì ïîòîêîì, âûøå òåìïåðàòóðû ñàìîâîñ-
ïëàìåíåíèÿ, ïðîöåññ ãîðåíèÿ ïðîèñõîäèò íåïî-
ñðåäñòâåííî ó ïîâåðõíîñòè (â ïðåäåëàõ ëàìè-
íàðíîãî ïîäñëîÿ), ãäå ôèêñèðóþòñÿ ïðîäóêòû
çàâåðøåííîãî ãîðåíèÿ — òåðìîäèíàìè÷åñêè
ðàâíîâåñíîãî ñîñòàâà. Åñëè òåìïåðàòóðà ïî-
âåðõíîñòè íèæå òåìïåðàòóðû âîñïëàìåíåíèÿ,
ñîñòàâ ñìåñè, êîòîðàÿ îáòåêàåò ïîâåðõíîñòü, çà-
ìîðàæèâàåòñÿ, è ïðîöåññ ãîðåíèÿ îñòàíàâëèâà-
åòñÿ.  ýòîì ñëó÷àå òåïëîîáìåí íå îòëè÷àåòñÿ
îò îáû÷íîãî òåïëîîáìåíà ïðè îáòåêàíèè ïî-
âåðõíîñòè íåðåàãèðóþùèì ïîòîêîì.
Íà ðèñ.7 ÷åòêî îïðåäåëÿåòñÿ çîíà, êîòîðàÿ
ÿðêî ñâåòèòñÿ íà ðàñêàëåííîé äîáåëà ïîâåðõíî-
ñòè. Òàì, ãäå òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè íèæå òåì-
ïåðàòóðû âîñïëàìåíåíèÿ ñìåñè (ìåòàëë ñâåòèòñÿ
êðàñíûì öâåòîì), äîãîðàíèÿ íå ïðîèñõîäèò.
Íà ÷àñòè ïîëîñû ïîä ãîðÿùèìè ñòðóÿìè
ìîæíî çàôèêñèðîâàòü «áåëûå» ïîëîñû íàèáîëü-
øåé òåìïåðàòóðû ìåòàëëà. Äëÿ ïîäà÷è ãîðþ÷åé
ñìåñè èñïîëüçîâàíà REBOX HLL ñèñòåìà
(flameless) ñæèãàíèÿ, îðãàíèçîâàííàÿ áåç çàìå-
íû òîïëèâíî-âîçäóøíîé ñèñòåìû â óñëîâèÿõ
âïðûñêèâàíèÿ âûñîêîñêîðîñòíûõ êèñëîðîäíûõ
ñòðóé íà ãîðåíèå (çàâîä «Finnentrop» Thyssen
Krupp Steel (TKS).
2.4. Îöåíêà ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè
ñîâðåìåííûõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé
â ìåòàëëóðãèè
2.4.1. Â çàâåðøåíèå ïîïðîáóåì îáîáùèòü
äàííûå îòíîñèòåëüíî ïîòåíöèàëà ñîêðàùåíèÿ
ðàñõîäà òîïëèâà çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ ñîâðå-
ìåííûõ ãîðåëî÷íûõ (òîïî÷íûõ) è òåïëîóòèëè-
çàöèîííûõ óñòðîéñòâ íà ïðèìåðå ïå÷åé íàãðåâà
è òåðìîîáðàáîòêè ñòàëè.
Óìåíüøåíèå ðàñõîäà òîïëèâà è óâåëè÷åíèå
ÊÏÄ ñîâðåìåííûõ ïå÷åé ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçðà-
áîòàííûìè 25–35 ëåò íàçàä íå ÿâëÿþòñÿ îáÿçà-
òåëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè íîâûõ ðàçðàáîòîê.
 ðàáîòå [28] ïðèâåäåí àíàëèç ñòðóêòóðû òåï-
ëîâîãî áàëàíñà íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è ñ øàãàþ-
ùèìè áàëêàìè, îáîðóäîâàííîé öåíòðàëèçîâàí-
íûì ðåêóïåðàòîðîì, çà êîòîðûì óñðåäíåííûé
64 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Ðèñ.7. Íàãðåâ ñòàëüíîé äâèæóùåéñÿ ïîëîñû ñèñòåìîé
Îxy-fuel ïëàìåíè, íàïðàâëåííîãî ñíèçó è ñâåðõó íåïîñðåä-
ñòâåííî íà ïîëîñó.
ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà �f ñîñòàâëÿåò
58 %, à äîïîëíèòåëüíûé âêëàä ïîäîãðåâà âîçäó-
õà îöåíèâàåòñÿ â 21 %. Â íàøåì îáîáùåíèè õà-
ðàêòåðèñòèê íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé, ðàçðàáîòàí-
íûõ â 1970-å ãã. ôèðìîé Italimpianti (Èòàëèÿ),
ýêñïëóàòèðóåìûõ íà åâðîïåéñêèõ çàâîäàõ (Èòà-
ëèÿ, ÔÐÃ, Áåëüãèÿ), áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ïî-
ëåçíàÿ òåïëîòà ñîñòàâëÿëà äî 61,2 % (òîëêà-
òåëüíàÿ ïå÷ü) è äàæå 65 % (ïå÷ü ñ øàãàþùèìè
áàëêàìè). Äîïîëíèòåëüíî (êðîìå òåïëîòû ñæè-
ãàíèÿ) ïîäîãðåâ âîçäóõà ãîðåíèÿ ïðè óòèëèçà-
öèè òåïëîòû óõîäÿùèõ ãàçîâ âíîñèò â ïå÷ü 24,7
è 22 % ïîäîãðåâà ñîîòâåòñòâåííî [6].
Ïîíÿòíî, ÷òî ñèñòåìû ñæèãàíèÿ Oxy-fuel ñ
âûñîêîòåìïåðàòóðíûìè ðåãåíåðàòîðàìè (ðåãåíå-
ðàòèâíûìè ãîðåëêàìè) ìîãóò îáåñïå÷èòü î÷åíü
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 65
Òàáëèöà 4. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïå÷åé
Õàðàêòåðèñòèêà Ïå÷ü ¹ 1 Ïå÷ü ¹ 2
Òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, êÂò 35606 26020
Òèï ãîðåëîê, ôèðìà «Elster Hauck»
low NOx TriOx burners, áîêîâûå — â
çîíàõ íàãðåâà, òîðöåâûå — â çîíå âû-
äåðæêè
ñâîäîâûå ïëîñêîïëàìåííûå ãîðåëêè
è èìïóëüñíûå äëèííîïëàìåííûå,
òîðöåâûå — â ðàçíûõ çîíàõ
Òèï óòèëèçàòîðà òåïëîòû öåíòðàëèçîâàííûé ðåêóïåðàòîð öåíòðàëèçîâàííûé ìåòàëëè÷åñêèé ðå-
êóïåðàòîð
Äëèíà, ì 19 30
Øèðèíà, ì 13 6,7
Òåìïåðàòóðà â ïå÷è, �Ñ 1127 1350 (max)
Òèï òîïëèâà; òåïëîòà ñãîðàíèÿ, êÂò.÷/ì3 ÏÃ; 11,3 ÏÃ; 9,8
Ïðîäóêòèâíîñòü ïå÷è, ò/÷ 140 75
Ïîòðåáëåíèå ãàçà, íì3/÷ 3160 2634
Òåìïåðàòóðà ïîäîãðåâà âîçäóõà, �Ñ 442 398
Êîíöåíòðàöèÿ âûáðîñîâ NOx, ìëí–1 (ïðè
ïîäîãðåâå âîçäóõà, �Ñ)
34 (427) 45 (400)
Òåìïåðàòóðà íàãðåâà ñòàëè íà âûõîäå, �Ñ 1100 1200
Òèï çàãîòîâîê ñëÿáû áëþìû
Òåìïåðàòóðà óõîäÿùèõ ãàçîâ, �Ñ 785 (ïåðåä ðåêóïåðàòîðîì) 443 (çà ðåêóïåðàòîðîì)
Òàáëèöà 5. Òåïëîâîé áàëàíñ ïî ââåäåííîé ýíåðãèè è ñ ïåðåñ÷åòîì ÷åðåç ýíåðãèþ òîïëèâà (100 %)*
Íîìåð
ïå÷è
Òåïëîòà ñãîðàíèÿ òîïëèâà
(õèìè÷åñêàÿ) Òåïëîòà ïîäîãðåâà âîçäóõà Âñåãî
Èñòî÷íèê
êÂò % êÂò % êÂò %
1 35606 87,8 4948 12,2 40554 100 [26]
1* 35606 100 4948 13,9 40554 113,9 íàøè ðàñ÷åòû
2 26020 85,8 4330 14,2 30350 100 [27]
2* 26020 100 4330 16,6 30350 116,6 íàøè ðàñ÷åòû
3 – 82,6 – 17,4 — 100 íàøè ðàñ÷åòû
3* – 100 – 21 — 121 [28]
Òàáëèöà 6. Ñîñòàâëÿþùèå ðàñõîäîâ òåïëîâîé ýíåðãèè â ïå÷àõ
Íîìåð
ïå÷è
Ïîëåçíàÿ ýíåðãèÿ
�H/�f (*)
Ïîòåðè òåïëà
ñ óõîäÿùèìè ãàçàìè ñ âîäîîõëàæäàåìîé
êîíñòðóêöèåé ÷åðåç îáìóðîâêó
âñåãî, %
êÂò % êÂò % êÂò % êÂò %
1 26704 65,8 11712 28,9 323 0,8 1815 4,5 100
1* 26704 75,0 11712 32,9 323 0,9 1815 5,1 113,9
2 17680 58,5 9100 30 1720 5,5 1850 6 100
2* 17680 68,2 9100 35 1720 7 1850 6.4 116,6
3 – 48 – 33 – 29 – 9,1 100
3* – 58 – 19 + 21 = 40 – 12 – 11 121
âûñîêèé ýíåðãåòè÷åñêèé ÊÏÄ (ýôôåêòèâíîñòü
èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà ïå÷åé), íî â ðåàëüíûõ
óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè óêàçàííûõ ñèñòåì â òåï-
ëîâûõ àãðåãàòàõ èõ ïîòåíöèàëüíûå ïðåèìóùå-
ñòâà ìîãóò áûòü íå ðåàëèçîâàíû.
2.4.2. Äëÿ óãëóáëåííîãî àíàëèçà ýôôåêòèâ-
íîñòè ñîâðåìåííûõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé ðàñ-
ñìîòðèì ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé è èñïûòàíèé
òðåõ íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé: äâóõ — òîëêàòåëü-
íîãî òèïà [26, 27], îäíîé — ñ øàãàþùèìè áàë-
êàìè [28] — íà ðàçíûõ ïðåäïðèÿòèÿõ Ãåðìàíèè
(ïå÷è 1 è 3 [26, 28]), à òàêæå â Ðóìûíèè,
Arcelor Mittal S.a. (ïå÷ü 2 [27]). Îñíîâíûå õà-
ðàêòåðèñòèêè ïå÷åé ïðåäñòàâëåíû â òàáë.4–6.
Òåïëîâîé áàëàíñ ìîæåò áûòü îòíåñåí ê ïå-
÷è èëè ê ñèñòåìå «ïå÷ü — ðåêóïåðàòîð».  ïî-
ñëåäíåì ñëó÷àå â îòëè÷èå îò ïåðâîãî ïðèõîäíàÿ
÷àñòü òåïëîòû îãðàíè÷èâàåòñÿ òåïëîòîé ñãîðà-
íèÿ òîïëèâà, à ïðè áîëåå ñòðîãîì ðàññìîòðåíèè
— ñ ó÷åòîì íåçíà÷èòåëüíîé ñîñòàâëÿþùåé òåï-
ëîñîäåðæàíèÿ õîëîäíûõ (äî ïîäà÷è â ñèñòåìó)
ïîòîêîâ êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ — òîïëèâà (ãàçà)
è âîçäóõà (èëè äðóãîãî îêèñëèòåëÿ).  ñëó÷àå
ñîñòàâëåíèÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ñîáñòâåííî ïå÷è
ê ýòîé ñîñòàâëÿþùåé äîáàâëÿåòñÿ ñîñòàâëÿþ-
ùàÿ ôèçè÷åñêîé òåïëîòû — òåïëîñîäåðæàíèå
ãîðÿ÷åãî âîçäóõà ãîðåíèÿ.
Èìåííî äëÿ ñèñòåìû «ïå÷ü — ðåêóïåðà-
òîð» ïðåäñòàâëåí òåïëîâîé áàëàíñ (äèàãðàììà
Ñåíêåÿ) â ðàáîòå [28]. Ïîýòîìó ïðè ñîñòàâëå-
íèè áàëàíñà 3* ïå÷è 3 (ñì. òàáë.6) è ïåðåâîäå
ýòèõ äàííûõ â áàëàíñ ñàìîé ïå÷è ïî òåïëîòå
ñãîðàíèÿ ìû ïðèáàâèëè â ïðåäñòàâëåííîå çíà-
÷åíèå òåïëîñîäåðæàíèÿ óõîäÿùèõ ãàçîâ, òåïëî-
ñîäåðæàíèå ãîðÿ÷åãî âîçäóõà-îêèñëèòåëÿ, ïî-
äîãðåòîãî â ðåêóïåðàòîðå (21 %).
 òàáë.5, 6 ñòàòüè ââîäà è èñïîëüçîâàíèÿ
ýíåðãèè â êàæäîì èç òðåõ ïðèìåðîâ ïðåäñòàâëå-
íû êàê ñîñòàâëÿþùèå ñóììàðíîãî òåïëîïîäâîäà
(ñ òåïëîòîé ñãîðàíèÿ è ñ òåïëîòîé ïîäîãðåâà
âîçäóõà — âàðèàíòû 1–3) è ÷åðåç òåïëîòó ñãî-
ðàíèÿ òîïëèâà, ïðèíèìàåìóþ çà 100 % (âàðèàí-
òû 1*–3*).
Îòíîñèòåëüíî ïå÷åé 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî â
ðàáîòàõ [26] è [27] ïðåäñòàâëåíû òåïëîâûå áà-
ëàíñû ïî ñóììå äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ ïîäâîäà
ýíåðãèè. Âñëåäñòâèå ýòîãî ïðè ïåðåñ÷åòå ñîñòàâ-
ëÿþùèõ ÷åðåç òåïëîòó ñãîðàíèÿ è ñ öåëüþ
îïðåäåëåíèÿ ÊÏÄ ïå÷è �f ìû ðàçäåëèëè çíà÷å-
íèå ñîñòàâëÿþùèõ ðàñõîäà òåïëîòû íà äîëþ
òåïëîòû ñãîðàíèÿ â îáùåì ïîäâîäå ýíåðãèè
(òåïëîòû) (ñì. òàáë.6), à äëÿ ïå÷è 3 ïðåäïðè-
íÿëè ðàñ÷åò �H.
Ñðàâíåíèå ÊÏÄ èñïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà �f
äëÿ ïå÷åé 1–3 ïîêàçûâàåò, ÷òî íàèáîëüøèé èç
íèõ (îêîëî 75 %) ñîîòâåòñòâóåò ïå÷è 1 ñ îòíîñè-
òåëüíî íåâûñîêèì óðîâíåì òåìïåðàòóð íàãðåâà
ñëÿáîâ (1100 �Ñ). Ïå÷ü îòàïëèâàåòñÿ ãîðåëêàìè
Triox ñëîæíîé êîíñòðóêöèè (ôèðìà «Elster
HAUCK») ñ ñèñòåìîé òðåõñòàäèéíîãî ââîäà âîç-
äóõà, êîòîðàÿ ïåðåñòðàèâàåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò
òåìïåðàòóðû ïå÷è. Ïðè òåìïåðàòóðå â ïå÷è íèæå
870 �Ñ ïå÷ü è ãîðåëêè ðàáîòàþò ïî ñõåìå «Heat-
ing mode», êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò ðåæèìó
(mode) äîáàâëåíèÿ òåïëîòû – íàãðåâà; ïðè òåì-
ïåðàòóðå âûøå 870 �Ñ ðåæèì ðàáîòû íàïîìèíà-
åò FLOX (flameless) ïðîöåññ è íàçûâàåòñÿ
«invisiflame®» mode (íåâèäèìîå ïëàìÿ) [26].
 îñíîâíîì êîíñòðóêòèâíûå óñëîæíåíèÿ
ãîðåëîê äîëæíû áûòü íàïðàâëåíû íà ðåøåíèå
ýêîëîãè÷åñêèõ çàäà÷, îáåñïå÷èâàÿ ìèíèìóì âû-
áðîñîâ NOõ è ÑÎ. Ïðè ýòîì âûñîêàÿ ýôôåê-
òèâíîñòü ïå÷åé îáåñïå÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò îðãàíèçà-
öèè ôàêåëüíîãî ïðîöåññà ïðè èñïîëüçîâàíèè
óïîìÿíóòûõ ãîðåëîê áîëüøîé åäèíè÷íîé ìîù-
íîñòè: â íèæíåé çîíå — 3500 êÂò � 6, â âåðõ-
íåé çîíå — 2800 êÂò � 6 [26].
Âûâîäû
1. Ñîãëàñíî îñíîâíûì òåðìîäèíàìè÷åñêèì
ïðèíöèïàì (öèêë Êàðíî), ÊÏÄ òåïëîâûõ òîï-
ëèâíûõ àãðåãàòîâ äîëæåí ïîâûøàòüñÿ ñ óìåíü-
øåíèåì ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû ïå÷è è òåìïåðàòó-
ðû óõîäÿùèõ ãàçîâ è óâåëè÷èâàòüñÿ ñ óâåëè÷å-
íèåì òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû ãîðåíèÿ (ñîîò-
âåòñòâåííî òåìïåðàòóðû ïîäîãðåâà âîçäóõà ãî-
ðåíèÿ èëè åãî îáîãàùåíèÿ êèñëîðîäîì).
Ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè çàêëþ÷àþòñÿ â
îáúåäèíåíèè â îäíîì àïïàðàòå ãîðåëî÷íûõ è
òåïëîîáìåííûõ óñòðîéñòâ è ñîçäàíèè íà ýòîé
îñíîâå ðåêóïåðàòèâíûõ è ðåãåíåðàòèâíûõ ãîðå-
ëîê. Ïðè òàêèõ îáñòîÿòåëüñòâàõ îñíîâíîå âíè-
ìàíèå ïðè êðèòè÷åñêîì àíàëèçå ñîâðåìåííîãî
ñîñòîÿíèÿ ãîðåëî÷íûõ ñèñòåì ïå÷åé óäåëåíî
ðàññìîòðåíèþ ðåêóïåðàòèâíûõ, ðåãåíåðàòèâ-
íûõ è Oxy-fuel ñèñòåì ñæèãàíèÿ ãàçîâîãî òîï-
ëèâà â ïå÷àõ.
2. Â ïîäòâåðæäåíèå îòñóòñòâèÿ íåïîñðåäñò-
âåííîé ñâÿçè âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ïîäîãðåâà
âîçäóõà ãîðåíèÿ (íàïðèìåð, â ðåãåíåðàòèâíûõ
ãîðåëêàõ) è òåìïåðàòóðû óõîäÿùèõ ãàçîâ çà
óòèëèçàòîðàìè òåïëîòû îáðàòèëèñü ê ñèñòåìà-
òèçèðîâàííûì èññëåäîâàíèÿì íà ïðåäïðèÿòèÿõ
Ðîññèè òåðìè÷åñêèõ ïå÷åé ñ ìàêñèìàëüíîé òåì-
ïåðàòóðîé çàêàëêè 1000–1050 �Ñ è îòïóñêà
850–1050 �Ñ.  ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííîãî ñïå-
öèàëèñòàìè ÄÏ «Íàó÷íî-èññäåäîâàòåëüñêèé
òðóáíûé èíñòèòóò», Äíåïðîïåòðîâñê, îñâîåíèÿ
óïîìÿíóòûõ ïå÷åé äëÿ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè
òðóá, îòàïëèâàåìûõ ñ ïîìîùüþ ðåãåíåðàòèâíûõ
ãîðåëîê, óñòàíîâëåíî, ÷òî ÊÏÄ ïå÷åé ñîñòàâëÿ-
åò 49–51 % (�Í — ïî èñïîëüçîâàíèþ òåïëîòû)
66 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
è 64–65 % (�f — ïî èñïîëüçîâàíèþ òîïëèâà)
[17] — â ñîîòâåòñòâèè ñ íàøåé òåðìèíîëîãèåé
[6]. Ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà ïîäîãðåâà âîçäóõà â
ïå÷àõ ñîñòàâëÿëà 800 è 900 �Ñ, à òåìïåðàòóðà
óõîäÿùèõ ãàçîâ çà ðåãåíåðàòîðàìè âñåãî 180 è
200 �Ñ ñîîòâåòñòâåííî.
Îäíàêî ïðèâåäåííûå äàííûå îòíîñèòåëüíî ïå-
÷è 1 (ñ ðàáî÷åé òåìïåðàòóðîé ïå÷è 1127–1200 �Ñ
è òåìïåðàòóðîé ïîäîãðåâà âîçäóõà 427–450 �Ñ), ñ
îäíîé ñòîðîíû, è ïå÷åé òåðìîîáðàáîòêè òðóá ñ
ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè, ñ äðóãîé ñòîðîíû,
óêàçûâàþò íà íåîäíîçíà÷íîñòü âëèÿíèÿ îïðåäå-
ëÿþùèõ òåìïåðàòóð (ïå÷è, êîìïîíåíòîâ ãîðå-
íèÿ íà âõîäå â ïå÷ü) íà ÊÏÄ è çíà÷èìîñòü ñî-
ãëàñîâàíèÿ âîçìîæíîñòåé òåïëîïîäâîäà è òåï-
ëîâîñïðèÿòèÿ òåðìîîáðàáàòûâàåìûõ ïîâåðõíî-
ñòåé (èçäåëèé, ìàòåðèàëîâ). Äåéñòâèòåëüíî, â
ïðèâåäåííîì ñðàâíåíèè �f = 75 % (ïå÷ü 1), à
äëÿ òåðìè÷åñêèõ ïå÷åé ñ ðåãåíåðàòèâíûìè ãî-
ðåëêàìè �f = 64–65 %.
3. Ñðàâíåíèå ýôôåêòèâíîñòè ïå÷åé 1–3 è
ðàíåå ñîçäàííûõ íàèáîëåå ïðîãðåññèâíûõ êîí-
ñòðóêöèé íàãðåâàòåëüíûõ ïå÷åé [6] ïðåäîïðåäå-
ëÿåò âûâîä î áåññïîðíûõ ýêîëîãè÷åñêèõ ïðå-
èìóùåñòâàõ ñîâðåìåííûõ ïå÷åé, â îñíîâíîì çà
ñ÷åò ñîâåðøåíñòâà ñîâðåìåííûõ ãîðåëî÷íûõ
ñèñòåì, è îãðàíè÷åííîì ïðîãðåññå â îáåñïå÷å-
íèè ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè (ÊÏÄ èñ-
ïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà è òåïëîòû) ñîâðåìåííûõ
ïå÷åé. Çíà÷åíèå ÊÏÄ �f è �Í ñëåäóåò ðàññìàò-
ðèâàòü êàê ñèíåðãåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñî-
âåðøåíñòâà êîíñòðóêöèè ïå÷è, îòäåëüíûõ åå
ñèñòåì (îòîïëåíèÿ, óòèëèçàöèè òåïëîòû, òðàíñ-
ïîðòà çàãîòîâîê, êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíîé,
óïðàâëåíèÿ è êîìïüþòåðèçàöèè îòäåëüíûõ ñèñ-
òåì), à òàêæå âûáîðà ðåæèìîâ è ïàðàìåòðîâ
ýêñïëóàòàöèè.
 óñëîâèÿõ ñîâåðøåíñòâà êîíñòðóêöèè ïå-
÷åé è îòäåëüíûõ ñèñòåì ïå÷è ïîâûøåíèå ïîòåí-
öèàëà òîïëèâîîêèñëèòåëüíîé ñìåñè (ïîäîãðåâ
âîçäóõà è (èëè) åãî îáîãàùåíèå êèñëîðîäîì â
ñëó÷àå ñæèãàíèÿ ïðèðîäíîãî ãàçà, ïîäîãðåâ
îáîèõ êîìïîíåíòîâ ãîðåíèÿ äëÿ íèçêîêàëîðèé-
íûõ ãàçîâ) îäíîçíà÷íî ïîâûøàåò ÊÏÄ ïå÷åé.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Stumpp H. A globally unique opportunity of obtaining
a comprehensive overview of the industry // Heat
Proc. — 2011. — Vol. 9. — Iss. 2. — Ð. 125–127.
2. Ëóêàøèí Þ. Öåíû íà ñòàëü ïàäàþò — íå óðîíÿò ëè
îíè ýêîíîìèêó? // «2000». — 2011. — 9–15 äåê.
— Ñ. Â4.
3. Äåíèñåíêî Â. Òå÷åíèå ñòàëè // «2000». — 2011.
— 9 àâã. — Ñ. Â4.
4. Ïðèãîæèí È., Êîíäåïóäè Ä. Ñîâðåìåííàÿ òåðìî-
äèíàìèêà. Îò òåïëîâûõ äâèãàòåëåé äî äèññèïàòèâ-
íûõ ñòðóêòóð. — Ì. : Ìèð, 2002. — 461 ñ.
5. Ñîðîêà Á.Ñ., Êóäðÿâöåâ Â.Ñ., Êàðàá÷èåâñêàÿ Ð.Ñ.
Ýíåðãîýêîëîãè÷åñêèé àíàëèç ýôôåêòèâíîñòè èñ-
ïîëüçîâàíèÿ òîïëèâà è ýíåðãèè ñ ïðèìåíåíèåì ìà-
òåìàòè÷åñêîãî è êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ.
1. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíî-
ñòè è åå òåïëîôèçè÷åñêîå îáîñíîâàíèå // Ýíåð-
ãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. — 2010. —
¹ 1. — Ñ. 11–21.
6. Ñîðîêà Á.Ñ. Èíòåíñèôèêàöèÿ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ
â òîïëèâíûõ ïå÷àõ. — Êèåâ : Íàóê. äóìêà, 1993.
— 416 ñ.
7. Êàðï È.Í., Ñîðîêà Á.Ñ., Äàøåâñêèé Ë.Í.,
Ñåìåðíèíà Ñ.Ä. Ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ ïðèðîäíîãî ãàçà
ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ (ñîñòàâ è òåðìîäèíàìè÷å-
ñêèå ñâîéñòâà). — Êèåâ : Òýõíèêà, 1967. — 380 ñ.
8. Sueger P., Bloe H. Industrial burners with compact
burner management system on industrial applica-
tions // Heat Proc. — Vol. 6. — Iss. 4. —
P. 296–301.
9. Gas Waerme Intern. — 2011. — Bd. 60, ¹ 4. —
S. 287.
10. Gersum S.V., Adler W., Bender W. Energy-effi-
cient furnace heating — Regenerative heat recovery
with flat flame burners // Heat Proc. — 2011. —
Vol. 9. — Iss. 2. — P. 170–173.
11. Bloom Engineering. Fuer eine saubere Zukunft //
Gas Waerme Intern. — 2011. — ¹ 4. — S. 271.
12. Trimis D., Uhlig V. et al. New ceramic heat
exchangers with enhanced heat transfer properties
for recuperative gas burners // Heat Proc. —
2011. — Vol. 9. — Iss. 2. — P. 183–187.
13. Teufert J., Baur S. Regenerative burners for reduc-
tion of energy consumption and emissions // Ibid.
— P. 179–182.
14. Teufert J., Domagala J. Regenerative burner sys-
tems for batch furnaces in the steel industry //
Heat Proc. — 2010. — Vol. 8. — Iss. 1. —
P. 57–60.
15. Whippele D.F., Teufert J., Domagala J. High effi-
ciency burner systems for aluminium melting fur-
naces // Ibid. — Iss. 2. — P. 139–144.
16. Georgiew A., Wuenning J.G., Bonne U. Regenera-
tive burners for double P radiant tubes in vertical
galvanizing lines // Heat Proc. — 2008. — Vol. 6.
— Iss. 1. — P. 43–46.
17. Çãóðà À.À., Ðóëèêîâ Â.Â., Âàñèëüºâ Å.Ë. Îñâîå-
íèå ïå÷åé äëÿ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè òðóá ñ îòî-
ïëåíèåì ðåãåíåðàòèâíûìè ãîðåëêàìè // Òð. ÕV
Ìåæäóíàð. êîíô. «Òåïëîòåõíèêà è ýíåðãåòèêà â
ìåòàëëóðãèè», ã. Äíåïðîïåòðîâñê, Óêð., 7–9 îêò.
2008 ã. — Ñ. 99–100.
18. Atreya A., Everest D. Highly Preheated Combus-
tion Air Furnace with Oxygen Enrichment for
Metal Processing to Significantly Improve Energy
Efficiency and Reduce Emissions / 2003 ACEEE
Summer Study on Energy Efficiency in Industry.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2 67
Hilton Ryetown Rye Brook, NY July 29 — Aug. 1.,
2003. — P. 4-13–4-21.
19. Lantz M., Primary M. et al. 25 % Increased Reheat-
ing Throughput and 50 % Reduced Fuel Consump-
tion by Flameless Oxyfuel at Arcelor Mittal Shelby
— Tubular Products, Ohio // Iron&Steel Technol.
— 2009. — Vol. 6, ¹ 9. — P. 29–36.
20. von Scheele J. Results from 120 oxy-fuel installa-
tions in reheating and annealing // Heat Proc. —
2009. — Vol. 7. — Iss. 4. — P. 339–342.
21. Al-Halbouni A. The flameless oxidation combustion
principle // Ibid. — 2008. — Vol. 6. — Iss. 1. —
P. 65–67.
22. Al-Halbouni A., Giese A. Comparison of CFD reac-
tion models for simulation of flameless oxidation
combustion // Ibid. — 2008. — Vol. 6. — Iss. 3.
— P. 222–224.
23. Wunning J.G. Reliable and fast CFD-modelling
flameless oxidation // Ibid. —2010. — Vol. 8. —
Iss. 4. — P. 353–355.
24. Vesterberg P., Neihoff T., Paul R. Solutions for
growth — Oxy-fuel melts new melting and heating
demands // Ibid. — 2007. — Vol. 5. — Iss. 2. —
P. 152–155.
25. Malikov G.K., Lobanov D.I., Malikov K.Y. et al.
Direct flame impingement heating for rapid thermal
materials processing // Int. J. Heat & Mass Trans-
fer. — 2001. — Vol. 44. — Iss. 9. — P. 1751–1758.
26. Feese J., Lisin F. Pusher Reheat Furnace Combines In-
creased Production with a Reduction in Emissions //
Heat Proc. —2009. — Vol. 7. — Iss. 4. — P. 343–346.
27. Voicu A., Mohonea A., Velichi G. et al. Moderniza-
tion of Heating Furnaces for Rolling Mills // Ibid.
— 2011. — Vol. 9. — Iss. 4. — P. 351–354.
28. Springer V., Huegel F. Verringerung der
Waermeverluste am Tragrohrsystem von Waerme-
oefen in der Stahlindustrie // Gas Waerme Intern.
— 2011. — Bd. 60, ¹ 4. — S. 285–290.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 01.03.12
68 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 2
Soroka B.S.
The Gas Institute of NASU, Kiev
Combustion Systems and Heat Recovery Facilities of Process
Furnaces : Up-To-Date State and World Development Trends
The systematic analysis of up-to-date trends of improvement the existing furnace and
heat recovery plants being in force and of development the novel plants has been carried
out in application to the high temperature units. An estimation of the power advantages
of the plants has been performed. Main techniques of advancement the heating systems
are directed for fuel saving, reduction of heat treatment duration of the iron and non-fer-
rous metals. These techniques are realized by means of fuel-oxidant temperature potential
due to combustion air preheating or enrichment by oxygen. Modern trends consist in
combination of the burner and heat-exchange facilities in the single unit as well as in de-
velopment of suitable recuperative and regenerative burners basing on mentioned concept
including implementation of the radiative tubes with the developed burners. The recuper-
ative, regenerative and Oxy-fuel combustion systems for the gas fuel combustion in the
furnaces have been considered in frame of estimation the up-to-date state of the furnace
equipment. The complex of advantages of DFI (Direct Flame Impingement) — technol-
ogy, providing enhancement of Oxy-fuel combustion systems’ efficiency has been critical
reviewed. FLOX-technique of combustion the fuels of various compositions took a wide
abundance firstly recommended as low-emission facilities while afterwards the heat engi-
neering advancements have been ascertained. An evaluation of power efficiency of the
modern reheating furnaces in metallurgy. Values of efficiency of fuel �f and heat �Í uti-
lization one ought to consider as synergetic characteristics of the furnace advancement on
the whole and of the furnace assemblies combination (firstly of heating, of heat recovery,
of computer control by thermal operating etc.) with account of operation conditions the
process parameters of the plants.
Key words: DFI-technologies, FLOX-combustion technique, gas fuel, heat recovery fa-
cilities, high-temperature plants, Oxy-fuel heating, recuperative burners, regenerative
burners, reheating furnaces..
Received March 1, 2012
|