Como recuperar calor dos fornos de túnel de forma eficaz? -1
Por James Yang, 11 de Dezembro de 2023
1. Situação atual
Quase todas as fábricas de tijolos sinterizados utilizam o calor recuperado dos fornos de túnel como fonte de calor para a câmara de secagem, o que é um meio desejável de reciclagem de energia. No entanto, devido a várias desvantagens nos métodos atuais de recuperação de calor dos fornos de túnel, isto representa vários desafios ao controlo de qualidade do produto e ao ambiente exterior. Assim, é essencial conduzir uma investigação aprofundada sobre uma abordagem racional para a recuperação de calor de fornos de túnel e utilizar eficazmente o calor residual.
Com as crescentes exigências de eficiência energética e proteção ambiental na indústria de fabrico de tijolos, a aplicação da tecnologia de queima de código secundário para produzir blocos ocos e isolantes está a ganhar força. Isto sublinha a urgência de abordar as questões acima referidas.
Um método popular para a recuperação de calor em forno de túnel envolve a extração de calor residual de temperatura média a baixa da secção da cauda como fonte de calor de secagem e a sua complementação com calor a alta temperatura. No entanto, este método apresenta várias desvantagens:
- O duplo impacto da remoção do calor residual após a zona de sinterização afeta a distribuição da temperatura na zona de sinterização, tornando desafiante o controlo eficaz do funcionamento do forno de túnel.
- A presença de vapor de água nos gases de combustão faz com que o meio de secagem não seja ar quente seco. Isto leva a uma maior humidade residual no produto seco, o que não atinge o objetivo ideal de cerca de 2%. Além disso, a humidade do corpo verde entra nos gases de combustão na zona de pré-aquecimento, dificultando a secagem completa durante as fases subsequentes, criando um ciclo prejudicial.
Em teoria, a diferença de calor entre a temperatura de cozedura elevada e a temperatura de saída após a zona de sinterização, excluindo a dissipação de calor do corpo do forno, do vagão do forno e do produto, pode ser recuperada. No entanto, os métodos atuais de recuperação de calor em fornos de túnel não conseguem maximizar a recuperação de calor, especialmente a altas temperaturas. A temperatura do produto é excessivamente elevada, com uma diferença média de temperatura de cerca de 150°C entre o interior e o exterior do vagão do forno, enquanto a temperatura de saída é próxima da temperatura ambiente, o que não é ideal. Consequentemente, são necessários cerca de 30% adicionais de gases de combustão a alta temperatura para fornecer calor suficiente à câmara de secagem, e ocorre uma perda significativa de calor quando o vagão do forno e o produto saem do forno.
Este método de extração de calor interrompe a curva de temperatura da zona de arrefecimento, apresentando um risco de fissuração na gama de temperaturas médias do produto. Além disso, uma grande quantidade de gás de combustão que entra no sistema de tubagem de ar quente e durante a secagem provoca uma corrosão severa no carro de secagem e nos tabuleiros, e o gás que escapa da câmara de secagem, contendo fumo e névoa ácida, representa uma séria ameaça para a fábrica de estrutura de aço e para o ambiente circundante.
2. Curva de Temperatura Racional para a Zona de Arrefecimento
Com base no princípio de funcionamento do forno de túnel, o seu sistema de funcionamento está dividido em zona de pré-aquecimento-sinterização (incluindo zona de isolamento) e zona de arrefecimento. Estas duas zonas devem funcionar separadamente, sem interferência, sendo a zona de pré-aquecimento-sinterização e a zona de arrefecimento efetivamente isoladas. Um método prático para o conseguir é empregar uma barreira de arrefecimento rápido. A zona de arrefecimento é dividida em três etapas:
2.1 Estágio de Arrefecimento Rápido
Para separar a zona de pré-aquecimento da zona de arrefecimento, deve ser colocada uma barreira de arrefecimento rápido no início da zona de arrefecimento. Em primeiro lugar, a barreira de arrefecimento rápido impede eficazmente o fluxo inverso do fluxo de ar da área de isolamento para a área de arrefecimento, facilitando um ajuste mais suave do sistema de exaustão. Em segundo lugar, o arrefecimento rápido melhora significativamente as propriedades mecânicas do produto e a textura aparente do produto. Em terceiro lugar, o gás a alta temperatura gerado pelo arrefecimento rápido é propício à recuperação de calor residual a alta temperatura.
É crucial notar que a posição do estágio de arrefecimento rápido deve ser de cerca de 800°C até à temperatura de alto rendimento (algumas matérias-primas podem ser reduzidas a 700°C). Neste ponto, o produto tem uma boa elasticidade, e a deformação por contração do produto é elástica em vez de deformação plástica, eliminando o risco de fissuração do produto.
Portanto, o controlo automático da barreira de arrefecimento rápido com base na temperatura definida do forno é essencial. Para fornos de túnel de grande secção, as barreiras de arrefecimento rápido estão dispostas em vários grupos na parte superior do forno.
2.2 Zona de arrefecimento lento
A sílica (SiO₂) do produto transforma-se de α-quartzo em β-quartzo a 573ºC, com uma taxa de variação de volume de 0,82%. Embora a variação de volume desta transformação a baixa temperatura não seja significativa, a taxa de transformação é rápida e ocorre em condições sem tamponamento de fase líquida, o que a torna altamente destrutiva. Portanto, não é permitida qualquer medida de arrefecimento entre 500°C e 800°C, e o arrefecimento do produto deve ser muito lento dentro desta gama de temperaturas. Por outras palavras, deve existir um número suficiente de vagões de forno neste segmento do forno de túnel.
2.3 Zona de Arrefecimento Acelerado
Desde os 500°C até à temperatura de saída do produto (cerca de 50°C), o produto pode ser arrefecido rapidamente, normalmente através da introdução de ar frio no forno através da utilização de um ventilador de contrapressão na extremidade do forno. Como este processo de arrefecimento é muito demorado, o forno de túnel deve ter comprimento suficiente neste segmento. Aumentar o volume de ar de arrefecimento é também um método eficaz, fornecendo mais ar quente à câmara de secagem.