Печь для обжига керамических изделий

Печь для обжига керамических изделий.
Полезная модель относится к области производства строительных материалов, в частности, к печам для обжига керамических изделий. Изобретение может быть использовано в крупнотоннажном производстве, например изделий стеновой керамики, черепицы, плитки, дренажных труб.
Известна печь для обжига керамических изделий, называемая туннельной печью, содержащей обжиговый канал, условно разделенный по длине на три технологические зоны: подогрева, обжига и охлаждения, устройство для подачи исходных формованных заготовок в зону подогрева и перемещения их вдоль обжигового канала, устройство для удаления обожженных керамических изделий из зоны охлаждения, устройство для подачи в зону охлаждения газообразного теплоносителя, устройство для удаления продуктов сгорания, соединенное с обжиговым каналом дымоходом, устройство для дозирования газообразного топлива, соединенного с обжиговым каналом газопроводом С.И.Вольфкович и др. «Общая химическая технология, М., Госкомиздат, 1959, т. II, с.95 - 97, Е.Ш. Шейнман. «Производство керамических стеновых материалов и черепицы, к.2 «Сушилки и печи, М., ВНИИ научнотехнической информации и экономики промышленности строительных материалов, 1994, с. 82 - 86.
Известна печь для обжига керамических изделий, называемая шахтной печью, содержащая обжиговый канал, условно разделенный по длине на три технологические зоны: подогрева, обжига и охлаждения, устройство для подачи
исходных формованных заготовок в зону подогрева и перемещения их вдоль обжигового канала, устройство для удаления обожженных керамических изделий из зоны охлаждения, устройство для подачи в зону охлаждения газообразного теплоносителя, устройство для удаления продуктов сгорания, соединенное с обжиговым каналом дымоходом, в которой продольная ось обжигового канала ориентирована вертикально И.Ф. Шлегель, В.В. Соколова, Шахтные обжиговые печи, - «Строительные материалы, 1993, №5, с. 16 - 18.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является унифицированная туннельная печь, содержащая обжиговый канал, условно разделенный по длине на три основные технологические зоны: подогрева (подготовки), обжига и охлаждения, устройство для подачи исходных формованных заготовок в зону подогрева и перемещения их вдоль обжигового канала, устройство для удаления обожженных керамических изделий из зоны охлаждения, устройство для подачи в зону охлаждения газообразного кислородсодержащего теплоносителя, устройство для удаления газообразных продуктов сгорания, соединенное с обжиговым каналом дымоходом, устройство для дозирования газообразного топлива Е.Ш. Шейнман. «Производство керамических стеновых материалов и черепицы, к.2 «Сушилки и печи, М., ВНИИ научно-технической информации и экономики промышленности строительных материалов, 1994, с. 115 - 131.
Недостатками указанных печей являются низкая производительность, большие размеры, большой удельный расход топлива и высокий выход бракованной продукции.
Техническим результатом полезной модели является увеличение производительности печи для обжига керамических изделий, уменьшение ее размеров, снижение удельного расхода топлива и улучшение качества керамических изделий. Технический результат достигается тем, что в печи, содержащей обжиговый канал 1, условно разделенный по длине на три технологические зоны: подогрева (а), обжига (в) и охлаждения (с), устройство 2 для подачи исходных формованных заготовок в зону подогрева и перемещения их вдоль обжигового канала, устройство 3 для удаления обожженных керамических изделий, устройство 4 для подачи в зону охлаждения газообразного теплоносителя, узел 5 для удаления продуктов сгорания, соединенный с обжиговым каналом дымоходом 6, устройство 7 для дозирования газообразного топлива, соединенное с обжиговым каналом газопроводом 8, при этом устройство 7 для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом в зоне охлаждения, а в зоне охлаждения дополнительно размещен узел 9 для поджига газообразного топлива. Дополнительно печь может содержать устройство 10 для дозированного разделения продуктов сгорания, соединенное с дымоходом 8, и газопровод 11, соединяющий устройство 10 для дозированного разделения продуктов сгорания
с зоной охлаждения. Продольная ось обжигового канала может быть ориентирована как горизонтально, так и вертикально.
Отличительными признаками полезной модели являются печь для обжига керамических изделий, в которой: 1. Устройство для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом печи в зоне охлаждения газопроводом. 2. В обжиговом канале размещен узел для поджига газообразного топлива. 3. Печь дополнительно содержит устройство для дозированного разделения газообразных продуктов сгорания, соединенное с дымоходом, и газопровод, соединяющий устройство для дозированного разделения продуктов сгорания и зону охлаждения. 4. Продольная ось обжигового канала может быть ориентирована как горизонтально, так и вертикально.
Сущность изобретения заключается в том, что для полной утилизации тепла в условиях противотока необходимо подавать в зону охлаждения холодный газообразный теплоноситель, причем должно выполняться соотношение:
ткск  тгсг,
где тк- масса керамики, подаваемая в единицу времени в зону подогрева;
ск - удельная теплоемкость керамики;
тг - масса газообразного теплоносителя, подаваемого в единицу времени в зону охлаждения;
Поскольку газ имеет плотность, примерно на три порядка меньшую, чем твердое тело, для выполнения этого соотношения необходимо перемещать газообразный теплоноситель по обжиговому каналу с высокой скоростью.
Для получения высокой температуры в зоне обжига размещают устройства для сжигания газового или жидкого топлива таким образом, чтобы они располагались в промежутках между вагонетками с обжигаемыми керамическими изделиями, при этом струя пламени ориентирована перпендикулярно продольной оси обжигового канала, а скорость вылета струи газа может быть порядка 80 - 120 м/с. При взаимодействии этих струй с потоком газообразного теплоносителя они изгибаются и направляются в сторону обжигаемых керамических изделий. Возникают локальные области высокой температуры, в которых обжигаемые керамические изделия подвергаются пережогу и могу даже частично расплавиться. Для устранения этого увеличивают расстояния между вагонетками, снижают скорость дутья газообразного теплоносителя, газообразный теплоноситель после прохождения зоны охлаждения полностью или частично удаляют из зоны охлаждения и в обход зоны обжига подают в зону подогрева, где его смешивают в заданной пропорции с горячими продуктами сгорания, поступающими в зону подогрева из зоны обжига М.М.Наумов, И.С.Кашкаев и др., Технология глиняного кирпича, М., 1969, с. 168-212; Ю.М.Бут и др., Общая технология силикатов, Стройиздат, М., 1976, с.297; Е.Ш. Шейнман. «Производство керамических стеновых материалов и черепицы, к.2 «Сушилки и печи, М., ВНИИ научнотехнической информации и экономики промышленности строительных материалов, 1994, с. 115 - 131. При этом возникают потери тепла и ухудшаются условия теплопереноса в зоне обжига, что приводит к увеличению размеров печи, снижает ее производительность, увеличивает потребление топлива. При этом полностью устранить пережог обычно не удается, и потери от него могут доходить до 15%. Большие размеры печи, ее длина может превосходить 100 м, не позволяют применить лучшую по теплофизическим свойствам вертикальную компоновку.
В предлагаемой печи локальные области высокой температуры полностью устраняются тем, что газообразное топливо поступает в обжиговый канал в зоне охлаждения. В результате турбулентности, возникающей при взаимодействии быстро двигающегося потока газообразного теплоносителя с охлаждаемыми обожженными керамическими изделиями, газообразное топливо смешивается с кислородсодержащим газообразным теплоносителем, воспламеняется устройством поджига и горячими керамическими изделиями, сгорает в зоне обжига. При этом в зоне обжига возникает диссипативная пространственная структура П.Гленсдрф, И.Пригожин, Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М., «Мир, 1973, с. 233-247, характеризующаяся плавным изменением температуры по длине обжигового канала с максимумом в центре зоны обжига. Полностью устраняется пережог. Время обжига сокращается до 4 часов для щелевого кирпича и 6 часов для полнотелого кирпича, что приводит к увеличению производительности печи,
сокращению ее размеров и снижению расхода топлива. Устройство для поджига, размещенное в зоне охлаждения помогает управлять процессом горения. Оптимизация процессов теплообмена в зоне обжига позволяет сократить длину обжигового канала. Сокращение длины обжигового канала приводит к сокращению потерь тепла через боковые стенки печи и, следовательно, к уменьшению удельного расхода топлива. Использование в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя смеси в необходимой пропорции воздуха с газообразными продуктами сгорания позволяет управлять процессом горения и получать в зоне обжига восстановительную атмосферу, что улучшает качество получаемых керамических изделий. Малые размеры печи позволяют применить вертикальную компоновку, что улучшает условия обжига керамических изделий и уменьшает площадь, необходимую для его строительства.
Пример 1. На Фиг. 1 представлена печь для обжига керамических изделий, состоящая из обжигового канала 1, продольная ось его ориентирована вертикально. Верхний конец обжигового канала снабжен устройством 2 для подачи в канал заготовок стандартного глиняного кирпича. Нижний конец устройством 3 для удаления глиняных кирпичей. Устройство для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом газопроводом в зоне охлаждения, расположенной внизу. Устройство 4 для подачи газообразного кислородсодержащего теплоносителя, в данном случае воздуха, состоит из заслонки, регулирующей скорость поступления воздуха. Устройство 5 для
удаления продуктов сгорания выполнено в виде дымовой трубы, соединенной с зоной подогрева дымоходом 6. Устройство 7 для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом газопроводом 8 в зоне охлаждения, расположенной внизу. Внизу обжигового канала на отметке 2 м расположен узел 9 для поджига, выполненный в виде спирали, нагретой электрическим током.
Печь на Фиг. 1 работает следующим образом: сверху в обжиговый канал 1, имеющего размеры 10х1х1м, подают заготовки стандартного глиняного кирпича с помощью устройства 2 с массовой скоростью 0,1 кг/с, снизу удаляют готовые кирпичи с помощью устройства 3. Заготовки и кирпичи перемещаются по обжиговому каналу под действием силы тяжести, направляющими служат стенки канала. Скорость поступления воздуха в количестве 0,12 кг/с или 360 нм3/час регулируют с помощью заслонки 3. По обжиговому каналу газообразный кислородсодержащий теплоноситель перемещается под действием естественной конвекции. Газообразное топливо, в данном случае природный газ, подают с помощью дозирующего устройства 7 и газопровода 8 в зону охлаждения снизу. Природный газ смешивается с воздухом, воспламеняется от устройства поджига и горячих кирпичей и сгорает в зоне обжига. Продукты сгорания, смешанные с газообразным теплоносителем, движутся в результате естественной конвекции. В зоне обжига формируется горячая зона с симметричным температурным профилем и максимальной
температурой 1100°С. Производительность устройства составляет 1 000 000 шт.кирп. в год.
Пример 2. Печь для обжига керамических изделий, Фиг.2, состоит из обжигового канала 1, продольная ось его ориентирована горизонтально. Устройство 2 для подачи исходных формованных заготовок и перемещения их вдоль канала состоит из форкамеры, вмещающей одну вагонетку, гидравлического толкателя, вагонеток и рельсового пути, на выходе из канала печи в зоне охлаждения расположено устройство 3 для удаления обожженных керамических изделий, устройство 4 для подачи в канал печи в зону охлаждения газообразного кислородсодержащего теплоносителя выполнено в виде нагнетающего вентилятора, устройство 5 для удаления продуктов сгорания выполнено в виде отсасывающего вентилятора и снабжено дымовой трубой, устройство 7 для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом в зоне охлаждения газопроводом 8, узел 9 поджига газообразного топлива выполнен в виде спирали, нагретой электрическим током и размещен в обжиговом канале, устройство 10 для дозированного разделения газообразных продуктов сгорания, выполненное в виде регулируемой заслонки, соединено газопроводом 11 с зоной охлаждения.
Печь по Фиг.2 работает следующим образом: формованные, высушенные до влажности 6% заготовки глиняного стандартного кирпича, размещают в виде определенной садки на вагонетки и, с помощью гидравлического толкателя, подают через форкамеру в обжиговой канал 1, имеющего размеры
60,5 м длиной, 2,4 м шириной и 1,56 м высотой, в зону подогрева со средней скоростью 1600 шт/час. По обжиговому каналу вагонетки перемещаются, проталкивая друг друга. Зазоры между садками отсутствуют. В зону охлаждения с помощью устройств 4 подают воздух. Часть продуктов сгорания удаляют из печи с помощью устройства 5 и дымохода 6, а остальные газообразные продукты сгорания с помощью устройства 10 и газопровода 11 перемещают в зону охлаждения. С помощью устройства 7 и газопровода 8 необходимое количество природного газа подают в зону охлаждения. Газообразные компоненты смешиваются в зоне охлаждения, природный газ воспламеняется от устройства поджига и нагретых обожженных глиняных кирпичей и сгорает в зоне обжига. Газообразный теплоноситель движется по обжиговому каналу со средней массовой скоростью 1,8 кг/с, или 5400 нм3/час. В результате в обжиговом канале формируется симметричный профиль температур с максимальной температурой в середине зоны обжига, равной 1050 С, и температурой выходящих из канала кирпичей и газообразного теплоносителя, равной 50°С. Время обжига составило 24 часа. Производительность печи равна 15 000 000 шт.кирп. в год, удельный расход топлива равен 125 кг условного топлива на 1000 шт., брак от пережога отсутствует.
Сравнение с прототипом показывает, что у прототипа печь длиной 60,5 м имеет производительность 5 000 000 шт. кирп. в год, т. е. заявленная полезная модель имеет производительность в три раза выше, чем прототип. У прототипа
печь производительностью 15 000 000 шт. кирп. в год имеет длину 95,62 м. Заявленная полезная модель имеет длину на 37% меньшую. Удельный расход топлива ниже, чем у унифицированной туннельной печи производительностью 75 000 000 шт. кирп. в год, являющейся наиболее экономной в ряду печей прототипа. Пережог полностью отсутствует.
Формула полезной модели.
1.Печь для обжига керамических изделий, содержащая обжиговый канал, условно разделенный по длине на три технологические зоны: подогрева, обжига и охлаждения, устройство для подачи исходных формованных заготовок в зону подогрева и перемещения их вдоль обжигового канала, устройство для удаления обожженных керамических изделий из зоны охлаждения, устройство для подачи в зону охлаждения газообразного кислородсодержащего теплоносителя, узел для удаления продуктов сгорания, соединенный с обжиговым каналом дымоходом, устройство для дозирования газообразного топлива, соединенное с обжиговым каналом газопроводом, отличающаяся тем, что устройство для дозирования газообразного топлива соединено с обжиговым каналом в зоне охлаждения, а в обжиговом канале дополнительно размещен узел для поджига газообразного топлива.
2.Печь по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для дозированного разделения продуктов сгорания, соединенное с дымоходом, и газопровод, соединяющий устройство для дозированного разделения продуктов сгорания с зоной охлаждения.
3. Печь по любому из п.п.1, 2, отличающаяся тем, что продольная ось обжигового канала ориентирована вертикально.