Проекти на нагревателни елементи за електрически пещи

Нагревателните елементи на повечето индустриални пещи са или лента, или тел. На фиг. 1 показва устройството на конвенционален нагревател от нихромна тел, приетите конструкции за закрепването му върху покрива, по стените и в огнището на пещта и дизайна на проводниците. Обикновено за производството на нагреватели за индустриални пещи се използва тел с диаметър от 3 до 7 мм. Въпреки това, за пещи с работна температура от 1000 ° C и повече, не трябва да се взема тел с диаметър по -малък от 5 mm.

Съотношенията между стъпката h на спиралата и нейния диаметър D и диаметъра на жицата d (фиг. 1, к) са избрани по такъв начин, че да улеснят поставянето на нагревателите в пещта, за да се осигури тяхната достатъчна твърдост и в същото време да не се усложнява прекомерно преносът на топлина от тях към продуктите.

Колкото по -голям е диаметърът на спиралата и колкото по -дебела е нейната стъпка, толкова по -лесно е да се поставят нагреватели в пещта, но с увеличаване на диаметъра силата на спиралата намалява и тенденцията на нейните завои да лежат един върху друг се увеличава. От друга страна, с увеличаване на плътността на намотката, екраниращият ефект на частта от нейните завои, обърната към продуктите върху останалата част, се увеличава и следователно използването на нейната повърхност се влошава.

Практиката е установила съвсем определени, препоръчителни съотношения между диаметъра на жицата, стъпката и диаметъра на спиралата за проводници от 3 до 7 мм в диаметър. Тези съотношения са следните: h> 2d и D = (6 ÷ 8) d за нихром и за по-малко здрави железо-хром-алуминиеви сплави D = (4 ÷ 6) d.

Ориз. 1. Нагреватели с тел: а — нагревател с тел зигзаг върху метални куки на страничната стена: б — тел зигзаг нагревател в огнището, в — същото в трезора, г — същото на керамични рафтове, д — телена спирала върху стърчащи тухли на страничната стена с чрез свързване към куки, е — телена спирала в сводести камъни и в шахтите на огнището, g — телена спирала на керамични рафтове, h — телена спирала върху керамична тръба, и — изход на нагревател на тел, k — символно обозначение от размерите на нагревателя с тел.

За по -тънки проводници обикновено се взема по -голямо съотношението на диаметрите на спиралата и жицата, както и стъпката на спиралата. Тези съотношения се прилагат за спирали, поставени на рафтове (така че спиралите да не се издуват, те трябва да бъдат вързани на всеки 300 — 500 мм към куки, вградени в зидарията) и в каналите на облицовката на стени и сводове, както и в сводести камъни.

Напоследък обаче спиралните нагреватели на базата на керамични тръби стават все по -разпространени (фиг. 2). От гледна точка на разпределението на радиацията и мощността по стените на пещта, такива нагреватели са почти еквивалентни на свободно излъчващи спирали и обратно, те са много по -ефективни от спиралите в канали или на рафтове.

От друга страна, при тях всеки завой лежи върху повърхността на тръбата и дори ако тя се провисне до известна степен (придобива овалност) при нагряване, това не намалява нейните характеристики. Тъй като такъв нагревател, следователно, е по -малко натоварен в сравнение с други и в него отделните завои не могат да лежат един върху друг, тогава, ако е необходимо, той може да доведе съотношението на диаметъра на спиралата към диаметъра на проводника до 10, а за желязо-хром-алуминиеви сплави-до 8.

Ориз. 2. Конструкции на спирални нагреватели с тел върху керамични тръби: а — дъгови нагреватели, б — тръби по страничните стени, закрепване върху топлоустойчиви окачвания, в — същото в жлебовете на керамични стълбове, г — тръби в огнището.

Този дизайн е особено благоприятен за последните, тъй като позволява на материала да се разширява свободно. Освен това, както Фиг.2 са разработени конструкции на нагреватели с тел върху керамични тръби за тяхното инсталиране не само по стените на пещта, но и в покрива и в огнището, като в последните случаи нагревателите могат да бъдат направени под формата на подвижни рамки, такива рамки могат лесно да се вмъкнат в пещта и да се подменят при изгаряне. резервни без спиране на пещта.

По този начин дизайнът на спирални нагреватели с тел върху керамични тръби е универсален както от гледна точка на използването на материали, така и на разположението на нагревателите в камерата на пещта. Съотношението на вътрешния диаметър на спиралата към външния диаметър на тръбата за такива нагреватели може да се приеме равно на приблизително 1,1-1,2, разстоянието между осите на тръбите 1,5-2 пъти диаметъра на спиралата.

За електрически нагреватели и пещи с принудителна циркулация на въздуха използването на спирални нагреватели на керамични тръби е по -малко желателно, тъй като това намалява коефициента на топлопреминаване на нагревателя, използването на спирали по рафтовете или в каналите на облицовката е напълно неприемливо по същата причина (с изключение на случаите, когато газовият поток може да бъде насочен по спиралата, по посока на оста му).

В такива пещи е по -добре да се използват конструкции със свободно издухани спирали, захванати между изолатори на определени интервали или обвързани с последните (фиг. 3). Ако в такива конструкции се използват спирални нагреватели на керамични тръби (при по -високи температури), тогава съотношението на диаметъра на спиралата към диаметъра на тръбата трябва да се увеличи до 1,5.

Ориз. 3. Проекти на (а) жични и (б) лентови нагревателни елементи на електрически нагреватели.

Лентовите нагреватели са изработени под формата на зигзагове с различни размери и са монтирани върху метални (топлоустойчива стомана или нихром) или керамични куки (фиг. 4). Металните куки са вградени в зидарията на стените (в шевовете между тухли или в каналите на специални тухли), керамичните куки са израстъци от специални камъни, положени в зидарията.

За долната части зигзаговете не се затварят при изкривяване, между тях се поставят дистанционери, които са шамотни или алуминиеви керамични втулки, поставени върху топлоустойчиви или нихромови щифтове, вградени в зидарията. Втулките са прикрепени към щифтовете с нихромови щифтове. При керамичните куки разделителите също са направени изцяло от керамика (фиг. 4, а).

На фиг. 4, h показва дизайна на подвижни керамични куки и дистанционни елементи. Този дизайн е много полезен, тъй като ви позволява лесно да смените куките в случай на повреда.

Нагревателите със зигзаг могат да се монтират и върху страничните стени на пещта върху керамични рафтове, но този дизайн е дори по -малко целесъобразен по отношение на специфичната мощност, поставена на стената и степента на екраниране на нагревателите, отколкото конструкцията на нагревателите с тел по рафтовете. Към това трябва да се добави, че керамичните рафтове обикновено се представят слабо при експлоатация, тъй като в случай на тяхното счупване, за да се замени повредения рафт, е необходимо да се измести зидарията (фиг. 4, г).

Ориз. 4. Конструкции на лентови нагреватели: а — лентови зигзагообразни нагреватели на страничната стена на метални куки, б — лентов зигзаг нагревател в огнището. c — същото в трезора, d — същото на керамичните рафтове, e — подвижен високотемпературен рамков елемент, f — нискотемпературен рамков елемент, g — нагревател «плоска вълна» върху керамични тръби, h — нагревател с зигзаг лента на подвижни куки и — символично обозначение на размерите на лентовия зигзаг нагревател.

В свода или в дъното на лентовите нагреватели те могат да се поберат в каналите на зидарията, образувани от специални оформени камъни (греди — фиг. 4, б и в). Такива нагреватели могат да бъдат направени и като подвижни рамки (фиг. 4-53, д).Освен това, със сводест свод, зигзаговете на лентата могат да бъдат окачени на подвижни метални куки.

В електрическите нагреватели и пещи с принудителна циркулация на въздуха лентовите нагреватели трябва да бъдат проектирани така, че повърхността на нагревателя да е възможно най -достъпна за издухване с газов поток. Пример за такава конструкция е показан на фиг. 3, б.

Колкото по-дебели са нагревателите с зигзаг, толкова по-дълго нагревателят може да бъде поставен във фурната, но колкото по-голяма е защитата на завоите, толкова по-лоша е повърхността на колана. Поради това бяха установени приетите размери на лентови зигзагови нагреватели, които осигуряват тяхната достатъчна здравина и ниска взаимна защита.

За тази цел те се опитват да задоволят следните съотношения (обозначения съгласно фиг. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, най -често срещаното съотношение на ширината на лентата към нейната дебелина е 10. стъпка на зигзаг h> 1.8b, радиусът на лентата е закръглен, за да се избегне счупване на огъване r>

За температури на нагревателя до 1000 ° C в промишлени пещи се използва лента с размери най -малко 1X10 mm, при по -високи температури, най -малко 2X20 mm.

При температури до 1000 ° C височината на зигзаг В на стената може да варира от 150 до 400-600 мм, но за всеки 200 мм е необходим ред разделители, тоест при 200-400 мм, един ред разделители, а при 400 —600 мм — два реда. На арката и в огнището, за да се избегне залягане на нагревателите, височината на зигзаг В трябва да бъде ограничена до 250 мм. Тези препоръки могат да бъдат разширени до сплави желязо-хром-алуминий.

За температури на нагревателя от 1000 до 1100 ° C, посочените гранични размери могат да бъдат запазени за сплавта Kh20N80 и Kh20N80T, за сплавите желязо-хром-алуминий, размер B с вертикалното положение на зигзага трябва да бъде ограничено до 250 mm, и с хоризонтално положение 150 мм.

При температури на нагревателя над 1100 ° C единственият приемлив дизайн на лентови нагреватели както за покрива, така и за дъното е плоска вълна върху керамични тръби (фиг. 2, ж). Дължината на зигзага В в този случай може да се приеме равна на 75-100 мм. За нагреватели на страничните стени може да се използва дизайн с керамични куки, ограничаващи височината на зигзаг до 150 мм.

През последните години телените зигзагови нагреватели са широко използвани. За тези нагреватели стъпката зигзаг h се приема равна на (5 ÷ 9) d.

Когато използвате железо-хром-алуминиеви сплави в пещи с работна температура над 1000 ° C, всички части от огнеупорна зидария, които могат да влязат в контакт с нагревателите (керамични куки и разделители, рафтове, тръби, канали и др.), Трябва да бъдат изработени от високооксидни алуминиеви материали с минимално съдържание на железни оксиди.

Лентовите зигзагове обикновено се навиват ръчно, като се използва просто устройство с лост. Спиралите се навиват на струг върху гладък дорник плътно, след което получената спирала се разтяга до желаната стъпка.

Ориз. 5. Запечатан изход на нагревателя: 1 — корпус, 2, 6 — изолационни втулки, 3 — дистанционен пръстен, 4 — азбестово уплътнение, 5 — съединителна гайка, 7 — изход на нагревателя.

Тъй като след изваждането на спиралата от дорника, тя се отвива малко, увеличавайки диаметъра си (с около 1-3 мм), дорникът трябва да се вземе с по-малък диаметър от изчисления. Това намаление зависи от еластичността на материала и трябва да се определи експериментално за всяка партида. В електрическите централи зигзагообразните нагреватели се произвеждат на специални машини.

Изходите на нагреватели до температура 1000 ° C са изработени от топлоустойчива стомана, хром-никел или хром, за по-високи температури-от сплав 0X23Yu5A (EI-595). За тази цел вземете телена пръчка, пръчка с напречно сечение, равно на 3-4 пъти напречното сечение на нагревателя, за да намалите отделянето на топлина в проводниците. Частта от изхода, разположена в зоната на ниски температури, за да се спестят скъпи материали, може да бъде направена от обикновена въглеродна стомана. Типичните оловни конструкции за нагреватели с тел и лента са показани на фиг. 5.

В нагревателните елементи на лента зигзаг, взаимното екраниране на отделните зигзагове е все още относително голямо, дори с стъпка, надвишаваща два пъти ширината на лентата.Би било по -изгодно да се проектират нагревателите по такъв начин, че лентата да е обърната към продукта с широката си страна, но това изисква много заваряване, тъй като всяко завъртане на лентата има две заварки и дизайнът на нагревателя е скъп и склонни към изкривяване.

Следователно, въпреки че такива нагреватели се използват в някои случаи, но само за малки пещи. Те осигуряват значителни икономии на материали в сравнение с лентови и особено нагреватели с тел и ви позволяват да получите малко по -висока специфична повърхностна мощност на стената при същия разход на материал.

Нагревателите с ляти джанти, отлити от нихром и окачени на специални куки, също се приближават до плоски нагреватели (фиг. 6). Различните нагреватели, разбира се, могат да бъдат направени само с големи напречни сечения и затова те се използват или в големи пещи, или изискват намалено напрежение. Тяхното предимство е висока надеждност и дълъг експлоатационен живот, измерен в десетки хиляди часове. Обикновено се смята, че правилно изчислените и проектирани нихромни нагреватели трябва да работят от 6000 до 12000 часа (под ток).

В муфелни и тръбни пещи нагревателите с тел и лента се навиват директно върху керамична муфел или тръба, освен това, така че завоите на намотката по време на разширяването от нагряване да не отслабват и да не се движат от мястото си, керамиката се доставя с канали в на която е положена лентата или телта. Друг начин за фиксиране на завоите на нагревателя върху керамиката е да се намаже последната след навиване със слой от огнеупорна глина с шамот.

Ориз. 6. Летни нагреватели.

Ориз. 7. Пръчкови тръбни нагреватели.

В пещи до температури от 400-500 ° C има много повече видове нагреватели. В допълнение към спирални и лентови зигзагообразни нагреватели с отворен проводник, същите като в пещите за по -висока температура, има и конструкции на сменяеми нагревателни елементи, удобни с това, че могат да се използват за получаване на всякаква мощност и в същото време, когато те изгарят, такива елементи лесно се заменят. резервни.

Тръбните нагревателни елементи от прът са набор от порцеланови изолатори, нанизани на топлоустойчив или стоманен прът и поставени в стоманена тръба, заварени в единия край и затворени с извеждащ изолатор в другия. Нихромна спирала се навива върху порцеланови изолатори, заварени в единия край към проводника на изолатора, а в другия към централния прът.

Понякога пространството между тръбата и нагревателя се запълва с кварцов пясък. Нагревателите от този вид могат да се използват до 400-500 ° C и с огнеупорни тръби до 1000 ° C и са особено удобни за големи пещи, в които е необходимо да се предпази нагревателят от механични повреди или от действието на корозивни пари (Фиг. 7).

Голям интерес представляват така наречените „тръбни“ нагревателни елементи (фиг. 8). Те се състоят от стоманена тръба, по оста на която е разположена нихромова спирала, заварена към изходните болтове в краищата на нагревателя. Пространството между спиралата и стените на тръбата е запълнено с периклаза, кристален магнезиев оксид, който има добра електроизолационна способност и в същото време висока топлопроводимост. Производството на нагревателни елементи се извършва, както следва.

Нихромова спирална рана върху стоманена пръчка е монтирана строго аксиално в подготвената почистена стоманена тръба, тръбата е фиксирана вертикално върху вибрираща машина и е напълнена с прах от периклаза, преминал през магнитния сепаратор. След това пръчката се изважда от тръбата и се прекарва през коваща машина, която я чука с чукове по обиколката, поради което диаметърът й намалява, а периклазата се уплътнява много силно.

По ръбовете на тръбата са закрепени запечатани изводящи изолатори, след което, благодарение на периклазното уплътнение, тя може да бъде огъната по всякакъв начин и да й придаде удобна форма. В тази форма тръбните елементи могат да се използват за загряване на въздух (електрически нагреватели), масло, нитрати и дори за топене на ниско топими се метали като калай, олово, бабит. В последния случай, за да се избегне бърза корозия на стената на тръбата от метал, тя е предварително напълнена с чугун, който образува масивна плоча, вътре в която има тръбен нагревателен елемент.

Ориз. 8. Тръбни нагреватели.

Използването на тръбни нагреватели за вани със селитра е много желателно, тъй като в сравнение с бани с външно отопление, това намалява намаляването на консумацията на енергия, повишава безопасността на ваните и огромен спестяване на нихром. Въпреки това, за тяхната задоволителна работа в нитрати, особено при температури от 500 ° C и повече, е необходимо да се направи двойна обвивка на тръбата, като върху подготвения нагревател се постави втора тръба, никелова, устойчива на топлина.

Когато се използват в електрически нагреватели, те са оребрени, за да увеличат преноса на топлина към въздуха.

Тръбните нагреватели са много широко разпространени за производството на домакински отоплителни устройства.

Тръбните нагреватели работят с мощност от няколкостотин вата до няколко киловата.

Данните за тръбните нагреватели, произведени от нашата индустрия, са налични в каталозите.