¿Cómo recuperar eficazmente el calor de los hornos de túnel? -1
Por James Yang, 11 de diciembre de 2023
1. Situación actual
Casi todas las fábricas de ladrillos sinterizados utilizan el calor recuperado de los hornos túnel como fuente de calor para la cámara de secado, lo cual constituye un método deseable para reciclar energía. Sin embargo, debido a diversas desventajas de los métodos actuales de recuperación de calor de los hornos túnel, esto plantea numerosos desafíos para el control de calidad del producto y el entorno externo. Por lo tanto, es esencial investigar a fondo un enfoque racional para la recuperación de calor de los hornos túnel y aprovechar eficazmente el calor residual.
Ante las crecientes demandas de eficiencia energética y protección ambiental en la industria ladrillera, la aplicación de la tecnología de cocción secundaria para la producción de bloques huecos y aislantes está cobrando impulso. Esto subraya la urgencia de abordar los problemas mencionados.
Un método popular para la recuperación de calor en hornos túnel consiste en extraer el calor residual de temperatura media a baja de la sección de cola como fuente de calor de secado y complementarlo con calor de alta temperatura. Sin embargo, este método presenta varias desventajas:
- El doble impacto de la extracción de calor residual después de la zona de sinterización afecta la distribución de la temperatura en la zona de sinterización, lo que dificulta controlar eficazmente el funcionamiento del horno túnel.
La presencia de vapor de agua en los gases de combustión impide que el medio de secado sea aire caliente seco. Esto genera una mayor humedad residual en el producto seco, que no alcanza el objetivo ideal de alrededor del 2 %. Además, la humedad del cuerpo verde entra en los gases de combustión en la zona de precalentamiento, lo que dificulta un secado completo en las etapas posteriores y crea un ciclo perjudicial.
En teoría, la diferencia de calor entre la alta temperatura de cocción y la temperatura de salida tras la zona de sinterización, excluyendo la disipación de calor del cuerpo del horno, la vagoneta y el producto, se puede recuperar. Sin embargo, los métodos actuales de recuperación de calor en hornos túnel no optimizan la recuperación de calor, especialmente a altas temperaturas. La temperatura del producto es excesivamente alta, con una diferencia media de unos 150 °C entre el interior y el exterior de la vagoneta, mientras que la temperatura de salida es cercana a la temperatura ambiente, lo cual no es ideal. Por consiguiente, se requiere aproximadamente un 30 % adicional de gases de combustión a alta temperatura para proporcionar suficiente calor a la cámara de secado, y se produce una pérdida de calor significativa al salir la vagoneta y el producto del horno.
Este método de extracción de calor altera la curva de temperatura de la zona de enfriamiento, lo que supone un riesgo de agrietamiento en el rango de temperatura media del producto. Además, la gran cantidad de gases de combustión que entran en el sistema de tuberías de aire caliente durante el secado provoca una corrosión grave en el carro y las bandejas de secado. El gas que escapa de la cámara de secado, que contiene humo y neblina ácida, representa una grave amenaza para la planta de estructuras de acero y el entorno circundante.
2. Curva de temperatura racional para la zona de enfriamiento
Según el principio de funcionamiento del horno túnel, su sistema operativo se divide en la zona de precalentamiento-sinterización (incluida la zona de aislamiento) y la zona de enfriamiento. Estas dos zonas deben funcionar por separado sin interferencias, con las zonas de precalentamiento-sinterización y enfriamiento eficazmente aisladas. Un método práctico para lograrlo es el uso de una barrera de enfriamiento rápido. La zona de enfriamiento se divide en tres etapas:
2.1 Etapa de enfriamiento rápido
Para separar la zona de precalentamiento de la zona de enfriamiento, se debe instalar una barrera de enfriamiento rápido al inicio de esta última. En primer lugar, esta barrera impide eficazmente el flujo inverso del aire desde el área de aislamiento hacia el área de enfriamiento, lo que facilita un ajuste más suave del sistema de escape. En segundo lugar, el enfriamiento rápido mejora significativamente las propiedades mecánicas y la textura aparente del producto. En tercer lugar, el gas a alta temperatura generado por el enfriamiento rápido favorece la recuperación del calor residual a alta temperatura.
Es fundamental tener en cuenta que la etapa de enfriamiento rápido debe estar entre 800 °C y la temperatura de fluencia alta (algunas materias primas pueden reducirse a 700 °C). En este punto, el producto presenta buena elasticidad y su deformación por contracción es elástica en lugar de plástica, lo que elimina el riesgo de agrietamiento.
Por lo tanto, es esencial controlar automáticamente la barrera de enfriamiento rápido en función de la temperatura definida en el horno. En hornos de túnel de gran sección, las barreras de enfriamiento rápido se disponen en varios grupos en la parte superior del horno.
2.2 Zona de enfriamiento lento
La sílice (SiO₂) presente en el producto se transforma de cuarzo α a cuarzo β a 573 °C, con una tasa de cambio de volumen del 0,82 %. Si bien el cambio de volumen de esta transformación a baja temperatura no es significativo, la velocidad de transformación es rápida y se produce sin amortiguación de la fase líquida, lo que la hace altamente destructiva. Por lo tanto, no se permiten medidas de enfriamiento entre 500 °C y 800 °C, y el enfriamiento del producto debe ser muy lento dentro de este rango de temperatura. En otras palabras, debe haber un número suficiente de vagonetas en este segmento del horno túnel.
2.3 Zona de enfriamiento acelerado
Desde 500 °C hasta la temperatura de salida del producto (alrededor de 50 °C), este se puede enfriar rápidamente, generalmente introduciendo aire frío en el horno mediante un ventilador de contrapresión en la cola del horno. Dado que este proceso de enfriamiento es largo, el horno túnel debe tener suficiente longitud en este segmento. Aumentar el volumen de aire de enfriamiento también es un método eficaz, ya que proporciona más aire caliente a la cámara de secado.