CC BY
49УДК 666.3.022
И.Ф. ШЛЕГЕЛЬ, канд. техн. наук, генеральный директор ([email protected]),
В.Г. ИВАНОВ, инженер, начальник отдела теплотехники, Д.Л. ШАПОВАЛОВ, инженер-конструктор
Институт Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА-Строй») (644113, г. Омск, ул. 1-я Путевая, 100)
Оптимизация туннельных печей
Предложена оптимизация обжига кирпича в туннельных печах путем организации зон рециркуляции теплоносителя с применением жаровых вентиляторов новой конструкции. Защита от перегрева вала и двигателя вентилятора, обеспечивается простой и надежной муфтой. Конструкция муфты имеет спицы, выполненные в виде лопастей, вращающихся в окружающем воздухе и охлаждаемых им. При внедрении этого способа может быть увеличена производительность печи до 10% или улучшено качество готовой продукции.
Ключевые слова: энергосбережение, кирпич керамический, печь туннельная, рециркуляция теплоносителя, жаровый вентилятор.
I.F. SHLEGEL', Candidate of Sciences, General Director ([email protected]), V.G. IVANOV, Engineer, Head of Heat Engineering Department, D.L. SHAPOVALOV, Engineer-Designer
Institute of New Technologies and Automation of the Industry of Construction Materials (OOO "INTA-Stroy") (100, 1-ja Putevaja Street, Omsk, 644113, Russian Federation)
Optimization of Tunnel Kilns
Optimization of brick burning in tunnel kilns by means of organizing the zones of heat carrier recirculation with the use of flame blower of a new type is proposed. Overheating of the ventilator shaft and motor is provided by the simple and reliable clutch. The design of clutch has spokes made in the form of blades which rotate in surrounding air and are cooled by it. Introduction of this method can increase the productivity of the kiln by up to 10% or improve the quality of ready-made products.
Keywords: energy saving, ceramic brick, tunnel kiln, heat carrier recirculation, flame blower.
В керамической промышленности почти повсеместно обжиг кирпича ведут в туннельных печах различных конструкций, только на некоторых заводах используют кольцевые печи или усовершенствованные кольцевые печи со съемным сводом.
При проектировании кирпичных заводов используют принцип «плясать от печки», т. е. производительность всего предприятия определяют по производительности печи, причем ее повышение регламентируется качеством выпускаемой продукции [1].
T, оС 1000 800 600 400 200 0
3
1 1
1 г
ч
0,411 - зона нагрева
2 3
1 - общая длина печи обжига
0,21 - зона обжига 0,41 - зона охлаждения
Рис. 1. Схема температурного распределения теплоносителя по высоте канала печи: а - без применения жаровых вентиляторов; б - с применением жаровых вентиляторов; в - рекомендуемая температурная кривая; 1 - жаровые вентиляторы в зоне нагрева; 2 - жаровые вентиляторы в зоне охлаждения; 3 - зона рекристаллизации (573оС)
Несмотря на определенные преимущества туннельных печей по сравнению с кольцевыми, они имеют ряд недостатков, хорошо известных специалистам. Одним из них является неравномерность температуры теплоносителя по объему печного канала, которая наблюдается практически на всех участках печи [2, 3]. Теплоноситель с более высокой температурой поднимается вверх, а более холодный стремится вниз (рис. 1, а).
Такая неравномерность теплоносителя по высоте канала печи особенно опасна в зоне рекристаллизации, т. е.
в момент перехода а-кварца в Р-кварц при температуре 573оС, сопровождающегося изменением объема керамического камня. Резкий переход через эту зону значительно снижает его прочность, вплоть до полного разрушения. Наглядным примером этого явления может служить хорошо знакомое растрескивание толстостенного стеклянного стакана при наливе в него крутого кипятка, так как следующая точка рекристаллизации кварца 102оС.
Поэтому через зону рекристаллизации стремятся пройти с плавным изменением температуры, чтобы не снизить прочность получаемого кирпича, а неравномерность температуры теплоносителя «растягивает» эту зону, что в итоге снижает производительность печи.
В зоне прогрева кирпича (рис. 1, а) также желательно обеспечить равномерное повышение температуры вплоть до зоны обжига. На некоторых предприятиях возникают такие ситуации, когда из-за неравномерности температуры теплоносителя по высоте печного канала нижние ряды кирпича поступают в зону обжига недостаточно прогретыми, и
научно-технический и производственный журнал
а
б
в
Ceramic building materials
если пламя горелок направлено сверху вниз, то нижние ряды испытывают термоудар, результатом которого является брак части нижнего кирпича.
Для повышения производительности печи и качества обжига рекомендуется [4] бороться с неравномерностью температуры теплоносителя различными способами. Например, рекомендуют установку жаровых вентиляторов (рис. 2), крыльчатка которых выполнена из жаростойкой стали и установлена на длинном вертикальном валу, что ограничивает перенос тепла к подшипникам электродвигателя.
Применение таких вентиляторов требует наличия в своде печи теплоизолированных отверстий с диаметром большим, чем окружность лопастей, а также наличия подсводового пространства, что снижает общую эффективность печи. Существуют также жаровые вентиляторы с водяным охлаждением. Однако использование таких вентиляторов ведет к большому расходу воды и значительным капитальным затратам.
До настоящего времени ни один из описанных способов усреднения температуры теплоносителя не нашел широкого применения в кирпичном производстве.
Была поставлена задача решить проблему передачи высокотемпературного теплоносителя простым и экономичным способом. Эта задача была решена три года назад на изобретательском уровне [5]. Простая и надежная муфта (рис. 3) ограничивает перенос тепла от крыль-
3 4
6
Рис. 2. Схема установки жарового вентилятора в своде печи: 1 - двигатель вентилятора; 2 - съемная теплоизоляция; 3 - крыльчатка вентилятора; 4 - футеровка печи; 5 - садка изделий на вагонетке; 6 - вагонетка
5
Рис. 3. Схема устройства жарового вентилятора «Гелиотис»: 1 - двигатель; 2 - муфта; 3 - крыльчатка; 4 - улитка с воздухозаборником; 5 - рама
чатки к валу электродвигателя без водяного охлаждения. Конструкция муфты имеет спицы, выполненные в виде лопастей, вращающихся в окружающем воздухе и охлаждаемые им, а вал выполнен из двух частей, соединенных этой муфтой.
Предложенный жаровый вентилятор был изготовлен в двух экземплярах, которые установлены на шахтной печи кирпичного завода в Омске (рис. 4). Работа этих вентиляторов в течение двух лет позволяет сделать вывод о надежности такой конструкции.
Испытания жаровых вентиляторов, проведенные институтом ИНТА-Строй, доказали возможность их применения для транспортирования газа температурой до 850оС. Этой температуры достаточно, чтобы использовать такие вентиляторы для устранения неравномерности температуры теплоносителя в туннельных печах кирпичного производства. Однако для других условий эксплуатации, например, в металлургической промышленности, могут быть изготовлены вентиляторы из специальной дорогостоящей жаропрочной стали с температурой применения до 1050оС.
Типоразмерный ряд жаровых вентиляторов серии «Гелиотис»
2
Индекс Производительность, тыс. м3/ч Мощность, кВт Габаритные размеры, мм Масса, м
ШЛ 416.40.00.000 0,6-1,1 2,2 660X491X660 75
ШЛ 416А.40.00.000 1,1-2,5 4 660X491X660 100
ШЛ 553.01.00.000 2,5-10 7,5 1262X991X672 195
ШЛ 557.01.00.000 7,5-22 11 1750X1350X1250 390
ШЛ 558.01.00.000 14,5-32 22 2200X1600X1350 600
Рис. 4. Установка жарового вентилятора «Гелиотис» на печи воздуха из печи; 4 - футеровка печи; 5 - вагонетка
научно-технический и производственный журнал
апрель 2016 53
В туннельных печах жаровые вентиляторы устанавливают между зоной обжига и зоной рекристаллизации, а также в зоне прогрева, как это показано на рис. 1, б. Схемы установки могут быть различны. Однако наиболее простой является схема, показанная на рис. 5.
При этом более холодные газы забирают в нижней части канала печи, а подают в подсводовое пространство, где они смешиваются с более горячей средой. Схема обеспечивает качественное перемешивание газов с различной температурой, что способствует повышению равномерности температуры теплоносителя по высоте канала печи в каждой зоне.
В настоящее время разработан типоразмерный ряд жаровых вентиляторов «Гелиотис» (см. таблицу), позволяющих организовать перемешивание горячего теплоносителя на туннельных печах любой мощности, так как это не требует перекачки большого объема газовой среды.
Применение жаровых вентиляторов «Гелиотис» на туннельных печах позволяет снизить цикл проталкивания вагонеток, т. е. увеличить производительность печного комплекса на 5—10% и улучшить качество кирпича.
Выпускаемые ООО «ИНТА-Строй» жаровые вентиляторы «Гелиотис» имеют стоимость в 3—5 раз ниже водоохлаждаемых вентиляторов и в отличие от них имеют неограниченное время рабочего цикла.
Список литературы
1. Химическая технология керамики / Под ред. проф. И.Я. Гузмана. М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2003. 496 с.
2. Баренбойм А.М., Галиева Т.М., Гинзбург Д.Б., Гриссик А.М., Зимин В.Н., Кузяк В.А., Рутман Э.М., Ходоров Е.И., Чижский А.Ф. Тепловые расчеты печей и сушилок силикатной промышленности. М.: Стройиздат, 1964. 496 с.
3. Нохратян К.А. Сушка и обжиг в промышленности строительной керамики. М.: Госстройиздат, 1962. С. 195.
4. Гнездов Е.Н., Гнездов Н.Е., Марченко Ю.И., Пережигин Е.А., Лопатина М.В., Цветкова М.С. Технологический энергоаудит туннельной печи для обжига керамических изделий // Строительные материалы. 2012. № 4. С. 54-57.
5. Шлегель И.Ф. Вентилятор для перемещения горячих газов. Патент RU 2541076. МПК: F04D29/00. Опубл. 10.02.2015. БИ № 4.
References
1. Khimicheskaya tekhnologiya keramiki / Pod red. prof. I.Ya. Guzmana [Chemical ceramic technology. Ed. by I.Ya. Guzman.]. Moscow: OOO RIF «Stroimaterialy». 2003. 496 p.
2. Barenboim A.M., Galieva T.M., Ginzburg D.B., Gris-sik A.M., Zimin V.N., Kuzyak V.A., Rutman E.M., Khodorov E.I., Chizhskiy A.F. Teplovye raschety pechei i sushilok silikatnoi promyshlennosti [Thermal calculations furnaces and dried silicate industry]. Moscow: Stroyizdat. 1964. 496 p.
3. Nokhratyan K.A. Sushka i obzhig v promyshlennosti stroitel'noy keramiki [The drying and firing of ceramics in the construction industry]. Moscow: Gosstroyizdat. 1962. 195 p.
4. Gnezdov E.N., Gnezdov N.E., Marchenko Yu.I., Perezhigin E.A., Lopatina M.V., Tsvetkova M.S. Technological energy audit of a tunnel kiln for ceramic products burning. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 5, pp. 54-57. (In Russian).
5. Patent RU 2541076. MPK: F04D29/00. Ventilyator dlya peremeshcheniya goryachikh gazov [Ventilator for moving hot gases]. Shlegel' I.F. Published 10.02.2015. Bulletin No. 4. (In Russian).
И
[»]
[J
[J
И t*
г* ►*
Г DM -1Д -ИШД-СГР!^-. (¡МИ J. ОМ:; ул 1-й Пу«Ц ¡HI
Теп 1ЭВ1Я 35 65 44,35 Ъ E-rfrtl: №4 Еч-.п rv Щ ш mu га
■i. ii urt lifi-v.imrH |jii,n Яри1 Ljn,'inr,HbJ4 ЦМНДОвОт рСфСгМИ.
№щмиЁ>**л цоСоЫоача! и заЦуйвлныыи патечгамк.
КнИкОЮры* из FWinHn*
С мое хголн-гранулятйры «каскад»
1Ц1ии. ¡¿ади г гил>нэс i ь IHSOPT -^др tOQтЛ
Глинарыхлпнглн с питателем
мйАуЛкнйГб lPiriii "EdlHC"
Пза И -1! №№□ ь вгВЬт/ч L>j ГОС ч
•ми заеиьи одним щпиГ^ж^а^ и" звенья одно* цели1
--
Ф р-и-о мнеотдедмтель
"&L.I J b-L [>"
П| ЮИ ЭВ U пл1 Ш#4й<ГГЪ
до50т/ц
МЫ П D F МЬ3 йДчОи L|Е ПИ
__[И
ПРЕДЛАГАЕМ ПОСТАВКУ ОБОРУДОВАНИЯ ГЛИНОПОДГОТОВКИ
|н
научно-технический и производственный журнал
Реклама
