Тунельная печь

ВСТУП

Пічні установки служать для випалу сипучих матеріалів, суспензій чи виробів різноманітних форм та розмірів. Показником успішно проведеного випалу являється висока якість готового продукту, отриманого в результаті впливу на матеріал ряду внутрішніх факторів, називаємих режимом випалу.  Під режимом випалу розуміють сукупність температурних та аеродинамічних умов і тривалості випалу, а також характеру газового середовища, в якому відбувається випал. [1]

Кожні матеріали або вироби, які випалюються в тій чи іншій  конструкції печі, потребують індивідуального  режиму випалу. Різкий режим випалу відрізняється високими швидкостями  збільшення і зниження температури. М’який режим на відмінну від різкого протікає при малих швидкостях збільшення та зменшення температури.

Промислові печі, які використовують у виробництві керамічних матеріалів та виробів, класифікують за наступними признаками:

• По технологічному призначенню розрізняють печі: для випалу кускових матеріалів; для випалу формованих виробів; для спікання кускових матеріалів; для отримання силікатних розплавів.
• По режиму роботи – печі періодичної дії та непереривної дії.
• По конструктивній схемі(формі робочої камери) печі бувають: шахтні, обертові, камерні, кільцеві, тунельні, щілинні, ванні
• По способу теплообміну прийнято розрізняти печі прямого вогню, в яких нагріваємий матеріал контактує з полум’яними газами, і печі муфельні (радіаційні), в яких теплота полум’яних газів передається нагріваємому матеріалу через проміжну стінку (муфель).
• По джерелу тепловиділення – печі полум’яні та електричні.

Тунельні печі з’явилися в середині XIX ст. Перший патент на тунельну піч був оголошений в 1840 р. Р. А. Іордом, а забудована перша така піч була в 1853 р.

До числа перших конструкцій  раннього періоду відносяться печі Раша, Боррі та інші, не маючи практичного успіху із за ряду технічних недоліків. Важливими із них були: погана ізоляція коліс, букс й інших металевих частин вагонеток від дії високих температур, які отримують в каналі зони випалу.

Боку належить заслуга  влаштування пісочного затвору  у вагонетці для захисту від  нагріву металевих її частин. Перша  тунельна піч Бока була збудована в 1873 р. для випалу цегли. Паливо закидалося через отвори склепіння в шахти, залишені для спалювання палива в завантаженні цегли на вагонетках.

Проте внаслідок невеликої довжини й інших конструктивних недоліків перші печі, збудовані для випалу цегли, не отримали поширення.

Стійка і надійна робота тунельних печей почалася з будівництва  французькою фірмою «Фужерон»  печі з топками, розташованими х двох сторін зони випалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

1.1 Обгрунтування вибраного типу установки

 

Тунельні печі порівняно  з іншими печами мають значну перевагу. Садку і вивантаження сировини роблять  не в печі, що дозволяє механізувати ці процеси і різко покращити  умови праці. Керуванням режимом  випалу повністю автоматизовано. Для  цих печей характерний невеликий  перепад температур в зоні «взвару». До недоліків тунельних печей потрібно віднести значні втрати палива, приблизно на 20 % більше, чим на кільцевих печах, більшу коштовність будівництва печі.

Тунельні печі працюють по безперервному циклу. В них всі  стадії випалу (загрузка – вивантаження) здійснюються одночасно і безперервно. По формі робочого тунелю печі бувають  з прямолінійним, рідше кільцевим каналом. По способу переміщення виробів, які випалюють: вагонеточні, стрічкові з цепним або сітчастим конвеєром, роликові з крокуючим або обертовим подом. По способу нагріву печі відкритого полум’я, муфельні і напівмуфельні. Тунельні печі працюють по принципу протитоку. Паливо, чке використовують – газ. [2]

Переваги: безперервність процесу  випалу, кращі умови загрузки і  вишгрузки виробів, зручність і надійність регулювання режиму випалу.

Недоліки: розшарування потоків пічних газів в зонах підігріву і охолодження і тому велика різниця температур між верхніми і нижніми частинами загрузки і вигризки на вагонетках, великі розміри робочих каналів і значна кількість вогнеприпасу.

 

1.2 Опис конструкції та роботи теплової установки

 

Тунельні печі на сьогоднішній час – найбільш сучасний тип печей  для випалу всіх видів формованих виробів.

Робочою камерою тунельної  печі є прохідний канал, повністю заповненим вагонетками на яких знаходяться  випалювані вироби. В середній частині  печі розташована зона випалу. В  неї подають паливо, продукти горіння  якого омивають виріб, який знаходиться в зоні підігріву. Відпрацьовані димові гази викидаються в атмосферу димососом. Повітря нагнітається вентилятором в кінець зони охолодження, омиває випалені вироби, охолоджує їх і сам при цьому нагрівається. Нагріте повітря поступає в зону випалу, де воно використовується для горіння палива.

В зоні підігріву вироби досушуються  і підігріваються, в  зоні випалу нагрів виробів продовжується  до кінечної температури випалу. В зоні охолодження спочатку вироби швидко охолоджуються ( доки знаходяться в піропластичному стані). Процес охолодження закінчується при досягненні виробами температури 50 – 60 ⁰С.

Тунель повинен бути повністю завантажений вагонетками. Вагонетку подають до загрузочного торця печі і заштовхують в піч спеціальним механізмом – штовхачем. При цьому весь потяг вагонеток, який знаходиться в тунелі, переміщується на довжину однієї вагонетки, а з іншого кінця печі виштовхується вагонетка з охолодженими виробами. Таким чином в тунельних печах на відміну від кільцевих місцезнаходження теплових зон стабільно, а випалює мий матеріал переміщується відносно цих зон.

Досить різноманітні аеродинамічні  схеми тунельних печей. Найпростішою є схема з лише одним димососом  але існує схема з примусовим відбором повітря із зони охолодження спеціальним вентилятором, який може передавати гаряче  повітря в сушилку, до пальників в зону підігріву.

 Рециркуляція відпрацювавши газів дає можливість дещо турбулізувати потік в зоні підігріву та знизити його температурне розшарування, а також в мірі регулювати температурну криву в цій зоні.

Пристрій завіс дозволяє аеродинамічно відключати зону випалу від суміжних зон, зробити в ній  установлене середовище, що дуже важливо  для останніх стадій випалу.

Розміри випалює мого каналу тунельних печей коливаються  в достатньо великому діапазоні: довжина 5 – 208 м, а площа робочого перерізу ( перерізу в якому розміщуються вироби, що випалюють) 3 – 9 м².

В більшості діючих печей випалюємий канал перекритий арочним склепінням. Проте в останні роки широко розповсюдженні перекриття каналу панелями або балками із жаростійкого бетону.

Стіни в діючих печах збірні, футеровані шамотною цеглою і облицювальною  звичайною глиняною цеглою. Проте  на сьогодні створені проекти  тунельних  печей в яких весь випалюємий канал  виконаний із збірного жаростійкого залізобетону, що дозволяє будувати  печі індустріальними методами. За кордоном почали будувати стіни тунельних печей із волокнистих керамічних матеріалів, які дають можливість до мінімуму зменшити товщину стіни і зменшити її теплову інерцію.

Найважливіший конструктивний елемент тунельної печі – пісочний затвор. Найбільш вразливим елементом пісочного затвору є – ніж, який сприймає інтенсивне теплове випромінювання і тому швидко деформується. Використовуємі обмазки ножа різними вогнетривкими складами не довговічні. В нашій країні виготовляється мулітокремнезевий картон, який витримує температуру до 1150⁰С. Захисна наклейка такого картону за допомогою високотемпературного алюмохромфосфатного клею  при нанесенні на ніж пісочного затвору значно збільшить його довговічність.

Вагонетки тунельних печей  футерують жаростійким бетоном  або шамотними каменями для безпеки  металевих частин від дії високих  температур. Для збільшення рівномірності  випалу футерують вагонетки з  каналізуємим подом. В сучасних закордонних конструкціях вагонеток також передбачають такі установки.

Пальники розташовують в  бокових стінах печі, але в нових  конструкціях з плоским перекриттям  їх встановлюють в перекритті, що полегшує обслуговування печі, дає можливість  будувати печі більшої ширини. Газомазутні форсунки  забезпечують швидкий перехід із газу на мазуту і навпаки. Зручні вони і тим, що при них найбільше просто досягається встановлююче середовище в пічному просторі подачу пару в мазутний канал, якщо піч працює на газу і навпаки. Камера горіння виконана із жаростійкого металу і представляє собою  перфорований циліндр.

Кускове вугілля завантажують в тунельну піч, як і в кільцеву, зверху через топні трубки. Обслуговування печі при цьому ускладнюється важкістю золовидаленням , в зв’язку з чим печі з твердого палива переводять на природний газ.

Для випалу різних  виробів  тунельні печі при зберіганні основної форми тунелю  і принципу дії  відрізняються деякими конструктивними  особливостями, різними видами режиму випалу,типом і щільністю усадки, видом спалює мого палива.

Тунельні печі відрізняються  більшою тепловою економічністю, витрачають порівняно небагато палива.

В ряду з великими перевагами тунельні печі в порівнянні з іншими типами печей вимагають значно великих  капіталовкладень на будівництво і  експлуатацію. Конструкція печі: каркас, рельси, пісочні затвори, вагонетко вий парк. Тунельні печі використовують багато електроенергії на роботу вентиляторів.

 

 

 

 

 

 

2 Розрахунок  тунельної печі для випалу шамотних вогнетривів

Вихідні дані

Продуктивність печі, т/рік                                                                          52000

Залишкова вологість сирцю, %                                                                        0,8

Брак випалу, %                                                                                                  3,4

Втрати при прожарюванні, %                                                                         4,3

Паливо природний газ  №5                                          Дашавського родовища

Робоча вологість газу, %                                                                                1,0

Максимальна температура  випалу, ⁰С                                                        1390

Початкова температура матеріалу, ⁰С                                                            40

Кінцева температура матеріалу, ⁰С                                                                90

Тривалість випалу, годин                                                                               66

Температура навколишнього  повітря, ⁰С                                                      20

Температура газів, що відходять  з печі, ⁰С                                                  385

Температура повітря, що подається  на горіння, ⁰С                                     400

Температура повітря, що відбирається на сушку, ⁰С                                  285

Розмір вагонетки (lxb), м                                                                             3х3,1

Вагова ємкість вагонетки  по виробах, т                                                      11,3

Висота садки виробів  на вагонетку, м                                                         1,85

Час роботи печі, год                                                                                      8385

 

2.1 Конструктивний розрахунок  печі

 

2.1.1 Визначення внутрішніх  розмірів тунелю

 

Графік режиму випалу знаходиться  на рис. 2.1

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1 – Режим випалу виробів

 

Згідно з кривою випалу (рис. 2.1) загальна тривалість теплової обробки становить 66 год. Приймаємо  тривалість підігріву z = 28,38; випалу z=10,56; охолодження z=27,06 год.

Необхідна масова місткість  печі за виробами, що завантажуються, т:

                                   _(2.1)

де – продуктивність печі за рік, т;

   Z – тривалість теплової обробки, год;

    – кількість годин роботи печі за рік;

   m – втрати залишкової вологості, втрати при прожарюванні, брак і втрати виробів, %

Кількість вагонеток, що одночасно  знаходяться в печі:

                                                                              _(2.2)

Приймаємо ціле число вагонеток N = 40, тоді довжина печі, м