ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГАЗОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Накопленный опыт в проектировании и эксплуатации установок с инфракрасными газовыми излучателями позволяет дать некоторые рекомендации по применению горелок для тепловой обработки. При этом надо отметить, что многие положения для установок, оборудованных электрическими инфракрасными излучателями, справедливы и для установок с газовыми излучателями. Однако к установкам с газовыми излучателями предъявляются дополнительные специфические требования.
1. Если отсутствуют исходные данные по тепловой обработке заданного материала, то проектным работам должны предшествовать экспериментальные исследования и испытания опытных установок для определения оптимальных режимов условий процесса (расстояние от горелок до обрабатываемого изделия, расстояние между горелками, равномерность распределения теплового потока, требуемая температура на поверхности изделия, продолжительность нагрева, воздухообмен и т. д.).
2. К газовым горелкам инфракрасного излучения должно подаваться стабильное номинальное давление газа. В противном случае, при колебании давления газа перед горелками, будет меняться температура на излучающих панелях и как следствие увеличиваться время или ухудшаться как качество тепловой обработки, так и сгорания газа.
3. Для регулирования плотности (интенсивности) излучения инфракрасных горелок, скомпонованных в отдельные группы, рекомендуется устраивать либо индивидуальное, либо групповое включение (выключение) их с таким расчетом, чтобы в каждой группе включалось (выключалось) одинаковое число горелок, т. е. изменение интенсивности излучения происходило без изменения направления его. Не следует допускать включения (выключения) целой группы горелок, сосредоточенных в одном месте по излучающей поверхности тепловой установки, так как это приведет к неравномерному облучению обрабатываемого изделия (материала). При черных излучателях интенсивность излучения регулируется за счет изменения их температуры путем изменения тепловой нагрузки горелок.
4. При проектировании установок конвейерного типа должно быть изучено прерывное и непрерывное облучение изделия. Первый способ (в целом ряде случаев) обеспечивает значительную экономию газа и улучшает технологический режим тепловой обработки. В этих установках, кроме того, следует предусматривать резерв по длине зоны облучения, чтобы иметь возможность в случае необходимости облучать изделия (материалы) на большем отрезке пути его движения.
5. Необходимо обеспечить регулирование расстояния между инфракрасными излучателями и материалом. Особенно важно предусмотреть это в установках тепловой обработки открытого типа, а также в установках с одиночными или небольшими групповыми излучателями.
6. Горелки инфракрасного излучения могут устанавливаться внутри камеры и в ее окнах. При установке инжекционных горелок внутри камеры необходимо обеспечить подвод воздуха к горелкам по специальным каналам. Необходимо также обеспечить отвод продуктов сгорания от горелок. Если выполнить каналы не представляется возможным, то в камере, где установлены горелки, должно быть обеспечено достаточное количество воздуха для горения с учетом возможности работы горелок при повышенных температурах воздуха. В противном случае может нарушиться нормальная работа горелок.
7. Обшивка внутри камер не должна коробиться при нагреве, так как при короблении ее часть излучения будет отражена в ненужном направлении, а при наличии в установке вентиляции с принудительной подачей воздуха будут создаваться нежелательные отклонения потока и завихрения, отрицательно влияющие на работу горелок.
8. Расположение излучающих насадок (панелей) горелок в установке должно обеспечивать равномерный тепловой поток, сосредоточенный на обрабатываемом изделии. Исключением могут быть установки для тепловой обработки изделий с неравномерной массой. В этих случаях облучение более массивных частей изделия должно быть более интенсивным. В случае облучения плоских объектов с большой поверхностью достаточно обеспечить облучение их с одной или с двух сторон плоскости. При облучении пространственных объектов коробчатой формы необходимо, чтобы излучение было равномерным со всех сторон. При облучении предметов круглой формы может быть принято одно из решений: а) излучатели располагают вокруг изделия; б) изделие вращают вокруг своей оси.
9. При установке горелок инфракрасного излучения со сгоранием газа на керамических или металлических насадках внутри камер, учитывая, что от 45 до 55% тепла уходит с отходящими газами, необходимо использовать это тепло, применив одновременно лучистый и конвективный способы нагрева. В этом случае горелки следует располагать под обрабатываемыми изделиями, обеспечив, однако, условия невозможности повреждения и засорения насадков горелок падающим материалом и воспламенения горючего материала, если он имеется.
10. При облучении изделий боковыми панелями, отсосе нагретого воздуха из верхней зоны и поступлении свежего воздуха снизу необходимо учитывать неравномерность нагрева воздуха по высоте камеры. Для компенсации этой неравномерности нижние горелки должны обеспечивать большую интенсивность облучения изделия, чем верхние. Поэтому горелки рекомендуется объединять в группы, расположенные по горизонтали. При движении облучаемого изделия вдоль камеры оно должно свободно подвешиваться на транспортере. Это дает возможность избежать затемнения облучаемых поверхностей деталями транспортера и устранить непроизводительные потери тепла на их нагрев.
11. Внутренние поверхности камеры целесообразно облицовывать листовым алюминием, который повышает равномерность облучения изделия и экономичность установки, что имеет большое значение при облучении объектов со сложной геометрической формой и низкой поглощательной способностью.
12. Чем меньше теплопроводность материала, тем более равномерно он должен облучаться, так как в этом случае не происходит выравнивание температуры через теплопроводность.
13. В установках, в которых может возникнуть большая концентрация пара, появляется опасность конденсации влаги на стенках камеры (печи). Поэтому камера перед подачей в нее материала должна быть предварительно прогрета так, чтобы внутренние ее части приобрели достаточно высокую температуру.
14. Инфракрасная тепловая обработка может вестись как в закрытых камерах или печах, так и в открытых установках на конвейерах или в стационарных условиях. Тепловая изоляция камер или печей не является необходимой, кроме тех случаев, когда требуется интенсифицировать процесс тепловой обработки.
15. К горелкам, смонтированным в установках, должен быть обеспечен свободный доступ для производства необходимых ремонтных работ или замены горелок.
16. В закрытых установках с инфракрасной тепловой обработкой следует устраивать специальные смотровые окна, необходимые для наблюдения за работой горелок.
17. В закрытых камерах или туннелях, в которых возможно выделение горючих и взрывоопасных растворителей, недопустимо наличие «мертвых» зон для воздухообмена.
18. В инфракрасных установках большое значение имеют температура и скорость поступающего в камеру воздуха. При поступлении холодного воздуха или воздуха с большой скоростью продолжительность тепловой обработки увеличивается. Применение газовых инфракрасных излучателей дает возможность использовать горячие продукты сгорания и подавать в установку подогретый воздух. Подогрев воздуха до требуемой температуры происходит в специальных воздухоподогревателях или в системе рециркуляции.
19. Каждая установка с инфракрасными газовыми излучателями должна оборудоваться системой автоматики безопасности и необходимыми контрольно-измерительными приборами. Автоматика безопасности должна предусматривать отсечку подачи газа в случаях выключения приточно-вытяжной вентиляции, падения давления газа ниже допустимой величины, остановки транспортеров; дистанционное управление зажиганием должно обеспечивать невозможность пуска газа до включения системы зажигания. В тех случаях когда горелки находятся в местах, труднодоступных для наблюдения за их работой, они должны оборудоваться системой автоматики, контролирующей работу каждой горелки. При выключении горелок в результате возникновения аварийных ситуаций автоматика должна предусматривать включение горелок только оператором после устранения неисправностей, вызвавших отключение газа.
20. Транспортерные устройства в инфракрасных установках (транспортерные ленты, сетчатые ленты, решетки, колосники, сита и стеллажи) являются балластом, на нагрев которого расходуется тепло. Поэтому при проектировании и постройке таких установок должны приниматься меры для уменьшения этого балласта. В необходимых случаях транспортерные устройства должны располагаться под дном (полом) или в верхней части сушильной камеры с устройством узкой щели для пропуска стоек или подвесок, на которых крепятся нагреваемые изделия. Следует помнить, что металлические детали транспортерных устройств, находящиеся в поле излучения, нагреваются и излучают тепло. Поэтому при решении некоторых задач инфракрасного нагрева это следует использовать. Например, при выпечке печенья на стальных листах дополнительный нагрев желателен.
21. В других случаях, например при сушке пищевых продуктов, он может представлять опасность вследствие местного перегрева. В подобных случаях надо применять в качестве подложки подходящие материалы с малой поглощательной способностью.
22. Недопустимо пропускать через инфракрасную установку одновременно толстые и тонкие, тяжелые и легкие детали, так как неизбежны температурные различия.
23. При сушке лакокрасочных покрытий на толстых, массивных металлических телах вначале следует использовать облучение при больших тепловых напряжениях, так как в этом случае можно ускорить процесс сушки. Поскольку тепло, выделившееся с поверхностного слоя подложки, передается в глубь металла, то даже при сильном облучении не следует опасаться превышения температуры в слое лакокрасочного покрытия.
24. Массивные, тяжелые и толстостенные металлические тела, на которых необходимо высушить лакокрасочное покрытие, нагреваются очень медленно, зато и охлаждаются они также очень медленно. Последним обстоятельством можно воспользоваться, не сразу охлаждая материал холодным воздухом, после того как была достигнута температура запекания или полимеризации покрытия. Такое очень постепенное охлаждение, в процессе которого вначале сохраняется еще довольно высокая температура слоя лакокрасочного покрытия, способствует повышению его прочности. Только когда температура станет ниже определенного значения, можно применить искусственное охлаждение. В установках с транспортерной лентой для выполнения этого требования между зоной сушки и зоной охлаждения должна иметься промежуточная зона со спокойным воздухом.
25. Чем сложнее конфигурация изделий, тем труднее получить равномерный нагрев при радиационной тепловой обработке. Поэтому необходимо одновременно использовать радиационный и конвективный режим тепловой обработки.
26. При сушке и тепловой обработке изделий инфракрасными лучами следует иметь в виду, что для каждого продукта должен быть разработан свой технологический режим. Существенную роль при этом играет способность нагреваемого изделия поглощать, пропускать и отражать лучи с различной длиной волны (селективность). Ниже при рассмотрении конкретных решений по применению горелок инфракрасного излучения для различных тепловых обработок будут дополнительно излагаться соображения по рациональному использованию излучателей.
