Comment récupérer efficacement la chaleur des fours tunnels ? -1
Par James Yang, le 11 décembre 2023
1. Situation actuelle
Presque toutes les usines de briques frittées utilisent la chaleur récupérée des fours tunnels comme source de chaleur pour la chambre de séchage, ce qui constitue une solution intéressante de recyclage énergétique. Cependant, en raison des nombreux inconvénients des méthodes actuelles de récupération de chaleur des fours tunnels, cette méthode pose de nombreux défis en termes de contrôle qualité des produits et d'environnement extérieur. Il est donc essentiel de mener des recherches approfondies sur une approche rationnelle de récupération de chaleur des fours tunnels et d'utilisation efficace de la chaleur résiduelle.
Face aux exigences croissantes en matière d'efficacité énergétique et de protection de l'environnement dans l'industrie de la brique, l'application de la technologie de cuisson secondaire pour la production de blocs creux et isolants gagne du terrain. Cela souligne l'urgence de répondre aux enjeux susmentionnés.
Une méthode courante de récupération de chaleur dans les fours tunnels consiste à extraire la chaleur résiduelle à moyenne et basse température de la section de queue comme source de chaleur de séchage et à la compléter par de la chaleur à haute température. Cependant, cette méthode présente plusieurs inconvénients :
- Le double impact du retrait de la chaleur résiduelle après la zone de frittage affecte la répartition de la température dans la zone de frittage, ce qui rend difficile le contrôle efficace du fonctionnement du four tunnel.
- La présence de vapeur d'eau dans les fumées fait que le fluide de séchage n'est pas de l'air chaud sec. Il en résulte une humidité résiduelle plus élevée dans le produit séché, inférieure à l'objectif idéal d'environ 2 %. De plus, l'humidité de la pâte crue pénètre dans les fumées lors de la zone de préchauffage, ce qui entrave le séchage complet lors des étapes suivantes et crée un cycle néfaste.
En théorie, la différence de chaleur entre la température de cuisson élevée et la température de sortie après la zone de frittage, hors dissipation thermique du corps du four, du wagon et du produit, peut être récupérée. Cependant, les méthodes actuelles de récupération de chaleur des fours tunnels ne permettent pas de maximiser cette récupération, surtout à haute température. La température du produit est excessivement élevée, avec une différence moyenne d'environ 150 °C entre l'intérieur et l'extérieur du wagon, tandis que la température de sortie est proche de la température ambiante, ce qui n'est pas idéal. Par conséquent, environ 30 % de gaz de combustion haute température supplémentaires sont nécessaires pour chauffer suffisamment la chambre de séchage, et des pertes de chaleur importantes se produisent à la sortie du wagon et du produit.
Cette méthode d'extraction de chaleur perturbe la courbe de température de la zone de refroidissement, ce qui présente un risque de fissuration à mi-température du produit. De plus, une grande quantité de gaz de combustion pénétrant dans le système de canalisations d'air chaud pendant le séchage provoque une corrosion importante du chariot et des plateaux de séchage. Les gaz s'échappant de la chambre de séchage, contenant de la fumée et des brouillards acides, constituent une menace sérieuse pour l'usine de charpente métallique et son environnement.
2. Courbe de température rationnelle pour la zone de refroidissement
Basé sur le principe de fonctionnement du four tunnel, son système d'exploitation est divisé en une zone de préchauffage-frittage (y compris la zone d'isolation) et une zone de refroidissement. Ces deux zones doivent fonctionner séparément et sans interférence, la zone de préchauffage-frittage et la zone de refroidissement étant efficacement isolées. Une méthode pratique pour y parvenir consiste à utiliser une barrière de refroidissement rapide. La zone de refroidissement est divisée en trois étapes :
2.1 Étape de refroidissement rapide
Pour séparer la zone de préchauffage de la zone de refroidissement, une barrière de refroidissement rapide doit être installée au début de cette dernière. Premièrement, cette barrière empêche efficacement le flux d'air inverse de la zone d'isolation vers la zone de refroidissement, facilitant ainsi un réglage plus fluide du système d'évacuation. Deuxièmement, le refroidissement rapide améliore considérablement les propriétés mécaniques et la texture apparente du produit. Troisièmement, le gaz à haute température généré par le refroidissement rapide favorise la récupération de la chaleur résiduelle à haute température.
Il est essentiel de noter que la phase de refroidissement rapide doit se situer à environ 800 °C, jusqu'à la température de rendement maximale (certaines matières premières peuvent être réduites à 700 °C). À ce stade, le produit présente une bonne élasticité et sa déformation par retrait est élastique plutôt que plastique, éliminant ainsi le risque de fissuration.
Il est donc essentiel de contrôler automatiquement la barrière de refroidissement rapide en fonction de la température définie du four. Pour les fours tunnels de grande section, les barrières de refroidissement rapide sont disposées en plusieurs groupes au sommet du four.
2.2 Zone de refroidissement lent
La silice (SiO₂) présente dans le produit se transforme de quartz α en quartz β à 573 °C, avec un taux de variation de volume de 0,82 %. Bien que le changement de volume de cette transformation à basse température ne soit pas significatif, la vitesse de transformation est rapide et se produit sans tampon de phase liquide, ce qui la rend très destructrice. Par conséquent, aucune mesure de refroidissement n'est autorisée entre 500 °C et 800 °C, et le refroidissement du produit doit être très lent dans cette plage de température. Autrement dit, le nombre de wagons de four dans ce segment du four tunnel doit être suffisant.
2.3 Zone de refroidissement accéléré
De 500 °C à la température de sortie du produit (environ 50 °C), celui-ci peut être refroidi rapidement, généralement par introduction d'air froid dans le four grâce à un ventilateur à contre-pression en queue de four. Ce processus de refroidissement étant long, le four tunnel doit être suffisamment long sur ce segment. Augmenter le volume d'air de refroidissement est également une méthode efficace, permettant d'alimenter davantage d'air chaud dans la chambre de séchage.