Реконструкция термического оборудования. Цели и методы.

Автор: Згоденко Р.А., Технический директор  ЧАО «Кераммаш»

Более 15 лет специалисты ЧАО Кераммаш занимаются созданием различных видов термического оборудования для нужд предприятий легкой и тяжелой промышленности. При проведении своих разработок специалистами предприятия на первое место были поставлены безопасность, качество термообработки, стоимость термообработки. Сегодня мы располагаем современными опробованными технологиями создания нового и реконструкции отслужившего свой срок термического оборудования.

Часто бывая на машиностроительных и металлургических предприятиях Украины и России нашими специалистами изучались разнотипные нагревательные и термические печи с газовым нагревом используемые в основных и вспомогательных технологических процессах. Была проведена оценка состояния оборудования с точки зрения его безопасности, технологической пригодности, энергоэффективности. Понятно, что выводы наших специалистов были неутешительны: полное не соответствие печей современным требованиям безопасности, во многих случаях не высокое качество термообработки, повышенное окалинообразование, удельные расходы энергоносителей в разы превышающие показатели современных термических агрегатов. Затянувшийся финансовый кризис привел к тому, что самому молодому термическому оборудованию скоро исполниться 20-25 лет. Понятие “морально и физически устарело” применимо практически к 100% печей имеющихся на предприятиях.

Мы осознавали не возможность замены всего парка печей на новый в первую очередь по экономическим причинам, что подтолкнуло нас к разработке собственной стратегии проведения реконструкции отслужившего свой срок термического оборудования. Мы основывались на имеющихся у нас достижениях и наработках в строительстве новых печей. Основой наших разработок стало:

• выполнение современных требований техники безопасности к газоиспользующему оборудованию;
• минимизация удельных расходов топлива, через применение современных теплоизоляционных материалов, систем нагрева и управления;
• повышение качества термообработки, через улучшение характеристик теплового поля и управляемости процесса;
• устранение “человеческого фактора” и обеспечение повторяемости результата, через автоматизацию процесса термообработки.

При этом нужно отметить, что специалисты нашего предприятия взвешено, подходят к реконструкции действующих печей, так как:

1) многие печи проработали предельный срок эксплуатации в условиях переменных тепловых нагрузок (нагрев/охлаждение);

2) применение современных систем нагрева часто затрудняет или исключает использование каркаса и футеровки действующих печей, так как они требуют иных конструктивных и теплотехнических подходов;

3) на действующей элементной базе часто не представляется возможным автоматизировать процесс нагрева и оборудовать автоматикой безопасности на современном уровне.

4) любые решения о объеме реконструкции оборудования принимаются только после аудита его состояния.

Далее мы остановимся на основных вариантах сотрудничества, которые могут быть сегодня предложены нами при рассмотрении вопросов реконструкции печей, имеется в виду объем работ и сторона, выполняющая те или иные работы.

А: Полная реконструкция печи.

Цель такой реконструкции максимальное приближение характеристик печи к характеристикам печей нового поколения, этим обусловлено как объем так и стоимость работ. Включает в себя полный комплекс работ по проектированию и проведению всех специфических работ силами специалистов ЧАО Кераммаш:

• Подготовка каркаса печи и замена футеровки боковых стен и свода печи, на современные волокнистые системы теплоизоляции. В зависимости от температуры и режимов эксплуатации печи будет подобраны одна из разработанных нашими специалистами систем с максимальной температурой эксплуатации 750, 1000, 1150, 1300, 1350, 1450^оС. Такое многообразие видов систем теплоизоляции вызвано экономическими соображениями, с увеличением температуры эксплуатации растет и стоимость квадратного метра изоляции. Именно эта часть работ дает наибольшее повышение энергоэффективности периодических печей и печей с рваным циклом эксплуатации. Достаточно привести тот факт, что в замен 500…700 мм кирпичной кладки имеющей плотность материалов 1300…2000 кг/м будут установлена изоляция толщиной 250…350 мм и плотностью 128…192 кг/м. Таким образом, вес изоляции будет снижен в десятки раз. Срок же эксплуатации волокнистой изоляции составит 8…15 лет. Достаточно вспомнить, что чаще всего арочный свод требует капитального ремонта уже после трех лет эксплуатации.
• Замена газогорелочной системы печи. В зависимости от типа печи нами могут быть предложены газогорелочные системы основанные на скоростных нормально и длинно факельных горелках, плоско факельных горелках (преимущественно для нагревательных печей). Общим же для всех систем останется: импульсное управление мощностью, гарантия отсутствия контакта пламени и нагреваемого изделия, наличие автоматического розжига и контроля наличия пламени. Именно современные горелочные системы в совокупности с импульсными системами управления позволяют создать высоко равномерное тепловое поле в печи, выполнять самые сложные графики термообработки, что резко повышает качество обрабатываемых изделий. Не последнюю роль играют горелочные системы и в повышении энергоэффективности печи. Другим важным фактом является резкое снижение выбросов оксидов азота.
• Поставка или модернизация имеющейся системы рекуперации тепла. Предлагаются системы нагрева воздуха на горение: установка рекуператора, установка рекуперационных горелок, установка регенерационных горелок. Если сравнивать различные системы нагрева воздуха на горение то можно сказать, что внешняя рекуперация сохранит до 25% топлива, рекуперативные горелки сохранять до 40% топлива; регенерационные горелки сохранят до 60% топлива. Необходимо учитывать различную стоимость этих методов рекуперации.
• Поставка системы управления печью, всех необходимых первичных датчиков и исполнительных механизмов. Системы управления обеспечивают автоматический розжиг горелочных устройств и контроль за их работой, автоматическое ведение температурного графика во всех зонах печи, автоматическое поддержание разрежения/давления в печи, автоматическое поддержание температуры уходящих продуктов горения перед рекуператором или (и) дымососом (в случае их установки). Системы строятся на базе современных микропроцессорных контроллеров, имеют возможность хранить в энергонезависимой памяти несколько графиков термообработки. Опционально могут иметь верхний уровень управления в виде ПК с возможностью полной визуализации, архивирования, управления.

Работы по ревизии и восстановлению каркасов и подины печи, различных механизмов как то подъем дверей, выкатка пода, толкателей и прочих частей печи может быть выполнена как Заказчиком так и силами специалистов ЧАО Кераммаш.

Дополнительно могут быть предложены современные решения при замене футеровки подины, здесь могут быть предложены блоки из жаростойкого бетона как верхний защитный слой, особенно это, актуально для нагревательных печей где стойкость обычных шамотных огнеупоров не велика, а других достаточно высока. Для глисажных труб нами могут быть предложены теплозащиты различных конструкций.

Поставляя новое термическое оборудование “под ключ”, то есть, выполняя полный цикл работ по проектированию, изготовлению, шефмонтажу и наладке и при реконструкции мы так же готовы предложить проведение полного объема работ силами наших специалистов. Однако при наличии достаточно квалифицированных рабочих у Заказчика мы готовы работать и на других условиях: передать проект на выполняемые работы, поставить систему управления, произвести надзор за выполнением специфических работ (футеровочные работы, работы по реконструкции газо и воздухоразводки, электромонтажу). По завершению работ произвести пуско-наладочные работы.

Про суммарную эффективность такой реконструкции можно сказать: заменено все, что влияет на безопасность, качество, энергоэффективность.

Б: Частичная реконструкция печи.

Понимая, что описанное “превращение печи” все же достаточно дорого и может составлять до 50…70% от стоимости новой печи, специалисты ЧАО Кераммаш пошли дальше, и разработали ряд мер которые способны улучшать те или иные параметры оборудования, иногда являясь отдельными ступеньками к полной реконструкции печи. Рассматривая основные из них необходимо помнить, что их применимость и эффективность необходимо рассматривать в каждом отдельном случае:

• Поставка систем управления для существующих газогорелочных систем. Позволяет в рамках имеющихся возможностей автоматизировать процесс термообработки – вести температуру по имеющимся тепловым зонам, поддерживать постоянство соотношения газ-воздух, управлять давлением в печи и конечно иметь основные аварийные блокировки. При необходимости заменяются первичные датчики и исполнительные механизмы. При этом необходимо учитывать что это не приводит к большому росту энергоэффективности печи, не улучшает состояние теплового поля и т. д. Но иногда это вполне приемлемо.
• Оборудование существующих горелочных устройств пилотными горелками с соответствующей защитно-запорной аппаратурой и автоматикой. Позволяет обеспечить автоматический розжиг основной горелки, наличие контроля, за работой пилотной горелки повышает безопасность работы. К недостаткам можно отнести то, что стоимость такого мероприятия не так уж мала, часто требует установки специальных горелочных камней, переделки газовой разводки печи. Обязательно должен быть рассмотрен вариант установки современных горелок имеющих встроенные запально-защитные устройства.
• Поставка только канала управления для давления в печи. Достаточно недорогое мероприятие, которое позволяет держать минимально необходимое давление в печи. Это не только отражается на расходные характеристики печи, но и позволяет избежать тепловые прострелы на внешние элементы печи, которые часто являются причиной выхода из строя всего агрегата.
• Замена изоляции либо всей печи, либо только свода на волокнистые теплоизоляционные системы. Достаточно эффективное мероприятие как для энергоэффективности печи, так и для увеличения межремонтного времени эксплуатации. Как пример можно привести замену арочного свода туннельной печи на заводе сантехнических изделий (г. Славута). Общая длина замененного свода почти 110 м, время установки нового плоского свода менее 2 недель. Можно представить, на сколько уменьшено время простоя печи для выполнения ремонта, в сравнении с объемом работ по выполнению кладки арочного свода.
• Как один из способов улучшить характеристики печи и увеличить ее межремонтный пробег, нами предлагается обклейка специальными модулями из керамических волокнистых материалов поверхностей кирпичной кладки. При выполнении таких работ применяются только проверенные высокотемпературные клеи импортного производства. Являясь эффективным теплоизоляционным материалом, такие модуля понижают температуру нагрева кирпичной кладки печи, что положительно сказывается на экономии энергоресурсов, и продлевают срок службы кирпичной кладки печи. Недостатком такой технологии являются требования к состоянию поверхности, на которую наклеиваются модуля, понятно, что на пережженные старые огнеупоры как на основу надеяться не стоит.
• Замена газогорелочной системы и системы управления печи . Во многих случаях позволяет расширить и улучшить технологические возможности оборудования, и могут рекомендоваться для предприятий, где именно требования технологии и качества термообработки сегодня являются основным вопросом. Может быть предложены для всех печей непрерывного действия как основной вариант, так как в таких печах волокнистые материалы теряют основное свое преимущество. Однако получаемаяэкономия топлива недостаточна, чтобы обосновать такие работы только через его экономию.
• Поставка рекуператоров и оснащение существующих печей рекуперативными системами. Выше отмечалось, что установка рекуператоров дает достаточно большой экономический эффект. Большинство проектов, по которым создавались печи в 70-х, 80-х годах уже имели рекуператоры и часто речь может идти только о поставки рекуператора как о запасных частях.

В завершении хотелось еще раз обратиться к проблеме окупаемости затрат на реконструкцию печи. Сравнивая удельные расходы существующих устаревших печей имеющихся на предприятиях можно привести следующие данные: средний расход нагревательных печей 200…270 куб м газа/тонну продукции, для термических печей эта цифра 120…150 куб. м. газ/тонну. Бывают приятные исключения из этого правила, но они очень редки. Аналогичные показатели для современных печей могут составлять 33…70 куб. м газа/тонну. Разница достаточно большая, но как показывает опыт у предприятий заказчиков часто вызывает проблемы расчет сроков окупаемости реконструкции печей.

Для того чтобы понять причину необходимо вспомнить, что результатами полной реконструкции печи являются безопасность, качество, энергоэффективность. Таким образом расчет окупаемости любой реконструкции должен в себя включить, не только экономию топлива, но и следующие факторы:

• улучшение качества термообработки – это прямое следствие улучшения теплового поля печи;
• увеличение производительности печи, практически всегда достигается сокращение цикла термообработки, а применение импульсной системы управления позволяет иметь увеличенную мощность без ухудшения регулируемости;
• уменьшение окалинообразования – прямое следствие точного контроля за соотношением газ-воздух и поддержания минимального избытка воздуха;
• снижение брака по причине “человеческого фактора” благодаря автоматизации процесса;
• увеличение межремонтной компании печи, уменьшение затрат на ремонты;
• безопасность процесса, снижение вероятности аварий, а значит и их последствий, простоя связанного с аварийными ситуациями;
• приведение оборудования к требованиям экологических норм, норм энергосбережения, норм техники безопасности.

Этот список можно продолжать. Только учет этих фактов обосновывает полную реконструкцию печи. В связи с этим мы готовы оказать всемерную помощь специалистам других предприятий в подготовке технико-экономического обоснования реконструкции печи. ЧАО Кераммаш приглашает к сотрудничеству все предприятия имеющие устаревшее или неэффективное термическое оборудование.

При наличии потребности в решении проблем термической обработки, поставки газовых, электрических печей, модернизации тепловых агрегатов, просим обращаться к нам по адресу
84105, Украина, Донецкая обл., г. Славянск, ул. Свердлова,1А, ЧАО «Кераммаш»
тел.: +38 (0626) 66-73-38, +38 (06262) 3-54-88;
факс.: +38 (06262) 3-55-16