CC BY
7УДК 666.3.042
М.Л. ВАРГА, генеральный директор BURTON GmbH (Германия)
Повышение энергоэффективности производства благодаря правильному подбору систем туннельных вагонеток
Тема повышения энергоэффективности в настоящее время крайне актуальна как с экономической, так и с экологической точки зрения. При производстве нового оборудования с самого начала необходимо планирование по новой технологии с оптимальным энергетическим балансом. На существующих технологических линиях значительно сложнее ввести подобные новшества, так как к затратам на модернизацию добавляются затраты на монтажные работы. В течение всего срока службы туннельной печи вагонетки многократно обновляются и ремонтируются. Таким образом, существует возможность реализовать новейшие достижения и опыт и реконструировать туннельные вагонетки в соответствии с измененными требованиями.
Исходная ситуация
Туннельные вагонетки в зависимости от типа конструкции и срока эксплуатации печи могут потреблять до 30% от общего расхода энергии и поэтому имеют огромный потенциал для энергетического оптимирова-ния. При конструировании туннельных вагонеток должны предусматриваться не только затраты энергии, но и дополнительно такие факторы, как срок их службы, снижение общего веса и устойчивость к перепадам температуры. Поэтому основной задачей при разработке новых конструкций вагонеток является достижение оптимальных результатов при обжиге продукции и при одновременном повышении экономичности производства. Для расчета оптимальной конструкции центральной части вагонетки применяются программы расчета расхода и потребления энергии, следуя по кривой обжига.
В последние десятилетия требования к туннельным печам значительно возросли.
Вначале на первом плане стояли такие параметры, как механическая прочность и долговечность. Сокращение времени обжига потребовало более высокой устойчивости к теплосменам.
Автоматизированная садка невозможна без достижения высокой точности размеров камней при их изготовлении. Постоянно растущие цены на электроэнергию и проблемы охраны окружающей среды требуют новых подходов при конструировании туннельных вагонеток.
Тиг
ых вагонеток
На старых предприятиях часто встречаются туннельные вагонетки на бетоне. Они отличаются большим весом. Для внешнего края применяются бетоны плотностью до 2,2 т/м3, для внутренней части — плотностью от 0,6 до 1,3 т/м3. Высокий вес вагонеток способствует высоким энергетическим затратам. Неравномерная усадка бетона обуславливает неодинаковую высоту садки обжигаемой продукции, что в конечном счете приводит к оседанию плато вагонетки. Поэтому срок службы
таких вагонеток сравнительно короткий, а затраты на техническое обслуживание высокие.
Для современных производственных линий с садкой при помощи роботов такие системы туннельных вагонеток неоптимальны.
Второй вид конструкций туннельных вагонеток на старых предприятиях представляют вагонетки из тяжелых сортов шамотных материалов. Здесь также край вагонетки сделан из массивных шамотных блоков плотностью около 2,1 т/м3, центральная часть — из изолирующих материалов. Благодаря применению пустотелых легковесных блоков плотностью около 0,6—1 т/м3 возможно достижение снижения веса вагонетки. Это решение приводит к более низким затратам на энергию и к улучшению стабильности плато.
Массивные конструкции и этого типа вагонеток не соответствуют современным требованиям к печам со скоростным обжигом.
Новым эволюционным шагом можно назвать разработку легких конструкций фирмой Буртон. Применение тонкостенных шамотных блоков, изготовленных методом полусухого прессования, дало возможность строить внешний край плато из более легких материалов плотностью от 1,3 до 2 т/м3. Пустотные опоры в центральной части вагонетки берут на себя основную нагрузку веса садки и таким образом такая система позволяет применение более легких изоляционных материалов между опорами. Изолирующий слой не имеет больше опорных функций и может быть изготовлен из легковесных материалов с удельной плотностью 0,13—0,7 т/м3. Эти преимущества позволяют достичь существенного снижения расхода энергии и веса вагонетки.
Принцип модульных блоков упрощает технический уход при более низкой стоимости. Система применяется при скоростном обжиге и является общепринятым стандартом, например в Европе и Северной Америке.
Факторы, воздействующие на туннельную
вагонетку
Высокая точность размеров, снижение веса, низкая стоимость монтажных работ при строительстве печи и вагонеток могут быть достигнуты благодаря постоянному совершенствованию дизайна туннельных вагонеток.
Экономия энергетических затрат достигается уже благодаря применению легковесных тонкостенных блоков. Чем меньшую часть вагонетки составляют краевые блоки и чем большую часть занимают изолирующие материалы в центральной части, тем выше экономия энергии. Этот эффект достигается при применении легковесных материалов, как, например, BurcоLight, так как с уменьшением веса конструкции дополнительно снижается расход энергии.
Высокая точность размеров огнеупорных камней, достигаемая благодаря технологии полусухого прессования, облегчает не только монтаж печной вагонетки,
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
74 апрель 2010 *
Туннельная вагонетка фирмы Буртон, туннельная печь фирмы Лингл, завод Победа ЛСР (Санкт Петербург). Поставлено 74 туннелных вагонеток (12 лет в эксплуатации)
но и является необходимым условием для автоматизированной садки, разгрузки и чистки вагонеток.
Изоляция печной вагонетки
Печные вагонетки на бетоне, тяжелом шамоте или кирпиче давно устарели. Устойчивость к температурным перепадам, снижение энергозатрат и стоимости монтажных работ требуют необходимости поиска новых решений.
Проверенными легкими материалами являются керамическое волокно, изоляционные гранулы, изоляционные легкие бетоны и плиты из силиката кальция.
В зависимости от температур применения используются различные формы керамического волокна, как, например, измельченное волокно, маты, блоки или пена. Общепринятое применение керамического волокна в зависимости от классификации возможно до 1600оС.
Теплоизоляционная засыпка из измельченного волокна хотя и дешевле, но не гарантирует равномерного распределения изоляционного материала. Преимуществом применения матов из керамического волокна является то, что они производятся с разной удельной плотностью и толщиной. Аналогичные преимущества имеют модули и блоки из керамического волокна.
Наиболее прогрессивной является изоляция волокнистой пеной, которая обеспечивает более равномерное и плотное (без трещин) распределение. Таким образом, потери энергии и время монтажных работ сокращаются существенно.
Другие виды изоляционных материалов
Выбор требуемых изоляционных гранул ориентируется на температуру применения.
При температуре обжига до 1000оС рекомендуются следующие сорта: ВигоШ: Li 3 и ВигоШ: 230.
Для температуры обжига до 1250 — сорт ВигоШ G.
При температурах от 800оС и до 1000оС применяются плиты сорта Buгosil.
Из-за сравнительно низкой плотности от 250 кг/м3 до 300 кг/м3 они относятся к легким изолирующим материалам.
Расчет энергетического баланса
Разнообразие изоляционных материалов и различные возможности дизайна туннельных вагонеток показывают комплексность современного конструирования вагонеток.
Чтобы учесть все факторы, влияющие на оптимизацию конструкций, фирма Буртон использует программу расчета расхода и распределения энергии, следуя проте-
Туннельная вагонетка фирмы Буртон, туннельная печь фирмы Келлер, Завод ОАО Лесома -Тула 3 (Тула). Поставлено 55 туннельных вагонеток (в эксплуатации с 2008 года)
канию кривой обжига.Таким образом фирма Буртон имеет возможность получить более точные расчетные данные по расходу и потерям энергии.
Результаты
Такой подход позволяет фирме Буртон делать оптимальный выбор огнеупорных и изолирующих материалов и их толщины.
Внедрение в практику полученных результатов позволило фирме значительно снизить производственные затраты для покупателей.
На одном из заводов по производству дымоходных труб для каминов в Чехии на основании таких расчетов была произведена замена тяжелого шамота на вариант с легковесными материалами, таким образом были достигнуты следующие результаты:
• снижение общего веса туннельной вагонетки на 23,5%;
• снижение температуры под подом вагонетки от
183оС до 108оС;
• сокращение специфических энергозатрат (в кВт-ч /кг
продукции) на 9%;
• сокращение вредных выбросов С02 на 390 т/год;
• снижение затрат на энергию около 50.000 евро / год.
На одном из американских предприятий по производству кирпича для новой установки фирме Буртон удалось снизить общий расход энергии дополнительно на 9,5% по сравнению с предварительно расчитанным. Реконструкцией туннельных вагонеток на одном из заводов по производству керамической черепицы в Италии была достигнута экономия около 12% от общего расхода энергии.
Заключение
Для новых и старых предприятий выбор оптимиро-ванного дизайна туннельных вагонеток, применение легковесных огнеупорных материалов и правильный выбор изоляционных материалов могут стать решающими факторами для эффективного снижения расхода энергии.
Если в целях экономии инвестиционных затрат будут выбраны неоптимальные решения, то предприятия за весь срок службы вагонеток должны рассчитывать на повышенные расходы энергии.
На сегодняшний день фирма Буртон поставила по всему миру около 30 тыс. туннельных вагонеток по своей системе.
Вывод для каждого производителя: снижение энергозатрат = конкурентное преимущество.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] : ® апрель 2010 75
