Как эффективно рекуперировать тепло из туннельных печей? -1
Джеймс Янг 11 декабря 2023 г.
1. Текущая ситуация
Почти все заводы по производству спеченного кирпича используют тепло, рекуперированное из туннельных печей, в качестве источника тепла для сушильной камеры, что является желательным средством переработки энергии. Однако из-за различных недостатков в современных методах рекуперации тепла из туннельных печей это создает многочисленные проблемы для контроля качества продукции и внешней среды. Поэтому крайне важно провести углубленные исследования по рациональному подходу к рекуперации тепла из туннельных печей и эффективно использовать остаточное тепло.
С ростом требований к энергоэффективности и защите окружающей среды в кирпичной промышленности применение технологии вторичного кодового обжига для производства пустотелых и изоляционных блоков набирает обороты. Это подчеркивает срочность решения вышеупомянутых проблем.
Популярный метод рекуперации тепла туннельной печи заключается в извлечении остаточного тепла средней и низкой температуры из хвостовой части в качестве источника тепла для сушки и дополнении его высокотемпературным теплом. Однако этот метод имеет несколько недостатков:
- Двойное воздействие отвода остаточного тепла после зоны спекания влияет на распределение температуры в зоне спекания, что затрудняет эффективное управление работой туннельной печи.
- Наличие водяного пара в дымовом газе приводит к тому, что среда сушки не является сухим горячим воздухом. Это приводит к более высокой остаточной влажности в высушенном продукте, которая не соответствует идеальному показателю около 2%. Кроме того, влага из сырого тела попадает в дымовой газ в зоне предварительного нагрева, что затрудняет полноценную сушку на последующих этапах, создавая вредный цикл.
Теоретически разница тепла от высокой температуры обжига до температуры на выходе после зоны спекания, исключая рассеивание тепла из корпуса печи, вагонетки и продукта, может быть восстановлена. Однако современные методы рекуперации тепла в туннельных печах не позволяют максимально увеличить рекуперацию тепла, особенно при высоких температурах. Температура продукта чрезмерно высока, средняя разница температур между внутренней и внешней частью вагонетки составляет около 150°C, в то время как температура на выходе близка к комнатной температуре, что не является идеальным. Следовательно, требуется около 30% дополнительного высокотемпературного дымового газа для обеспечения достаточного тепла в сушильной камере, и значительные потери тепла происходят, когда вагонетка и продукт выходят из печи.
Этот метод отбора тепла нарушает температурную кривую зоны охлаждения, что создает риск растрескивания в диапазоне средних температур продукта. Кроме того, большое количество дымовых газов, попадающих в систему трубопроводов горячего воздуха и во время сушки, вызывает сильную коррозию сушильной тележки и поддонов, а выходящий из сушильной камеры газ, содержащий дым и кислотный туман, представляет серьезную угрозу для завода по производству стальных конструкций и окружающей среды.
2. Рациональная температурная кривая для зоны охлаждения
Исходя из принципа работы туннельной печи, ее операционная система разделена на зону предварительного нагрева-спекания (включая зону изоляции) и зону охлаждения. Эти две зоны должны работать раздельно, без помех, при этом зона предварительного нагрева-спекания и зона охлаждения должны быть эффективно изолированы. Практическим методом достижения этого является использование барьера быстрого охлаждения. Зона охлаждения разделена на три этапа:
2.1 Стадия быстрого охлаждения
Для отделения зоны предварительного нагрева от зоны охлаждения необходимо установить барьер быстрого охлаждения в начале зоны охлаждения. Во-первых, барьер быстрого охлаждения эффективно предотвращает обратный поток воздуха из зоны изоляции в зону охлаждения, способствуя более плавной регулировке вытяжной системы. Во-вторых, быстрое охлаждение значительно улучшает механические свойства продукта и видимую текстуру продукта. В-третьих, высокотемпературный газ, образующийся при быстром охлаждении, способствует рекуперации высокотемпературного остаточного тепла.
Важно отметить, что положение стадии быстрого охлаждения должно быть около 800°C до температуры высокой текучести (некоторые виды сырья могут быть охлаждены до 700°C). На этом этапе продукт имеет хорошую эластичность, а деформация усадки продукта является упругой, а не пластической деформацией, что исключает риск растрескивания продукта.
Поэтому автоматическое управление барьером быстрого охлаждения на основе заданной температуры печи имеет важное значение. Для туннельных печей большого сечения барьеры быстрого охлаждения располагаются несколькими группами в верхней части печи.
2.2 Зона медленного охлаждения
Кремнезем (SiO₂) в продукте преобразуется из α-кварца в β-кварц при 573°C, со скоростью изменения объема 0,82%. Хотя изменение объема этого низкотемпературного превращения незначительно, скорость превращения высока, и оно происходит в условиях отсутствия буферизации жидкой фазы, что делает его крайне разрушительным. Поэтому никакие меры по охлаждению не допускаются между 500°C и 800°C, и охлаждение продукта должно быть очень медленным в этом температурном диапазоне. Другими словами, в этом сегменте туннельной печи должно быть достаточное количество печных вагонеток.
2.3 Зона ускоренного охлаждения
От 500°C до температуры выхода продукта (около 50°C) продукт можно быстро охладить, как правило, путем подачи холодного воздуха в печь с помощью вентилятора противодавления в хвосте печи. Поскольку этот процесс охлаждения занимает много времени, туннельная печь должна иметь достаточную длину в этом сегменте. Увеличение объема охлаждающего воздуха также является эффективным методом, обеспечивая подачу большего количества горячего воздуха в сушильную камеру.