Краткое руководство по охлаждению кольцевых печей
11.03.2013
КРАТКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ОХЛАЖДЕНИЮ
КОЛЬЦЕВЫХ ПЕЧЕЙ
Снижение температур в зонах садки и выгрузки кирпича
Руководство охватывает широкий комплекс известных технических средств, предназначенных для снижения температуры на рабочих местах садчиков сырца и выгрузчиков кирпича в кольцевых печах.
Содержащиеся в нем материалы основаны на многолетнем опыте работы промышленности, исследовательских и наладочных организаций, собранном и обобщенном в ПКБ НИИ Стройкерамики.
Цель настоящего руководства — оказать помощь работникам кирпичных заводов в создании нормальных условий труда при обслуживании кольцевых печей и тем самым повысить общий уровень промышленной санитарии и техники безопасности в кирпичной промышленности.
I. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУР НА РАБОЧИХ МЕСТАХ САДЧИКОВ СЫРЦА И ВЫГРУЗЧИКОВ КИРПИЧА
Известные в настоящее время многочисленные мероприятия, способствующие снижению температур в зонах садки и выгрузки в наиболее распространенных в кирпичной промышленности кольцевых печах [1], основаны на различных физических принципах.
Первая группа мероприятий, наиболее многочисленная, основана на интенсификации отбора тепла от обожженного кирпича и нагретой футеровки путем увеличения количества воздуха, подаваемого в зону остывания, и путем охлаждения садки и футеровки распыленной водой.
Увеличение количества воздуха, проходящего через зону остывания, может быть достигнуто либо за счет прямого увеличения мощности вентиляционных устройств, либо путем применения мероприятий, снижающих аэродинамическое сопротивление всей системы, по которой движутся дымовые газы и воздух.
Мощность вентиляционных устройств увеличивают путем повышения числа оборотов действующих и посредством установки дополнительных вентиляторов. Снижению аэродинамического сопротивления системы способствует применение следующих мероприятий: уменьшение плотности садки; применение систем садок, имеющих меньшее аэродинамическое сопротивление при равной плотности; тщательное выполнение садки; увеличение диаметра и количества дымовых конусов; увеличение сечений дымовых очелков;
блокировка дымового и жарового каналов; увеличение сечения дымового канала; улучшение аэродинамических форм и уменьшение шероховатости поверхностей каналов; открытие ходков в зоне остывания; открытие топливных трубок в зоне остывания; подъем дымовых конусов в зоне остывания. Вторая группа мероприятий имеет в своей основе иной физический принцип — снижение количества тепла, которое может выделить футеровка внутрь обжигательного канала. К мероприятиям этой группы относятся рациональный позонный режим печи и футеровка ее теплоизоляционными материалами.
Третья группа мероприятий основана на стремлении механическим путем, т. е. путем экранирования свода, уменьшить величину тепловых потоков, воспринимаемых рабочими, находящимися внутри обжигательного канала.
Четвертая группа мероприятий имеет целью локально воздействовать на состояние выгрузчика путем подачи кондиционированного воздуха к его рабочему месту.
И. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОТБОРА ТЕПЛА, ВЫДЕЛЯЕМОГО ФУТЕРОВКОЙ И ОБОЖЖЕННЫМ КИРПИЧОМ
1. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ
Понятие об аэродинамической характеристике сети
Производительность каждого вентилятора зависит не только от его типа, номера и числа оборотов, но и от характеристики той системы, в которую вентилятор нагнетает или из которой он отсасывает воздух (либо дымовые газы). На пути своего движения воздух встречает препятствия в виде поворотов, сужений, внезапных расширений, заслонок и т. п. Эти препятствия, на преодоление которых расходуется энергия, называются в аэродинамике (и в гидравлике) сопротивлениями. Численная величина аэродинамического сопротивления зависит- не только от вида препятствия, но и от количества газов, протекающих по каналу (или системе каналов). Зависимость, определяющая закономерность изменения величины сопротивления, возникающего в системе (имеется в виду в системе каналов), от количества движущегося в ней воздуха называется аэродинамической характеристикой сети.
Алгебраически эта зависимость выражается уравнением
H„ = KV (1)
где Н„—величина аэродинамических сопротивлений в мм вод. ст. или кг/м2-, V — количество воздуха, проходящего по системе, в м3/ч]
К — общий коэффициент аэродинамического сопротивления системы.
Графически эта зависимость показана на рис. 1 (кривые / и 3).
Вентилятор данного типа и номера, работая при определенном числе оборотов, будет давать различную производительность (подачу V) в зависимости от величины тех сопротивлений, которые приходится преодолевать воздуху. На преодоление этих сопротивлений расходуется напор (или тяга), создаваемый вентилятором. Зависимость производительности вентилятора от величины преодолеваемых им сопротивлений называется аэродинамической характеристикой вентилятора (кривые 2 и 4, рис. 1).
Итоговый результат работы вентилятора, т. е. его производительность и создаваемый им напор, будет зависеть как от аэродинамической характеристики самого вентилятора, так и от аэродинамической характеристики сети, в которую он включен. Так, из рис. 1 видно, что если через систему пропускать 20000 щ воздуха в 1 ч, то в ней возникнут аэродинамические сопротивления, равные 16,5 мм вод. ст., при увеличении же количества продуваемого воздуха до 24 ООО м3/ч сопротивления возрастут до 23,5 мм вод. ст. Коэффициент аэродинамического сопротивления такой системы составит:
K =JL-=16,5 Ц23,5 Ц 4 12-10-8 кг*1м*.
Vя 20 ООО8 щ£ 24 000а
Если данному вентилятору при п= 1200 об/мин придется преодолевать сопротивление, равное 20 мм вод. ст., то его производительность составит 28 000 м3/ч. Если же сопротивления возрастут до 30 мм вод. ст., то производительность вентилятора снизится до 20 000 ж3/ч.
Нпёммбод.ст.
10000
20000 30000 Ш00
Рис. 1. Зависимость производительности вентилятора от аэродинамической характеристики сети
1 и 3 — кривые аэродинамической характеристики сети; 2 и 4 — кривые аэродинамической характеристики вентилятора; А, Б, В — рабочие точки системы
При работе этого же вентилятора с числом оборотов п = 1200 в сети, характеризующейся кривой 1, рабочей точкой системы будет точка А пересечения кривых 1 и 2. Это означает, что при этих условиях вентилятор будет подавать (или отсасывать) 24 200 м3/ч воздуха и развивать статический напор около 25 мм вод. ст. (точка В).
Если за счет каких-либо мероприятий уменьшить сопротивления в сети и ее аэродинамическая характеристика будет выражаться кривой 3, то производительность вентилятора возрастет до 29000 м3/ч (точкаБ). Но если к тому же увеличить число оборотов вентилятора до 1500 в 1 мин, то производительность вентилятора возрастет до 36000 м3/ч. Следовательно, количество воздуха или газов, продуваемых через печь, зависит как от характеристики вентилятора, так и от аэродинамической характеристики печи.
Снижение плотности садки
Садка кирпича является существенным элементом в общей величине сопротивлений, возникающих при движении в кольцевой печи воздуха и дымовых газов. Ранее полагали, что с увеличением плотности садки возрастает производительность печи. В действительности такая зависимость существует лишь в определенных пределах.
Влияние плотности садки на производительность печи иллюстрируется рис. 2. Суточная производительность печи Щ определяется зависимостью:
Яс = FP ©,
где F -г- площадь поперечного сечения обжигательного канала вjh2;
Р — плотность садки в шт/м3-, —скорость огня в м/сутки.
ШшИф3
Рис. 2. Влияние плотности садки на производительность печи
П— производительность печи; 1— скорость огня; Р — плотность садит. 1~ ПС=ЦР); ШШШS-/7c-f(P,«)
Совершенно очевидно, что при Р —0 (пустая печь) Пс = 0. Но, с другой стороны, если плотность садки довести до РмаКс (пустотность равна нулю, и весь канал забит сырцом), что при стандартном кирпиче соответствует примерно 370 шт/м3, то в этом случае движение огня прекратится, так как садка окажется непроницаемой для газов,и теплообмен станет невозможным. Следовательно, при °>=0 и Яс=0. Поэтому кривая зависимости производительности ■ печи от плотности садки будет иметь экстремальную точку, т. е. можно подобрать такую плотность садки, при которой производительность печи становится максимальной. П. А. Дуванов почувствовал опережающее влияние плотности садки на скорость огня и, постепенно снижая ее, добился последовательного увеличения производительности печи. Мннн-
мальная плотность садки практически лимитируется также ее устойчивостью.
Уменьшение плотности садки и сопутствующее этому увеличение скорости воздушных потоков обусловливают повышение коэффициента конвективной теплоотдачи и форсированное остывание кирпича в зоне охлаждения Указанные обстоятельства обусловили повышение съемов до 3000 шт/м3 в месяц и снижение температур на рабочих местах выгрузчиков при переводе печей на работу по методу П. А. Дуванова.
С повышением влажности сырца и количества введенного в шихту топлива плотность садки необходимо уменьшать. Чем влажнее сырец, чем больше топлива введено в шихту и чем выше скорость огня, тем больше должен быть зазор между кирпичами. Это правило справедливо для всех элементов садки — ножек, елки, перекрытия и перевязочных рядов.
Выбор рациональной системы садки
Одним из главных факторов, влияющих на скорость огня в печи и интенсивность охлаждения кирпича, является аэродинамическое сопротивление садки, определяемое ее конструкцией (типом).
Однако при выборе типа садки следует руководствоваться не только аэродинамическим сопротивлением, но и удобством ее выполнения. Необходимо, чтобы конструкция садки не усложнялась, не затрудняла работы садчиков и выгрузчиков кирпича и не снижала бы производительности их труда.
Рациональная конструкция садки должна удовлетворять следующим главнейшим требованиям:
иметь минимальное аэродинамическое сопротивление;
характеризоваться устойчивостью, исключающей завалы при местных подварах и разрушениях отдельных кирпичей;
обладать простотой и удобством кладки и разборки, обеспечивающими максимальную производительность садчиков и выгрузчиков.
Прямоугольные садки (конструкции С. В. Баскакова и А. В. Минкина), которые, по исследованиям К- А. Но- хратяна [2], имеют наиболее низкие аэродинамические сопротивления, не нашли широкого применения на кир- личных заводах вследствие неудобства укладки сырца и разборки обожженного кирпича, вызванного взаимно- перпендикулярным расположением кирпичей.
Применяемые на многих заводах различные типы садок с колосниковыми решетками страдают общим недостатком — высоким аэродинамическим сопротивлением. Колосниковые решетки, выкладываемые под каждым рядом топливных трубок с шагом 0,8—1 м,
Рис. 3. Бесколосниковая прямоточная садка системы Л. А. Дуванова
представляют собой значительное дополнительное сопротивление на пути движения дымовых газов и воздуха. Газы при выходе из елки и входе в колосниковую решетку и наоборот внезапно меняют свою скорость по величине и направлению, так как на этом участке газового тракта они проходят через внезапные расширения и сужения сечений, образуемые разрывом между елками. Резкое изменение скорости газового потока вызывает образование в нем завихрений, на преодоление которых и расходуется энергия потока.
Поэтому упразднение колосниковой решетки и введение бесколосниковых садок уменьшает ее аэродинамическое сопротивление, упрощает конструкцию садки и облегчает работу садчиков.
При выборе между колосниковым и бесколоснико- вым типами садок предпочтение следует отдавать последнему типу, особенно при работе на мелкозернистом не шлакующемся топливе.
Наиболее полно предъявленным требованиям удовлетворяет бесколосниковая прямоточная садка системы П. А. Дуванова [3], которая может быть рекомендована для широкого внедрения (рис. 3). В садке этой системы нечетные ряды кирпича устанавливают параллельно оси обжигательного канала с зазором между кирпичами 40—50 мм. Четные ряды кирпичей располагают со скосом к оси канала не более 20—30° и с зазором между кирпичами 30—40 мм. Плотность такой садки составляет 190—220 шт/м*.
Оптимальное расстояние между кирпичами в садке других типов, при котором достигаются наилучшие условия тепло-, влаго- и газообмена и устойчивость садок различных типов, для каналов (щелей), расположенных параллельно оси обжигательного канала либо составляющих с ней небольшой угол, равно 40—50 мм; для каналов, перпендикулярных оси обжигательного канала,— 30—40 мм.
При указанных зазорах между кирпичами плотность садки составляет 190—220 шт/м3.
Тщательное исполнение садки
Садка может быть достаточно разреженной, а тип ее в принципе весьма рациональным, и все же она может явиться источником неоправданно высоких аэродинамических сопротивлений, если она выполнена с нарушением элементарных правил.
Прежде всего при выкладке садки необходимо кирпичи в елке ставить вплотную тычком к тычку, чтобы расстояние между образованными таким образом сплошными параллельными лентами составляло 40—50 мм. В этом случае аэродинамическое сопротивление садки будет иметь минимальное значение, так как газовые каналы, образованные лентами кирпича, будут сплошными и прямолинейными (рис. 4,а).
Наличие больших зазоров между тычками кирпичей, составляющих ленту (рис. 4,6), как бы обрешечивает ее боковые поверхности и увеличивает тем самым со-
лам ГЬ движению газов и воздуха по этим каиа- ление обпИсследованиям К. А. Нохратяна [2], сопротив- имеющим ШеЧенных каналов по сравнению с каналами, и сплошные, т. е. гладкие поверхности, возра-
40-50 мм
Рис. 4. Схема исполнения садки
стает от 1 1 ^
указанны Д° Ш раза. Во избежание образования относителХ ^азРьшов ПРИ выкладке елки угол скоса лент одинаков^1*0 °СИ обжигательного канала должен быть шать 20—1ял°ДЛЯ ВСех Рядо,в елки и не Должен превы- бы-п, пп,„ " Такое расположение лент в елке может
аГа
При о ° И Для садки П- А- Дуванова. вследствиеВВ 0Т?ельных участков лент (рис. 4,в) неорежнои укладки сырца сечение газовых
каналов становится непостоянным, на пути движения воздуха и газов возникают внезапные сужения каналов которые становятся источником дополнительных и весьма значительных сопротивлений. Общее аэродинамическое сопротивление садки при этом сильно возрастает.
При небрежном выполнении садки сеть (каналы), по которой движутся газы, изменит свою аэродинамическую характеристику. Ее кривая (см. рис. 1) станет более «крутой». Если кривая 3 соответствует нормальному исполнению садки, то при небрежном ее выполнении она сместится на место кривой /, рабочая точка займет новое положение с резким понижением производительности вентилятора.
Увеличение диаметра дымовых конусов
Исследования работы кольцевой печи, проведенные К- А. Нохратяном, показывают, что наибольшее сопротивление газы и воздух .испытывают при прохождении через дымовые конусы. Аэродинамическое сопротивление этого узла составляет около 50%1 от общего сопротивления системы.
Уменьшение аэродинамического сопротивления этого узла может быть достигнуто прежде всего путем увеличения диаметра конусов. Эта возможность ограничивается шириной центрального дымового канала печи, так как диаметр конуса не может быть больше ширины дымового канала. Поэтому диаметр дымовых конусов увеличивают в том случае, когда это позволяет сделать ширина дымового канала.
При модернизации кольцевых печей максимальный диаметр дымовых конусов принимают равным 800 мм.
Увеличение количества дымовых конусов
Аэродинамическое сопротивление газоходного тракта может быть также уменьшено путем установки дополнительных конусов в центральном дымовом канале, в промежутках между существующими конусами.
. В целях создания условий для равномерного прохождения огня по поперечному сечению обжигательного канала и для лучшего регулирования процесса обжига целесообразно очелки к дополнительным дымовым ко
нусам располагать у напольной стороны печи (рас, о), соединив их с дымовыми конусами подподовыми каналами аналогично тому, как это делается на закруглениях обжигательного канала. При этом дополнительные и основные конусы должны иметь максимально возможный при данной ширине дымового канала диаметр.
2
Рис. 5. Схема расположения дополнительных очелков
1 — дополнительные дыиовые очелки и соединительные подподовые каналы; 2 — соединительные подподовые каналы на закруглениях печи
Следует, однако, обратить внимание на то. что по исследованию теплотехнической лаборатории РОСНИИМСа [2] с увеличением количества дымовых конусов возрастает сопротивление потока газов в самом дымовом канале. Это сопротивление подсчитывается по формуле
<йа
Я = £ мм вод. ст., (2)
19,62 1
коэффициент местного сопротивления; максимальная скорость газов в дымовом канале после слияния в нем всех потоков в м/сек; объемный вес газов в кг/м3.
,8^1, (3)
п ■
здесь п — количество поднятых дымовых конусов. II может быть вычислено по приближенной формуле
уг —, 1,29 273+*°-г , (4)
Гг 273
где I—
ш ■
гдеt0.r—температура отходящих газов.
Из формул (2) и (3) вытекает, что в первую очередь необходимо стремиться к увеличению диаметра конусов и лишь после этого, если не удается снизить температуру в зоне выгрузки до требуемой нормы (40°С), следу, ет установить дополнительные конусы.
Увеличение сечения дымовых очелков
Значительное влияние на величину аэродинамических сопротивлений, возникающих в узле дымового конуса, оказывает размер сечения дымового очелка.
По исследованиям РОСНИИМСа [4J, сопротивление проходу газов через узел дымового конуса (рис. 6) определяется по следующей формуле:
уг мм вод. ст.,
(5)
tf=e + ea-Ms)
19,62
где а = 0,5; g = 3; | = 1; ,
I — скорость газов в сечении дымового очелка.
Из этой формулы следует, что на величину аэродинамического сопротивления данного узла решающее влияние оказывает скорость газов в дымовом очелке. В свя-
Рис. 6. Коэффициенты местного сопротивления в узле дымового конуса
зи I этим необходимо увеличивать входные сечения дымовых очелков и каналов, соединяющих дымовые очелки с дымовым каналом, с тем, чтобы скорость газов в них свести до минимума.
При этом необходимо выдерживать следующие соотношения: площадь поперечного сечения соединительных (наклонных) каналов должна быть не меньше площади сечения дымового конуса; площадь входного живого сечения дымового очелка должна быть в 1,5 раза больше
Г4
площади поперечного сечения соединительного канала, так как садка перекрывает значительную часть живого сечения очелка. Конструкцию дымового очелка можно переделать по схеме, представленной на рис. 7.
Блокировка дымового
и жарового каналов
Во многих кольцевых печах существующие жаровые каналы бездействуют, а в ряде случаев при капитальных ремонтах печи их ликвидируют. Такое неправильное решение обычно мотивируется тем, что при отсутствии обособленной зоны досушки жаровой канал становится якобы излишним. Однако при правильной эксплуатации печи он может быть использован для
Рис. 8. Схема подключения вентилятора в сложную (разветвленную) сеть
снижения общего аэродинамического сопротивления системы, увеличения количества воздуха, просасываемого через печь, и тем самым для снижения температуры на рабочих местах садчиков и выгрузчиков.
Рис. 7. Схема переделки дымовых очелков с увеличением их входного сечения
В жаровом канале поток воздуха движется параллельно газовоздушному потоку в обжигательном канале печи. Поэтому жаровой канал можно рассматривать как канал (т. е. сеть), подключенный параллельно к обжигательному каналу печи. Оба они в совокупности составляют по отношению к дымососу сложную или, иначе говоря, разветвленную сеть. Поэтому для выяснения влияния жарового канала на производительность дымососа рассмотрим закономерности, возникающие при работе вентилятора в разветвленной сети. Схема такого подключения вентилятора представлена на рис. 8. Вентилятор одновременно засасывает газы или воздух из сетей
БВ и БГ. На участке АБ потоки сливаются в единую сеть и поступают в вентилятор.
Диаграмма работы такой системы строится следующим образом (рис. 9). Кривая 1 соответствует аэродинамической характеристике сети участка БВ, кривая 2— участка БГ и кривая.?—участка АБ. Кривая 4 вы-i ражает аэродинамическую характеристику вентилятора. Чтобы найти суммарное количество газов, протекающих
Рис. 9. Диаграмма работы вентилятора в сложной (разветвленной) сети
через участки БВ и БГ, нужно для каждого напора суммировать подачи, т. е. абсциссы, соответствующие каждому из обоих участков. Руководствуясь этим правилом, строим несколько точек суммарной характеристики сети. Для напора Н„=3 мм вод. ст. подача через участок БВ будет выражаться отрезком бв (550 м3/ч), а через участок БГ —отрезком бг (700 м3/ч). Суммарная подача воздуха, проходящего через точку Б, будет соответствовать сумме отрезков бв и бг, т. е. отрезку бд (1250 м3/ч).
Аналогичным образом строим точки для напора Н„=7 мм вод. ст. ( точка б) и для напора ЯсТ= 12 мм вед. ст. (точка б"). Кривая аэродинамической характеристики любой сети в соответствии с уравнением (1) всегда проходит через начало координат. Очевидно, что кривая 5, проведенная через начало координат и точки д, д и д", будет выражать суммарную характеристику сетей (т. е. участков БВ и БГ). Если пренебречь сопротивлением участка АБ, т. е. если оно исчезающе мало по сравнению с сопротивлениями участков БВ и БГ, то точка Е пересечения кривых 4 и 5 будет рабочей точкой системы. Она определяет то количество воздуха (примерно 1750 ж3/ч), которое вентилятор должен подавать, и напор (5,5 мм вод. ст.), который он будет развивать. Отрезок бв соответствует количеству воздуха, проходящего через участок БВ (около 800Wjk),а отрезок 6S—через участок БГ (около 1000 м3/ч).
Абсцисса точки Е существенно больше точек пересечения кривых 1 и 4 или 2 и 4. Это свидетельствует о том, что при подключении параллельной сети производительность вентилятора возрастает. Напор, который требуется развивать вентилятору, наоборот, снижается (напор точки Е ниже соответствующих точкам пересечения кривых 1 и 4, а также 2 и 4), т .е. при подключении параллельной сети, несмотря на увеличение производнойгельности, требуемый напор будет снижаться. ^ Обращаясь к конкретно рассматриваемому случаю ( ^работы жарового канала в кольцевой печи, можно кон- ^Остатировать, что его включение увеличит производитель- ность дымососа и одновременно снизит разрежение. Од- Kfv нако в этом случае снижение разрежения (тяги) не сви- ^•^детельствует о понижении производительности вентилятора. Наоборот, тягомер показывает на шестом рядке fg^jперед взваром пониженное разрежение, а дымосос работает при этом с повышенной производительностью.
Снижение разрежения в зоне подготовки в свою очередь понижает подсосы паразитного воздуха в этой зоне и тем самым повышает активную производительность вентилятора. Иначе говоря, та часть производительности дымососа, которая растрачивалась для подсосов паразитного воздуха, с понижением их количества будет реализовываться для прососа повышенного количества воздуха через зону остывания.
Таким образом, включение жарового канала позво- - ляет увеличить количество воздуха, просасываемого через печь в целом и через зону остывания в частности, и тем самым способствует снижению температуры на рабочих местах выгрузчиков кирпича.
Еще больший эффект будет достигаться при блокировке (соединении) жарового канала с дымовым в общую систему. Такое соединение снижает аэродинамнче-
2—407
Аблаомат . ы • («Я У. {.
-JlJLhmV
Рис. 11. Схема соединения кольцевого дымового канала с
жаровым
/ — жаровой канал; 2 — дымовой канал; 3 — очелки жарового канала; 4 — поперечный надсводовый соединительный канал; 5 — шиберная
заслонка
При центральном расположении жарового канала его соединение с дымовым производится путем открывания имеющихся люков и устройства дополнительных люков в своде дымового канала (рис. 10).
ское сопротивление системы вследствие разветвления газовых потоков и снижения таким образом скорости газов в каждом из них. В этом случае жаровые конусы используются в качестве дополнительных дымовых.
Рис. 10. Схема соединения центрального жарового канала с дымовым
1 — жаровой канал; 2 — дымовой канал; 3 — отверстие люка; 4 — рассыпной строй
Если жаровой канал является кольцевым и расположен с напольной стороны печи, то ом может быть соединен с дымовым посредством надсводовых поперечных каналов, которые следует располагать между рядами топливных трубочек (рис. 11).
Соединение /кольцевого жарового канала в одну тяговую систему с дымовым может быть осуществлено также при помощи наружного стояка, расположенного в торце печи и соединяющего жаровой канал с подземным дымовым боровом.
При выкладке таких стояков из кирпича очень трудно обеспечить требуемую газоплотность. Поэтому их рекомендуется облицовывать листовой сталью либо выполнять из отрезка цельнотянутой стальной трубы большого диаметра с наружной тепловой изоляцией.
Таким образом, стремление вообще ликвидировать в кольцевых печах жаровые каналы неправильно. Они могут быть эффективно использованы для форсированного охлаждения кирпича и снижения температуры на рабочих местах садчиков и выгрузчиков.
Увеличение сечения дымового канала
С повышением производительности печи возникает необходимость увеличить количество газов, транспортируемых через дымовой канал. Как было показано на рис. 1, дымосос при неизменном числе оборотов, будучи подключен к сети с данной аэродинамической характеристикой, может давать только одну вполне определенную производительность, соответствующую его рабочей точке. Если требуется увеличить производительность дымососа, то для этого необходимо либо увеличить число оборотов дымососа (т. е. изменить его аэродинамическую характеристику — поднять ее кверху) либо изменить аэродинамическую характеристику сети, т. е. увеличить сечение дымового канала. Кривая аэродинамической характеристики сети становится более пологой, сдвигается при этом вправо (см. рис. 1) и тем самым повышается производительность дымососа. Благодаря этому возрастает количество воздуха, которое можно пропустить через зону остывания, что способствует снижению температур на рабочих местах садчиков и выгрузчиков.
Увеличение сечения дымового канала может быть в ряде случаев осуществлено за счет его углубления, поскольку в печах старых конструкций подина дымового канала расположена обычно выше, нежели обжигательный.
Улучшение аэродинамических характеристик газовоздушного тракта Аэродинамическая характеристика газовоздушного тракта может быть улучшена (т. е. соответствующую ему на диаграмме кривую можно сделать более пологой) путем изменения формы и характера поверхности отдельных конструктивных элементов печи. С этой целью необходимо все повороты выполнять с плавными закруглениями, лишние повороты вообще ликвидировать, а внезапные сужения и расширения сечений устранять путем установки диффузоров и конфузоров. Для уменьшения сопротивлений трения поверхности каналов необходимо оштукатуривать.
Открытие ходков в зоне остывания
Всякое дополнительное отверстие в каком-либо канале, из которого отсасывается воздух (или в который он нагнетается), можно рассматривать как сеть, параллельно подключённую к основной сети. В этом случае воздух в канал начинает поступать двумя разветвленными потоками (рис. 12)—через основное (торцовое) отверстие (сплошная линия на рис. 12) и через дополнительное (боковое) отверстие (пунктирная линия). Такая схема подчиняется закономерностям, приведенным на диаграмме рис. 9: через точку слияния потоков начинает протекать большее количество воздуха, нежели поступало при работе того же вентилятора на какую-либо одну сеть.
Рис. 12. Схема воздушных потоков при наличии дополнительного отверстия в сети
I
При наличии ряда дополнительных отверстий в канале образуется соответственно несколько параллельных сетей, аэродинамические характеристики которых следует суммировать при построении диаграммы такой системы.
Открытые ходки в зоне остывания являются также отверстиями, дополнительными по отношению к обжигательному каналу, через который движется магистральный поток воздуха.
Необходимо иметь в виду, что при наличии открытых ходков в зоне остывания поступление воздуха через фронт выгрузки несколько уменьшается, что можно проследить и по диаграмме рис. 9. Но общее количество воздуха, проходящего через начало зоны остывания (т. е. через горячую ее часть), в этом случае возрастает. Практически это означает, что выгрузчики будут омываться меньшим количеством холодного воздуха. Но в то же время вследствие предшествующего более интенсивного охлаждения футеровки (и обожженного кирпича) ее тепловое излучение будет существенно ослаблено и в целом температура понизится. Это мероприятие даст желаемый эффект только при систематическом открывании ходков по мере продвижения огня. Иначе это может привести к обратным результатам — к повышению температуры у фронта выгрузки.
Ходки в зоне остывания следует открывать в следующем порядке: в стенах первого от зоны закала ходка на уровне пода печи удаляют несколько кирпичей; в следующем ходке вынимают нижние части стенок примерно до половины их высоты; в третьем и последующих ходках стены разбирают полностью.
Открытие топливных трубок в зоне остывания
Открытые топливные трубки также являются дополнительными отверстиями в обжигательном канале печи. Однако картина воздушных потоков при их открытии имеет совершенно иной характер, нежели при открытии стенок ходков.
Для выявления аэродинамических закономерностей потоков, возникающих при открытии топливных трубок в зоне остывания, рассмотрим диаграмму аэростатических давлений в этой зоне.
Действующий в обжигательном канале кольцевой печи напор слагается из напора, создаваемого внутренними силами газовой среды, и напора, возникающего вследствие действия сил, приложенных извне. Под действием внутренних сил газов создается аэродинамический на пор, имеющий положительный знак и определяемый по формуле:
Яст.г = h (уо — Yr) лг/и2 или -и-и вод. ст., щ
где уо — объемный вес наружного воздуха, принимаемый равным примерно 1,29 кг/м3 Ц—объемный вес газов (или воздуха) внутри печного канала при их действительной температуре; приближенно _ 273 Vr~Yo 273 +tr V
tT — температура газов (или воздуха) внутри обжигательного канала; I — высота рассматриваемого горизонта от уровня пода печи; если подсчитывается аэростатический напор, возникающий под сводом печи, то I будет высотой обжигательного канала.
Как показано на рис. 13, величина аэростатического напора, возникающего под действием внутренних сил газов или воздуха в печном канале, возрастает по направлению от пода обжигательного канала к его своду (поле А).
Нейтральная пинав
Разрежение 0 Дабление Разрежение 0 Давление
(-; (>) н Щ
Рис. 13. Схема напоров в зоне остывания кольцевой печи
Этот напор (положительный) взаимодействует с разрежением (отрицательный напор), создаваемым дымососом (или дымовой трубой). Разрежение, создаваемое дымососом, уменьшается в направлении от пода к своду печи (поле Б). Это обусловлено нижним расположением дымовых очелков и более низким аэродинамическим сопротивлением ножек в садке по сравнению с елкой.
Алгебраическое суммирование напоров, создаваемых внутренними силами нагретого воздуха и внешними силами (силой тяги, развиваемой дымососом), дает итоговую диаграмму, представленную в правой части рис. 13. Она показывает, что в верхней части зоны остывания будет господствовать положительное давление (поле а), а в нижней части — разрежение (поле б). На каком-то уровне будет проходить нейтральная линия. На этом горизонте давление в печи равно ±0.
Рис. 14. Схема воздушных потоков в зоне остывания кольцевой печи при отсутствии жаровых каналов и при закрытых топливных трубках
Выгрузка.
Обжиг
Вследствие положительного давления под сводом печи через открытые топливные трубки устремляется вертикальный поток теплого воздуха, что способствует ускоренному охлаждению кирпича и футеровки в под- сводовой части канала, а вместе с этим и понижению температур на рабочих местах выгрузчиков.
Открытие топливных трубок в зоне остывания особенно эффективно при отсутствии жарового канала, так как в этом случае положительный напор, возникающий под сводом печи, может вызвать возвратные токи нагретого воздуха из подсводовой части к фронту выгрузки согласно схеме, приведенной на рис. 14. Следует, однако, отметить, что утечка теплого воздуха через топливные трубки понижает тепловую экономичность печи; особенно это нежелательно, если печь сблокирована с сушилкой. Поэтому данным приемом следует пользоваться лишь в том случае, когда остальные приемы не обеспечивают необходимого понижения температуры на фронте выгрузки..
Подъем дымовых конусов в зоне остывания
Если рассматривать дымовой канал как основную (магистральную) сеть, подключенную к дымососу, То все отверстия в нем, образуемые поднятыми конусами,
Рис. 15. Изменение количества газов и воздуха, отбираемых дымососом при наличии параллельных сетей
/ — полевая стена печи; 2 — ходок; 3 — фронт выгрузки; 4 — обжигаемый кирпич; | — бумажная ширма; 6 — дымовой канал; | — дымовой очелок; 8 — дымосос
будут являться параллельными сетями (см. рис. 12 и 9). При поднятии дымового конуса в зоне остывания кривая, выражающая суммарную аэродинамическую характеристику сети, станет более пологой, возрастут общая производительность дымососа, а также и количество
воздуха, просасываемого через фронт разгружаемой садки кирпича. Благодаря этому охлаждение обожженного кирпича и футеровки будет происходить более интенсивно. Однако количество Дымовых газов, отсасываемых из зоны подготовки, уменьшится, и производительность печи может понизиться. Схематически это пояснено на рис. 15.
При закрытых конусах в зоне остывания путь движения воздуха и газов идет по линии а, б, в, г. Аэродинамическая характеристика этого пути изображена на диаграмме кривой АО. Дымосос, аэродинамическая характеристика которого представлена кривой KJI, будет в этом случае иметь рабочую точку Б и развивать производительность, соответствующую отрезку ББ. При поднятии в зоне остывания дымового конуса появляется параллельная ветвь деж, аэродинамическая характеристика которой изображена кривой ВО. Суммарная характеристика, построенная по правилу сложения абсцисс, изобразится кривой ГО. Суммарная производительность дымососа при этом возрастет и будет определяться отрезком ДД, но количество газов, отбираемое из зоны подготовки, снизится, так как оно теперь определяется отрезком ДДь который, как это видно из построения, меньше отрезка ББ.
Уменьшение количества дымовых газов, отбираемых из зоны подготовки, может понизить скорость огня, ухудшить подготовку кирпича к обжигу, поднять огонь кверху и обусловить появление подваров. Во избежание этих осложнений необходимо вслед за подъемом конусов в зоне остывания сразу увеличить высоту подъема конусов в зоне подготовки. Это означает, что аэродинамической характеристике зоны подготовки будет соответствовать более пологая кривая ЖО. Такой же характер приобретет и суммарная характеристика системы ИО. Производительность дымососа, выражаемая отрезком ЕЕ, еще больше возрастет, но уже за счет повышенного отбора газов из зоны подготовки. Их количество будет выражаться отрезком ЕЕ, либо большим отрезка ББ, либо равным ему. Количество воздуха, отбираемое через открытый конус, при этом несколько сократится, так как отрезок ЕЕг меньше отрезка ДД2. Так, балансируя дымовыми конусами в зоне подготовки и остывания, можно увеличить количество холодного воздуха, пропускаемого через фронт выгрузки, не. понижая производительности печи. Практическим ориентиром при этом может служить величина разрежения, замеряемая обычно на шестом рядке впереди зоны обжига. Балансировку конусами надо продолжать до тех пор, пока не будут достигнуты разрежение, обеспечивающее заданную скорость огня, и одновременно нормальная температура в зоне выгрузки кирпича.
Ввод топлива в шихту
Запрессовка в кирпич 70—80% топлива от общего количества, необходимого для обжига, и соответственное уменьшение количества топлива, забрасываемого через топливные трубочки и сжигаемого открытым пламенем в обжигательном канале, улучшают охлаждение кирпича, так как при этом увеличивается живое сечение в садке для прохода воздуха.
Кроме того, уменьшение количества засыпаемого в печь топлива снижает количество золы, образуемой в обжигательном канале, что является также положительным фактором, ввиду того что зола замедляет остывание кирпича и является источником пылеобразования при разборке садки обожженного кирпича на выгрузке.
2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ МОЩНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
Увеличение числа оборотов действующего дымососа
Как уже отмечалось выше, с увеличением числа оборотов вентилятора возрастают его производительность и развиваемый им напор. Это равнозначно увеличению количества воздуха, просасываемого через зону остывания, что, как известно, обусловливает интенсивное охлаждение футеровки и обожженного кирпича и, следовательно, снижение температур на рабочих местах сад^ чиков и выгрузчиков.
Увеличение числа оборотов вентиляторов может явиться существенным резервом снижения температуры в выгружаемых камерах, а также увеличения производительности печи.
Увеличение числа оборотов вентилятора возможно при условии соблюдения допустимой окружной скоростирабочего колеса при достаточной мощности установленного мотора, а также при хорошем техническом состоянии дымососа.
Максимальные окружные скорости колеса вентиляторов, допускаемые из условий относительной бесшумности работы вентилятора и конструктивной прочности, составляют:
Тип и серия вентилятора Максимальная окружная
скорость в м/сек
Осевые МЦ ....... 40—50
Центробежные:
ВРН 40—45
ЭВР, УР, ВРС ....35—40
Ц-9-57, 49-55 35—40
ЦП-7-40 . . . ... .. 40—55
При увеличении числа оборотов дымососа необходимо руководствоваться законом пропорциональности работы вентиляторов, т. е. следующими положениями: производительность вентилятора возрастает пропорционально первой степени увеличения числа его оборотов;
развиваемый вентилятором напор увеличивается пропорционально квадрату числа оборотов;
мощность, необходимая для привода вентилятора, возрастает пропорционально кубу числа оборотов. Математически это выражается следующим образом:
V2 п2
Ni ЛГ2
На основании зависимостей (7) и (8): Hi Ш
Ш- <9>
где п 1 и п2 — соответственно первоначальное и увеличенное число оборотов ротора;
V и Щ — производительность вентилятора соответственно до и после увеличения числа оборотов;
-- ШшНШ! Ш »
Н и Hi—развиваемые вентилятором напоры соответственно до и после увеличения числа оборотов;
Ц и N2 — мощности, необходимые для привода моторов, соответственно при первоначальном и увеличенном числе оборотов. Пример. В качестве дымососа у кольцевой печи установлен вентилятор ВРС № 12 с числом оборотов рабочего колеса /Zj=300 в 1 мин. Диаметр всасывающего патрубка Di —1,01 л. Площадь сечения всасывающего патрубка
=3141012 «0,8^ 1 4 4
Средняя скорость отходящих газов ю, замеренная анемометром во всасывающем патрубке дымососа, составляет 13,9 м[сек.
Производительность вентилятора:
Vt= 3 ,8 • 13,9 • 3 000 м3/ч.
Разрежение, замеренное тягомером у всасывающего патрубка вентилятора, составило #1СТ=51,4 мм. вод. ст. Размеры выхлопного патрубка — 0,646x0,646 м. Площадь сечения выхлопного патрубка
> = 0,646-0,,81 м2.
Скорость газов в сечении выхлопного патрубка
40 000 0 _ ,
ш, = = 13,7 м сек.
1 3600 0,81
Температура газов /Г=120°С. Объемный вес газов при этой температуре
Yr = 1,29 ( 273 ) = 1,29 (— = 0,897 кг/м*. 1 V273 + tr) 393 /
Скоростной напор (т. е. динамическое давление) на выхлопе в атмосферу:
#, i^Yr = 111 0,897 % 8,6 мм вод. ст. 1д 19,62 1г 19,62
Полный напор, развиваемый вентилятором, составит: Hi пол = #ict+ Н1Я = 51,4 + 8, мм вод. ст.
Мощность двигателя, необходимая для привода вентилятора, вычсиляется по формуле
N М Mse« (И)
1 3 600 • 102-q v
где |— коэффициент полезного действия дымососа.
Находится для вентилятора данного типа и номера (при известной его производительности и числе оборотов) по справочным диаграммам аэродинамических характеристик вентиляторов[1].
В рассматриваемом примере i)=0,62
кт 40 000 60 1Г1_
Jv,= = 10,6 квтп.
1 3 600-102 0,62
Определим число оборотов ротора Ц и мощность мотора N2, необходимые для доведения производительности вентилятора до V2=60000м?1ч:
V2 олп 60 000 л,
По — пл — = 450 об/мин.
Vt 40 000
Полный напор, который при этом будет развивать вентилятор, составит
Я2 = Нх (~f= 60 (-Щ-)[2] = 135 мм вод. ст.
Мощность на валу вентилятора
60 000-135 ое с
N2= = 35,5 кет.
■ 3600-102-0,62
Такой же результат мы получим по формуле
Установленная мощность мотора вычисляется по формуле
Ny = N —г
гдеj/g—коэффициент полезного действия передачи При различных системах передач он состав ляет:
непосредственная насадка колеса вентилятора на вал электродвигателя 1
соединение валов вентилятора и электродвигателя при помощи муфты . . . . 0,98 ременный привод с клиновыми ремлями . 0,95 то же, с плоским ремнем .... . . 0,9
Лз — коэффициент запаса мощности, принимаемый равным:
Мощность на илу электродвигателя в кет
Коэффициент запаса Кз Для вентиляторов
центробежного
осевого
<0,5
1,5
1,2
0,5111
1,3
1,15
1,01 <2
1,2
1,1
2,0115
1,15
1,05
>5
1,1
1,05
Из приведенного примера видно, что увеличение числа оборотов ротора в 1,5 раза вызывает увеличение приводной мощности в 1,53, т. е. в 3,37 раза. При увеличении числа оборотов ротора в 2 раза приводная мощность вентилятора возрастает в 23, т. е. в 8 раз.
Пренебрежение указанной выше зависимостью между числом оборотов ротора и требуемой приводной мощностью приводило в ряде случаев к пережогу моторов.
Замена существующего дымососа более мощным
Техническое состояние дымососа не всегда позволяет увеличить число оборотов его колеса. В других случаях увеличение числа оборотов приводит к резкому падению к. п. д. вентилятора. Нормально коэффициент полезного действия вентилятора
i> 0,85тI
■в ^ | в.кат
где ~ максимальный к. п. д., который вентилятор данного типа и номера может иметь по данным каталогов и справочников.
В таких случаях одним из целесообразных решений является замена существующего вентилятора более мощным.
При определении требуемой нормальной производительности дымососа можно руководствоваться следующими примерными нормами количества газов, которые вентилятор должен отсосать на каждую 1000 шт. обожженного кирпича (в м3) при обжиге сырца:
высушенного в искусственной сушилке 12 000—14 000
естественной сушки 14 000—15000
повышенной влажности 20 000—22 000
Пример. Суточная производительность печи составляет 120 000 шт. В печи обжигается сырец естественной сушки.
Часовая производительность печи:
120 000 сппп 1
— = 5 000 шт/я.
24
Требуемая производительность дымососа
5-15 000 м3/к.
Для того чтобы выбрать наиболее подходящий типоразмер вентилятора и наиболее выгодный режим его работы (т. е. число оборотов ротора), поступают следующим образом.
Определяют кривую аэродинамической характеристики сети, замеряя разрежения и скорость газов у всасывающего патрубка вентилятора. Предположим, что разрежение составляет Нi = 51,4 мм вод. ст., а производительность вентилятора, рассчитанная по замеренной скорости газов, Vj =40 000 м3/ч.
По формуле (1) определяем общий коэффициент аэродинамического сопротивления системы
IВ Щ = 514 ИЯЯ
40 ООО2 16-103
Вычисляем величины сопротивлений, возникающие в системе при различном количестве пропускаемых через нее газов, пользуясь при этом формулой (1). Так, например, при К=60 000 м3/ч
ВИВ151,4 36-108= Ш мм вод. ст.
16-10861 4
Подобные расчеты при /С= — производим, зада-
10- шв
ваясь несколькими значениями V:
v н
40000 51,4
60000 116
80 ООО 206
100 ООО 321
По полученным значениям Н и V строим кривую на диаграмме того вентилятора, который намечен для установки. Пусть это будет, например, вентилятор серии ЦАГИ СТД-57 № 12. Его диаграмма приведена на
20000 40000 60000 80000 100000 120000 IfS/iA
Рис. 16. Построение аэродинамической характеристики системы на диаграмме вентилятора
50000 100000 150000 200000 250000 300000tfSn3/v
Рис. 17. Характеристика вентилятора типа «Сирокко» среднего давления № 15,5
О
создание скорости газового потока. Поэтому полученные значения для Н откладываем в соответствующем масштабе от кривой Яд (а не от нижней горизонтали). Указанным построением получаем на диаграмме кривую 1. При полученной характеристике сети принятый типоразмер вентилятора с учетом максимально допускаемого для него числа оборотов — 700 в 1 мин — может дать производительность лишь 70 ООО м*/ч (точка Р). Поэтому для достижения более высокой производительности нужно установить вентилятор другого типоразмера.
За последние годы на ряде заводов в качестве дымососов устанавливают вентиляторы среднего давления типа «Сирокко» № 15,5, выпускаемые Краснопресненским заводом Главмоспром стройматериалов. Его диаграмма
3—407
Установка дополнительного дымососа
о — параллельная работа вентиляторов; б — последовательная работа вентиляторов
приведена на рис. 17. На этой же диаграмме нанесена аэродинамическая характеристика сети (кривая /), строенная но рассчитанным выше значениям V и Н. Для производительности 75 ООО Ы^/ч рабочая точка иен- тиля тор а Р будет лежать на пересечении кривой / с кривой, составляющей примерно 464 об/мин. Для этой точки к, п. д. равен 0,64. Максимальный к. п. Д. для этого типоразмера, согласно диаграмме, составляет 0,68. К. гг. д., с которым будет работать вентилятор, состав- 0,54
При отсутствии на заводе вентилятора требуемой производительности можно установить дополнительный дымосос.
При совместной работе вентиляторы включают в сеть как по параллельной (рис. 18, а), так и по последовательной схеме (рис. 18, б).
Как правило, параллельное включение вентиляторов практикуют тогда, когда необходимо существенно увеличить производительность вентиляционной установки, не преследуя специальной цели — увеличения создаваемого ею напора. Последовательное включение производят, если необходимо повысить создаваемое ею суммарное давление, не придавая специального значения увеличению производительности установки.
При параллельной работе вентиляторов их суммарная характеристика строится путем сложения производительности вентиляторов при одинаковых напорах. Через полученные точки проводят кривую.
Для построения суммарной характеристики двух последовательно работающих вентиляторов суммируют их напоры при одинаковых производительностях и через полученные точки проводят кривую.
На рис. 19 кривая / характеризует работу одного
Рис. 18. Схемы местной работы вентиляторов
рис, 16. Полученные выше значения Н выражают сопротивления системы, на преодоление которых расходуется статический напор, развиваемый вентилятором. Полный его напор будет складываться из статического и динамического напора. Динамический напор расходуется на вентилятора ЬРН-1о с числом оборотов 660 в 1 мин, а кривая 2 — двух таких параллельно работающих вентиляторов, роторы которых вращаются с одинаковым числом оборотов; Кривая 3 является суммарной характеристикой двух таких же вентиляторов при одинаковом
Рис. 19. Построение характеристик совместно работающих вентиляторов
числе их оборотов (п=650 об/мин), но включенных последовательно.
3*
На том же рисунке приведены аэродинамические характеристики трех различных сетей —//и ///. Точки пересечения аэродинамических характеристик сетей с индивидуальными и суммарными аэродинамическими характеристиками вентиляторов показывают производительность вентиляторов при работе на данную сеть. Так, точка /4, в которой аэродинамическая характеристика сети / пересекается с характеристикой одного вентилятора, показывает производительность Vа =9600 м*/ч.
Точка />, в которой аэродинамическая характеристик^ пересекается с суммарной характеристикой двух вентиляторов, работающих параллельно, соответствует производительности при работе на ту же сеть 1/в =а = 10500 м*/ч. Точка В определяет производительность двух последовательно работающих вентиляторов, подключенных к сети, /: Vb =13 350 м*/ч.
Сравнение указанных производительностей показывает, что при работе на сеть с «крутой» аэродинамической характеристикой последовательное включение вентиляторов обеспечивает по .сравнению с параллельным более высокую суммарную производительность. Из рис. 19 видно также, что при работе на сеть с «пологой» аэродинамической характеристикой (кривая ///) наибольшую суммарную производительность (точка Г) дает параллельное включение вентиляторов. И только для сети //, аэродинамическая характеристика которой проходит через" точку пересечения суммарных характеристик вентиляторов (точка Д), схема работы вентиляторов не имеет значения, так как их суммарная производительность совпадает.
Из рис. 19 видно также, что при последовательной или параллельной работе двух вентиляторов их суммарная производительность и общий напор во всех случаях будут меньше суммарного напора и подачи двух изолированно работающих вентиляторов.
Для совместной работы желательно устанавливать вентиляторы одной серии и номера и с одинаковым числом оборотов их рабочих колес. При совместной работе вентиляторов, значительно отличающихся номерами, : числами оборотов или сериями, возможны случаи потери напора и снижения их суммарной производительности по сравнению с одним изолированно работающим вентилятором. Разберем такой случай на конкретном примере (рис. 20).
Допустим, вентилятор ВРН № 10 совершает 500 оборотов в 1 мин. Его характеристикой на этой диаграмме будет кривая /. Далее разберем случай, когда в эту же сеть включен еще один вентилятор ВРН М> 10, но с числом оборотов ротора %==600 в 1 мин. Его характеристикой будет кривая 2. Она нанесена <по данным диаграммы, опубликованной в справочнике [6].
Кривая 3 характеризует их суммарную работу при включении (алгебраически складываются— ПРИ их последовательном ключей и (алгебраически складываются ординаты). На эту же диаграмму нанесены также аэродинамические характеристики сетей / и //; а и а2~~ рабочие
Нтл 6мм Boo. cm
120
5000 10000 15000 20000 25000J30000 35000 Ш00Ш3/ч
I 1
Рис. 20. Диаграммы совместно работающих вентиляторов ВРН № 10 с резко отличающимися характеристиками соответственно изолированно работающих вентиляторов, характеризуемых кривымиJи 2 в сети /.
При параллельном включении этих вентиляторов в сеть / с «крутой» характеристикой рабочей точкой системы является точка А. В этом случае первый вентилятор не увеличивает производительность второго, а, наоборот, производительность второго вентилятора будет превышать их суммарную производительность:
Ч
При последовательном включении и работе на сеть// с «пологой» характеристикой суммарный напор, создаваемый двумя вентиляторами, ниже, нежели напор, I который развивал бы один второй вентилятор при работе I на эту же сеть: Нъ < Нг.
Рис. 21. Схема установки входного диффузора во всасывающем патрубке центробежного вентилятора 1 — рабочее колесо; 2 — всасывающий патрубок; 3 — диффузор (входная аороика)
Таким образом, при совместном включении вентиляторов с различными характеристиками возможны слу
чаи не только бесполезной, но I даже вредной работы двух I вентиляторов. Поэтому прежде чем принимать решение об I установке дополнительного вентилятора, надо графически проанализировать эффективность их совместной работы. [ При графическом анализе I следует иметь в виду, что действительные результаты работы вентилятора соответствуют I данным диаграммы лишь при Е правильном (т. е. фирменном) I очертании кожуха и при наличии правильно установленного I диффузора (входной воронки) | (рис. 21). Зазор между ворон- I кой и рабочим колесом дол- I жен быть для вентиляторов:
до № 3 . не более 3 мм
от № 4~до № 5 .......... ■ , , 4 .
I № 6,5 . И ........ . , 1 6 .
остальных вентиляторов 7 .
При установке дополнительно дымососа с параллельным его подключением очень важное значение | имеет выбор места подключения. Ни в коем случае не | следует его подключать к подземному борову, соединяющему основной дымосос с дымовым каналом. Для j дополнительного дымососа необходимо устраивать I самостоятельный забор газов из дымового канала (спад) и отдельный подземный боров. Второй спад I лучше всего располагать в торцовой части дымового I канала.
Установка передвижного вентилятора в ходке зоны остывания
Количество воздуха, просасываемое через фронт выгрузки, может быть увеличено путем установки в одном из ходков зоны остывания передвижного осевого вентилятора, монтируемого на вагонетке (рис. 22). Вентилятор необходимо устанавливать таким образом, чтобы он отсасывал (а не нагнетал) воздух из зоны остывания.
Рис. 22. Установка передвижного осевого вентилятора в ходке печи
1 — осевой вентилятор; | — вагонетка; 3— переносный щит;
4 — мягкая резиновая окантовка щита; 5 — диффузор
Для более эффективной работы вентилятора в ходке, из которого производится отбор нагретого воздуха, ставят легкий переносный щит с мягкой окантовкой по его периметру и с отверстием для всасывающего патрубка вентилятора.
Вентилятор необходимо устанавливать в первом или во втором ходке от фронта выгрузки. По мере продвижения фронта выгрузки вентилятор перемещается в следующий по направлению движения огня ходок. Этот вентилятор работает по отношению к дымососу «на разрыв», т. е. он не только просасывает холодный воздух через фронт выгрузки, но и частично отсасывает горячий воздух, устремляющийся в зону обжига под воздействием тяги, создаваемой дымососом. Поэтому передвижной вентилятор можно устанавливать только при наличии достаточно мощного дымососа.
Кроме того, при подключении такого вентилятора необходимо производить балансировку дымовыми конусами так. как это было описано на стр. 24—25. т. е. регулировать открытие дымовых конусов в зоне подготовки до тех пор, пока не будет достигнуто нормативное разрежение в этой зоне.
Устанавливать в ходке зоны остывания следует только осевые вентиляторы. Центробежные вентиляторы, создавая большую тягу, могут серьезно нарушить работу дымососа. Для указанной цели могут быть использованы вентиляторы серии Л1Ц или, что лучше, серии У-12. которые предназначены для транспорта запыленного воздуха. Характеристики указанных вентиляторов приведены в справочниках (5] н [6].
При нормальном исполнении вентиляторов их лопастное колесо обращено к выходному патрубку вентилятора. При установке их в ходке удобней обратное исполнение, — лопастное колесо обращено к всасывающему патрубку вентилятора (см. рис. 22). Для этого необходимо перевернуть колесо и изменить направление вращения электродвигателя.
Типоразмер вентилятора следует подбирать таким образом, чтобы его производительность составляла 16—20% от производительности дымососа. Напор, на который следует ориентироваться при выборе вентилятора, можно принимать в 10—15 мм вод. ст.
3. ВОДЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ОБОЖЖЕННОГО КИРПИЧА И ФУТЕРОВКИ
Отбор тепла от нагретого обожженного кирпича и футеровки может быть значительно интенсифицирован путем охлаждения стен и сводов печи распыленной водой. Наиболее полно сущность и приемы применения водяного охлаждения изложены в материалах Росстром-проекта и в ранее изданной инструкции [7J, использованных при составлении настоящего раздела.
Принцип действия водяного охлаждения
Принципиальная схема действия водяного охлаждения печи показана на рис. 23. Поступающая в печь под напором 2—3 сгм вода подается в форсунку цилиндрической формы, имеющую по окружности цилиндра несколько рядов мелких отверстий, через которые вода распыляется по всем направлениям горизонтальной плоскости.
Форсунка вводятся через топливную трубочку в свободное пространство между сводом и садкой в том ряде зоны охлаждения, где температура составляет не менее 300—350° С. Соприкасаясь с поверхностью горячего свода печи, вода при этом частично испаряется.
Ряс. 23. Принципиальная схема действия водяного охлаждения печи
На печах небольшой производительности и при работе печей с недостаточной тягой увеличивается количество тепла, аккумулированного кладкой сводов. В этих случаях воду рекомендуется вводить при температуре подсводового пространства несколько ниже, чем 300° С, или увеличить расход ее на каждые 1000 шт. кирпича. Признаком неправильного положения форсунки будут служить высокие температуры верхнего в садке ряда кирпича. В этом случае форсунку необходимо сместить к фронту выгрузки, а при появлении в этих рядах мокрого кирпича форсунка должна быть смещена в сторону зоны обжига.
Условия успешного применения водяного охлаждения
Тяжелые условия труда выгрузчиков кирпича обусловливаются в основном ненормально высокой температурой сводов и стен печи, не успевающих охладиться до приемлемой температуры. Улучшить условия работы в выгружаемых камерах можно при охлаждении сводов и стен печи водой, избегая охлаждения водой кирпича, который должен по-прежнему остывать в потоке воздуха, поступающего через пустые камеры в зону обжига.
Если идти по пути одновременного охлаждения водой не только сводов и стен, но также и садки, то заинтересованные в повышении сменной выработки выгрузчики кирпича, стремящиеся выгрузить из печи весь достаточно охладившийся кирпич, подойдут еще ближе к зоне обжига и будут выгружать кирпич яри еще более высокой температуре сводов и стен.
Результатом этого, как показала практика, явятся вредное укорочение зоны охлаждения, жалобы на ухудшившиеся условия труда, вызванные якобы применением водяного охлаждения..
Именно это обстоятельство явилось причиной того, что на ряде заводов, пытавшихся внедрить водяное рхлаждение, не был достигнут положительный эффект, а, наоборот, отмечалось ухудшение условий труда. Поэтому основным условием правильного применения способа водяного охлаждения сводов и стен кольцевой печи является исключение попадания охлаждающей воды на садку кирпича или, в крайнем случае, сведение количества попадающей на кирпич воды к минимуму.
Вторым обязательным условием является подача в печь лишь определенного количества воды при напоре в сети не менее 2—3 атм.
Количество воды должно быть достаточно большим для того, чтобы после испарения значительной ее части при соприкосновении со сводом печи оставалось еще некоторое количество для охлаждения стен печи.
При давлении в водопроводной сети в 2—3 атм протяженность охлаждаемого участка свода составляет до 5—6 рядков в том и другом направлении от форсунки по длине печного канала.
Практика показала, что при давлении в водопроводе менее 2 атм уже нельзя рассчитывать на успешную работу системы охлаждения.
По мере отбрасывания рядков при каждом переносе форсунки из трубочки в трубочку струи воды попадают на новые участки свода и стен печи, в результате чего охлаждение печного свода получает характер непрерывного равномерно протекающего процесса.
Третьим условием является правильное положение форсунки, при котором обеспечивается распыление воды всегда на одном и том же расстоянии от поверхности свода в свободном пространстве между этой поверхностью и садкой. При правильном положении форсунки расстояние от ее дна до верхнего ряда распыляющих воду отверстий составляет 2/3 зазора между сводом и садкой под центральной трубочкой, с замером зазора по обожженному кирпичу.
Четвертым условием, обеспечивающим эффективное применение этого метода, является соответствующее изменение позонного режима печи.
Наличие пара в воздухе, поступающего в зону ускоряет передачу от "пламени и дымовых газов к прогреваемому ими сырцу. Поэтому для прогрева сырца требуется более короткий участок печного канала. Кроме того, повышенное количество влаги и дымовых газах может вызвать запарку сырца, если тепловой режим печи не предусматривает мер к ее предотвращению.
Требующиеся изменения режима сводятся к следующему:
а) подготовительная зона (камеры, находящиеся «на дыму») должна быть укорочена настолько, чтобы температура отходящих газов, замеренная на входе этих газов в очелковом отверстие ближайшего к непрожженной ширме конуса, никогда не снижалась ниже 80° С;
б) длина зон обжига и охлаждения (включая и зону закала) должна оставаться без изменения;
в) управление тягой при помощи конусов должно обеспечивать удаление возможно большей части отходящих газов из печи через очелок конуса, ближайшего к непрожженной ширме. Укорочение зоны подготовки резко уменьшает подсосы воздуха в этой зоне, снижающие температуру газов, поступающих из зоны обжига.
Экономия тепла в печи при этом настолько значительна,! что ею перекрываются затраты тепла на испарение поды» вводимой в печь, и перегрев пара. Несмотря на более высокую при водяном охлаждении температуру отходящих газов, потери тепла с ними уменьшаются, так как вследствие уменьшения подсоса снижается количество удаляемых газов, В результате расход топлива при водяном охлаждении, как показывает практика некоторых заводов, снижается.
Пятым условием, обеспечивающим требуемый эффект водяного охлаждения, является предварительное обучение обжигальщиков, выгрузчиков и инженерно-1 технического персонала, обслуживающего лечь. Только ясное понимание физической сущности процессов водяного охлаждения и причин, могущих вызвать те или иные неудачи, обеспечивает успешное его применение.
Схема водоснабжения форсунки
Вдоль надпечного помещения прокладывают водопровод диаметром 18—25 лис. Его размещают по поверхности печи или прикрепляют к фермам шатра на подвесках из полосовой стали 30X4 мм.
Участок трубопровода, не обогреваемый печью, утепляется прошивными матами из минеральной ваты толщиной 40 мм.
Для определения давления на подающем воду водопроводе устанавливают манометр общего назначения (ГОСТ 8625—59) со шкалой до 6 кГ/сма для регулирования давления — вентиль диаметром 25 мм} марки 15 кч.18р.
Форсунка, имеющая ПО отверстий (рис. 24), насажена на трубу диаметром Уа длина которой на 20~ 25 см превышает толщину свода печи с засыпкой, считая по центральной трубочке. Эта труба прикреплена к резиновому шлангу длиной около 10 м, который подсоединяется к ответвлению на разводящей линии водопровода. На ответвлениях устанавливают запорные вентили диаметром 25 мм для отключения подачи воды.
Сметная стоимость устройства водоснабжения для 20-камерной кольцевой печи составляет 150 руб.
Для заводов, где давление в сети менее 2 атм, необходимо предусмотреть установку насоса марки 1/1/2К-6.На сезонных заводах в зован ного водоон а б ж е ии я нужд берут, как правило, доиапорный бак, установленный обычно в прессовом отделении. Этот же бак можно использовать для создания запаса воды на водяное охлаждение кольцевой печи.
При отдаленном расположении прессового отделения бак следует размещать на печи или вблизи ее и подавать из него воду насосом.
Подача воды должна производиться из расчета 200—300 л на 1000 шт. обжигаемого кирпича. Исходя из этого, расход воды в минуту Q на каждом участке может быть определен из выражения
случае отсутствия цеитралн- воду для технологических из прудов и подают ее в во-
По At
Рис. 24. Форсунка для распиливания воды в зоне охлаждения кольцевой печи
Q « 0,14 Пс 0,21 /7С л/мин,
где Пс —среднесуточная производительность печи при работе на одном огне в тыс. шт. кирпича. Так, например, если печь, работая на двух огнях, обжигает в сутки 100000 шт. кирпича, то на каждый из участков следует подавать воду в пределах от 7 до 10,5 л!мин.
Количество водыqy вытекающей в 1 мин из одного отверстия форсунки, определяется из выражения:
q » 0,55jj /Р л!мин,
гдеd — диаметр отверстия в мм;
р — давление в водопроводе в атм. При диаметре отверстия 0,5 мм и давлении в водопроводе 2 атм расход воды через одно отверстие составит:
I = 0,55-0,5» J/T= 0,194 л/МиН.
Предварительно число необходимых отверстий определяется исходя из максимальной нормы подачи воды в 1 мин. Этим учитывается неизбежное, постепенно увеличивающееся по мере работы форсунки засорение части отверстий. Так, например, при определенной выше (для печи, работающей на два огня) максимальной норме подачи воды в J0,5 л/мин на каждый огонь (при i0 5
/>=2 атм)приходится —=54 отверстия в каждой
из форсунок. Окончательно число необходимых отверстий устанавливается при опробовании форсунки под напором воды в водопроводе.
Исходя из количества требующихся отверстий определяют, во сколько рядов надо разместить эти отверстия по окружности цилиндра, принимая расстояние между ними по окружности не менее 5 мм.
Расстояние от поверхности дна форсунки до верхнего ряда отверстий составляет 2/зЦ(D —• замеренная величина зазора между сводом и садкой под центральной топливной трубочкой|.
Изготовленный для подачи воды прибор необходимо опробовать под напором воды в надпечном водопроводе. Производят это путем замера времени, в течение которого форсунка наполняет водой ведро известной емкости. Так, например, если ведро емкостью в 10 л наполнится водой через 2 мин 6 сек, подача воды
составит — =4,75 л/мин. 2,1
В случае, если выявленное таким образом количество воды окажется значительно меньше максимальной нормы, число отверстий следует соответственно увеличить. Если подача воды значительно превысит максимальную норму, часть отверстий необходимо заглушить.
Проверяя таким способом работу форсунки, необходимо проследить, чтобы вода распылялась в плоскости, перпендикулярной к стояку прибора. Если окажется, что вода из некоторых отверстий вытекает наклонно к стояку, то это означает, что при установке форсунки в печь она будет попадать на садку. Следовательно, эти отверстия в форсунке необходимо исправить.
Если первое опробование форсунки повлияло на изменение количества отверстий, то форсунку следует опробовать под напором воды вторично.
Надпечный водопровод перед опробованием форсунки и вообще перед вводом его в эксплуатацию необходимо тщательно промыть водой. С этой целью водопровод должен некоторое время работать с выпускомsoдм наружу последовательно через все отводи. Присоединять к водопроводу резиновый шланг можно только тогда, когда вытекающая из любого отвода вода не будет иметь следов грязи или ржавчины.
Отработка опытным путем режима работы печи при водяном охлаждении
Осуществлять переход на новый режим рекомендуется следующим образом.
Обжигальщику дается указание, не прожигая очередной ширмы, приблизиться к ней огнем настолько, чтобы температура отходящих газов, отбираемых через ближайший к ширме конус, поднялась не менее чем до 120°С. Температуру следует замерять максимальным термометром, опускаемым через садку к отверстию очелка.
После этого вводится в действие система водяного охлаждения с установкой форсунки там, где температура в зоне охлаждения находится в пределах не ниже 300—350° С. Одновременно прожигается ширма, вводится в действие конус следующей камеры, в зоне подготовки закрываются все другие конусы и производится замер температуры газов, отбираемых вновь включенным конусом. Если температура отходящих газов ниже 80° С, зону подготовки при подходе к следующей ширме следует еще более укоротить.
Наблюдая после этого за продвижением огня, устанавливают, сколько конусов следует включать в работу, для того чтобы производительность печи не уменьшилась. С этой целью открывают более близкие к огню конусы только после того, как выяснится, что полное открытие всех до этого включенных конусов не приводит к достаточному усилению тяги. Убедившись, что дефектов от «запарки» на выгружаемом кирпиче не наблюдается, окончательно устанавливают длину зоны подготовки. Длину этим остывания
Необходимо тщательно соблюдать установленную дозировку топлива, запрессовываемого в сырец при формовании, не допуская увеличения его против заданного количества.
Пользоваться для подогрева сырца воздухом, отбираемым через жаровой канал из юны охлаждения (т. е, осуществлять процесс подогрева «на парах*), нецелесообразно в связи с уменьшением количества воздуха, требующегося для охлаждения кирпича, и повышением его влажности.
Правила обращения с форсункой
Расчет времени, в течение которого форсунка выдерживается на одном рядке, производится исходя из количества пройденных огнем рядков за одну смену. Так, например, если обжигальщик предполагает отбросить в течение 6-часовой смены 10 рядков, он должен переносить форсунку через — мин.
Если обжигальщик по каким-либо соображениям временно задерживает отброс одного или нескольких рядков, это не должно вызывать задержки в переносе форсунки и удлинять время ее нахождения на том или ином рядке.
При временной приостановке огня (отсутствие сырца, прекращение выгрузки и т. п.) следует предупредить об этом обжигальщиков, прекратить подачу воды в форсунку и извлечь ее из топливной трубочки. При прекращении подачи электроэнергии и остановке дымососа обжигальщик должен возможно скорее удалить форсунку из печи.
В надпечном помещении необходимо иметь часы для контроля за временем выдержки форсунки на том или ином рядке.
При каждом переносе форсунки обжигальщик должен проверить, из всех ли отверстий форсунки вытекают водяные струи, и прочистить засорившиеся. Не реже одного раза в сутки форсунку отвинчивают от стояка, чтобы удалить накопившиеся в ней осадки. Периодически следует проверять производительность форсунки описанным выше способом. На каждом печном огне необходимо иметь две форсунки — рабочую и запасную.
При садке кирпича в печь следует следить за тем, чтобы форсунка всегда получала надежную опору на одном из верхних кирпичей садки под топливной трубочкой. В этом должен убедиться и обжигальщик, просматривая садку, пока она светится. Упавшие кирличи
4—407
необходимо поправить штырем, а оставшуюся зол удалить.
На печах с нечетным количеством топливных трубо] чек в поперечном сечении обжигательного канала фор J сунку следует устанавливать в среднюю трубочку. На печах с четырьмя и двумя топливными трубочками в рядке форсунка попеременно переносится (по диагонали) в одну из ближних к середине печного канала трубочек.
Места установки бумажных ширм, где устраиваются! стыковые щели, можно при переносе прибора из трубоч-1 ки в трубочку пропускать, учитывая, что при этом срок! выдержки форсунки на обоих .соседних рядках в яолто-1 раза увеличивается. При применении водяного I охлаждения, особенно при прохождении первого круга, I могут иметь место случаи запарки кирпича из-за недо- I смотра или недостаточной опытности обжигальщика, а I также и в том случае, если при изготовлении прибора I неправильно установлены его размеры.
Подобные случаи могут повлечь временную приостановку выгрузки или необходимость некоторое время I продолжать ее при ухудшившихся условиях выгрузки. I Такие случаи не должны являться причиной отказа от I применения водяного охлаждения. Их следует проанализировать вместе с рабочими и принять меры к пред- I отвращению таких случаев.
III. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛА, ВЫДЕЛЯЕМОГО ФУТЕРОВКОЙ ВНУТРЬ ОБЖИГАТЕЛЬНОГО КАНАЛА
I. УСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИЛЬНОГО ПОЗОННОГО
РЕЖИМА
Из теории теплообмена [8] известно, что общее количество теплаQ, аккумулируемого или выделяемого стеной, описывается уравнением где 1—коэффициент теплопроводности футеровки; с — удельная теплоемкость футеровки; Y—объемный вес футеровки;
т—длительность периода прогрева (или охлаждения) стены (либо свода); ta — температура поверхности стены (свода). Для упрощения последующих выкладок комплекс величин 1—-У обозначим через В. Тогда получаем
у П
известную формулу Вильмера (9):
Q— BtnУ%.
Очевидно, общее количество аккумулированного сводом тепла Q| в период нагрева футеровки (зоны подготовки и обжига) будет равно
Q. = BtnVTHr (12)
где tH—длительность нагрева в этих зонах.
Это количество тепла будет выделяться футеровкой в период ее охлаждения в зоне остывания. Если длительность периода остывания составляет т0 часов, то среднечасовое количество тепла, выделенного в зоне остыванияqB, будет равно
Bt„ V тя . „
Ц — —Ц — ккал/м2 ч.
to
Длительность периодов нагрева и остывания футеровки выражается формулами;
(13)
ш
= —, (14)
гдеLH—суммарная длина зон подготовки и обжига (зон, в которых футеровка нагревается); L— L 4-L•
J-n I ■-в,
£п —длина зоны подготовки в м LB — длина зоны обжига в м; L0 — длина зоны остывания в ж; ш — скорость огня в м/ч.
После подстановки формулы (13) в формулу (12)
получаем
(15)
_BtnyT^Z
Выражение (16) показывает, что интенсивность процесса выделения тепла футеровкой внутрь обжигательного канала в зоне остывания возрастает с увеличением длины зон подготовки и обжига и уменьшается с возрастанием длины зоны остывания. Отсюда вытекает, что для уменьшения внутренней теплоотдачи свода Необходимо работать с короткими зонами подготовки и обжига и с удлиненной зоной остывания. Формула (16) показывает также, что увеличение скорости огня в кольцевых печах вызывает необходимость удлинить зону остывания для увеличения длительности охлаждения - обожженного кирпича и футеровки обжигательного канала.
При распределении зон в обжигательном канале печи следует исходить из следующих соображений.
Разрыв между фронтом садки и выгрузки не должен превышать 2,5—3 камер (12—15 рядков). При таком разрыве для садки и выгрузки остается всегда не менее двух открытых ходков, что вполне обеспечивает нормальную работу.
Как показал опыт применения метода П. А. Дуванова, длина зоны обжига в 9—11 рядков является наиболее оптимальной, обеспечивающей хорошее качество обжига при высоких скоростях огня.
Длина зоны подготовки кирпича определяется главным образом остаточной влажностью сырца после сушки—чем больше влажность сырца, тем при прочих равных условиях должна быть длиннее зона подготовки.
Следует, однако, иметь в виду, что чрезмерное удлинение зоны подготовки может привести к переохлаждению влажных дымовых газов в начале этой зоны (на границе с бумажной ширмой) и, следовательно, к запарке кирпича.
(16)
При остаточной влажности 8—10% длина зоны подготовки должна составлять 15—18 рядков. Садка впечь
кирпича-сырца с более высокой остаточной влажностью при одновременном сохранении высоких скоростей огня требует удлинения зоны подготовки, которое может быть произведено только за счет сокращения зоны остывания, т. е. за счет повышения температуры в зоне выгрузки, что совершенно исключено.
Ускорение досушки сырца в зоне подготовки может быть достигнуто также- путем применения комплекса мероприятий, направленных на улучшение вентнляци-: онной системы печи, увеличение диаметра или количества дымовых конусов, соединение жарового и дымового каналов и т. д.
Садка в кольцевую печь кирпича-сырца с повышенной остаточной влажностью может быть оправдана только при естественной сушке с целью увеличения оборачиваемости сушильных сараев, но и в этом случае удлинение зоны подготовки за счет зоны остывания, т. е. за счет ухудшения условий труда в обжигательном канале, не должно допускаться и производительность печи должна устанавливаться главным образом исходя из указанных соображений.
При поступлении в кольцевую печь кирпича из искусственной сушилки остаточная влажность сырца должна быть минимальной, но обеспечивающей достаточную механическую прочность кирпича, точнее, отсутствие хрупкости при его транспортировании и садке в кольцевой печи. Пересушенный сырец резко повышает свою хрупкость.
При поступлении в кольцевую печь кирпича с низкой остаточной влажностью можно без ущерба для качества изделий сократить до минимума зону подготовки, что в свою очередь позволяет максимально удлинить зону остывания.
Таким образом, зоны в обжигательном канале печи при работе на одном огне должны быть распределены следующим образом:
зона подготовки сырца зона обжига зона закала
зона интенсивного остывания • зона загрузки и выгрузки . . .
15—18 рядков 9—11 6—9
не менее 15 рядков 12—18
Итого. • 57 — 71 рядков Если в обжигательном канале более 71 рядка, то при работе печи на одном огне следует в первую очередь увеличить зону интенсивного остывания. Это не вызовет увеличения ее аэродинамического сопротивления, если одновременно открыть в указанной зоне ходки и топливные трубочки, а также поднять дымовые конусы. Осуществление этих мероприятий в большой мере способствует интенсификации охлаждения кирпича и футеровки печи вследствие резкого уменьшения аэродинамического сопротивления зоны остывания и увеличения в связи с этим объемов холодного воздуха, циркулирующего через эту зону,
2. ФУТЕРОВКА ГЛАВНОГО СВОДА ПЕЧИ ЛЕГКОВЕСНЫМИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Среди многих факторов, определяющих эффективность использования кольцевых печей, важное значение имеет также тепловая работа кладки, точнее, футеровки печи. Несмотря на то что вся печь в целом работает как непрерывно действующий агрегат, ее футеровка работает по периодическим регенеративным циклам (нагрев—остывание). В период нагрева изделии футеровка поглощает значительное количество тепла, замедляя темп обжига изделий (при определенной тепловой мощности зоны обжига), а в периоды охлаждения кирпича излучает внутрь обжигательного канала значительное количество тепла, замедляя темп охлаждения изделии и обусловливая возникновение повышенных температур в зонах садки и выгрузки, В значительной мере возникновение повышенных температур в обслуживаемых частях обжигательного канала может быть преодолимо путем рационального подбора его футеровки.
Если рассмотренные выше мероприятия направлены на то, чтобы интенсифицировать отбор тепла, выделяемого футеровкой, то целью данного мероприятия является уменьшение количества тепла, выделяемого футеровкой, и тем самым ослабление действия первопричины, обусловливающей возникновение повышенных температур у фронта выгрузки. При этом уменьшается и нагрузка на те мероприятия, которые призваны интенсифицировать отбор тепла от футеровки. Как известно из теории теплообмена, величина лучистого теплового потока определяется выражением
где С—приведенный коэффициент излучения взаимно излучающих тел (или сред);
Тп— абсолютная температура поверхности излучающего тела в °К;
Тс— абсолютная температура среды в
Воздух является лучепрозрачной средой, не поглощающей и не излучающей тепловых лучей. Поэтому вычитаемым членом скобки выражения (17) можно пренебречь и считать, что в зонах охлаждения кольцевой печи внутренняя теплоотдача футеровки за счет лучистого теплового потока пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры ее поверхности.
В общем балансе теплообмена участвует как лучистый, так и конвективный теплообмен. Их соотношение нестабильно и изменяется с изменением температуры излучающей поверхности, А. И. Вейник [10] приводит таблицу коэффициентов конвективной и радиационной теплоотдачи в условиях ламинарного потока при различной температуре поверхности охлаждающейся стенки. Построенная нами по этим данным диаграмма приведена на рис, 26.
Она свидетельствует, что уже при температуре 150°С лучистая теплоотдача превышает 50% общего количества переданного тепла, а при температурах, близких к 1000° С, почти весь теплообмен происходит за счет лучистой теплоотдачи. Отсюда следует, что существенное уменьшение внутренней теплоотдачи охлаждающейся футеровки в обслуживаемых зонах канала может быть достигнуто за счет снижения температуры поверхности футеровки к тому моменту, когда на данном участке канала начинается выгрузка кирпича. Иначе говоря, стабилизация относительно высокой температуры поверхности футеровки в зоне выгрузки будет способствовать возникновению повышенных температур в этой зоне и, наоборот, быстрый спад температуры поверхности футеровки может обусловить существенное снижение температуры у фронта выгрузки.
Способность ограждающей конструкции сохранять температуру своей внутренней поверхности называется тепловой устойчивостью ограждающей конструкции [11]. Количественная величина этого свойства измеряется коэффициентом теплоусвоения, имеющим размерность
W9 200 300 W500 600 700 800 $00 ЮОО Температура поверхности в*С
Рис. 26. Зависимость, теплопередачи от температуры поверхности охлаждаемой стенки
ж
(18)
I — коэффициент теплоотдачи конвекцией; 2 — то же, теплоизлучением; £ —суммарный коэффициент теплоотдачи; 4 — доля лучистой теплоотдачи о % к общей величине теплообмена; Л — тепло, переданное конвекцией; Б —тепло, переданное излучением
коэффициента теплоотдачи и подсчитываемым по фор муле
5 — КV^cy ккал/м2чград,
где К — коэффициент, зависящий от цикличности процесса в г0»5;
X— коэффициент теплопроводности материала
в ккал/м •ч*град; с—удельная теплоемкость в ккал/кг- град: Y—объемный вес в кг[мг.
Величина у Асу = в ккал/м2 • град • при нестационарном тепловом режиме является очень важной теплотехнической характеристикой ограждения и в, строительной теплофизике получила название коэффициента тепловой аккумуляции [8].
Очевидно, что, используя для футеровки материалы с низким коэффициентом тепловой аккумуляции, можно добиться быстрого «сброса» температуры поверхности футеровки при ее охлаждении и уменьшить тем самым внутреннюю ее теплоотдачу, а это позволяет существенно снизить температуру в обслуживаемых зонах обжигательного канала печи.
В период разогрева футеровки низкий коэффициент тепловой аккумуляции обеспечит быстрый подъем температуры ее поверхности при относительно низком расходе тепла на разогрев футеровки. На этом принципе основано применение огнеупорных легковесных материалов для открытой горячей изоляции печей в машиностроительной и керамической промышленности. Этот же принцип целесообразно использовать для снижения температур в обслуживаемых зонах обжигательного канала кольцевых печей.
Однако при выборе низкоаккумулятивных материалов для футеровки кольцевых печей не представляется возможным заимствовать опыт указанных отраслей промышленности. Дело в том, что открытая тепловая изоляция (с горячей стороны) в печах машиностроительной и керамической промышленности выполняется таким образом, что в стенах и своде печи она не несет конструктивной нагрузки. В этих условиях можно применять шамотные легковесные материалы, вырабатываемые огнеупорной промышленностью. Материалы эти, как правило, низкопрочные, нетермостойкие, дорогие и дефицитные.
В кольцевых печах, имеющих относительно большую ширину обжигательного канала (4 м и более), его внутренний, так называемый «тепловой», свод является фактически несущим сводом и для его выполнения требуются в достаточной мере прочные материалы. Иначе говоря.
56
5—407
от материала для футеровки обжигательного канала кольцевой печи требуется, чтобы он сочетал в себе теплоизоляционные и конструктивные свойства, чтобы он был относительно легким н в то же время достаточно огнеупорным, прочным и термостойким. Одним на таких материалов является природный высокопористый камень — артикский туф.
Систематические исследования те артикского туфа проведены a h М. И. Роговым {12].
Рис, 27. Предел прочности при сжатии артикского туфа
изотермических свойств ИИ Стройкерамике
Месторождения артикского туфа расположены и Армянской ССР вблизи станции Артик. Запасы его практически неограничеиы. Ежегодная добыча его близка к 1 млн. л9, Добывают его в виде колотых и пильных камней, Последние имеют относительно ровные поверхности. Объемный вес артикского туфа по отдельным карьерам предприятий «Артиктуф» (Армянская ССР) и отдельным горизонтам залегания колеблется от 700 до 1800 кг/м*. Предел прочности при сжатии зависит от объемного веса (рис. 27) и колеблется от 40 до 280 кг/м3. Коэффициент конструктивного качества артикского туфа примерно в 2 раза выше, нежели у шамотных мате риалов.
Огнеупорность артикского туфа несколько превышает 1200° С. Испытания на деформацию под нагрузкой выявили, что до температур 1100°С материал является практически безусадочным. При дальнейшем нагревании материал начинает давать интенсивную усадку, быстро перерастающую в деформацию образца. Таким образом, предельной температурой его применения следует считать 1050°С, Теплоемкость артикского туфа практически не отличается от теплоемкости шамота и в от температуры изменяется от 0,22 до 0,31kku.iIкг град. Коэффициент теплопроводности артикского туфа меняется в зависимости от температуры нагрева и объемного веса. При усредненных температурах коэффициент теплопроводности возрастает от 0,32 при объемном весе 1070 кг/м* до 0,6 ккал1м*ч<грав при объемном весе 1700 кг/м
Лабораторные испытания и практика футеровки артикскнм туфом кольцевых печей выявили, что приемлемой термостойкостью обладают разности туфа с объемным весом не ниже 1350—1450 къ.
Подсчет коэффициентов тепловой аккумуляции при различных температурах нагрева для артикского туфа и нормального шамотного кирпича дает следующие результаты (табл, 1),
Таблица 1
Температур* награда б *С
Артикский туф
Нормальные шамотный кирпич
?
е
*
*
ц
<п
*
* >
100
1350
0.315
0,39
10,56
1805
0.235
0.7
17,25
Б00
1350
0,271
0,59
14,75
1805
0,272
0,74
19,1
1000
1350
0,308
0,63
16,2
1805
0,316
0,95
23,25
Таким образом коэффициент аккумуляции, который в конечном счете определяет интенсивность изменений температуры поверхности футеровки, у туфа в 1,5 раза (округленно) меньше, чем у шамота, что и предопределяет существенное понижение температур у фронта выгрузки.
Промышленное опробование этого мероприятия впер вые было произведено в печи № 1 Никольского кирпич ного завода (Москва). При капитальном ремонте печи в августе — сентябре 1958 г. одна из камер печи шириной 4,3 м и высотой от пода до замка свода 2,97 м была
Рис. 28. Конструкция свода в опытной камере Никольского кирпич
лого завода
/ — нормальный шамотный кирпич: 2 — обыкновенный глиняный кирпич; // бутовая кладка; 4 — артикский туф; в — глинобетон; Л я о шли я шла мом. алгоритом или керамзитом
отфутерована камнями артикского туфа. В свод укладывались притесанные на клин камни четырех размеров: 250X120X65; 250X120X200; 250X120X300; 250XI20X Х400. Топливные трубки в опытной камере также футеровались камнями артикского туфа с соответствующей их притеской. Укладка камней и свод осуществлялась продольными рядами (а не кольцами), что более технологичным для производств работ.
Конструкция свода была сохранена типовой, как и * остальных камерах, футерованных нормальным шамот кирпичом (рис. 28), Первый (внутренний) о**г толщиной 250 мм выкладывался из камней аришкою туфа, а второй окат толщиной 120 мм и* обыкновенного глиняного кирпича.
Для изучения тепловой работы футеровки н < подопытной камеры было установлено пять термопар. Одна из них замеряла температуру внутри обжигательного канала, а четыре остальные были заделаны в кладку соответственно на расстоянии 5, 60, 120 и 240 мм от внутренней (огневой) поверхности свода.
Аналогичный мостик из пяти термопар был также смонтирован в соседней камере, футерованной нормальным шамотным кирпичом. Скорость огня в период наблюдений составляла 27 м/сутки, а съем кирпича с I л3 —2650 шт. в месяц.
Из всех полученных при этом испытании данных наибольший интерес представляет соотношение температур на огневой поверхности свода в камерах, футерованных шамотом и артикским туфом.
Кривые соответствующих температур приведены на рис. 29, Указанные кривые построены таким образом, что на абсциссе показано не текущее время, а время от начала отсчета для камер, футерованных туфом и шамотом. За начало отсчета во всех случаях принимался момент включения камеры на досушку (шмаух-пропеес), В печи Никольского завода досушка ведется в отдельной зоне.
Досушка
Рис. 29. Температура внутренней поверхности свода в печи
/—температура поверхности шамотной футеровки; 2 — температура поверхности туфовой футеровки
бы быстро «сбрасывает» температуру своей поверхности.
К концу периода обжига температуры поверхности обеих футеровок примерно выравниваются, а затем поверхность туфовой футеровки охлаждается быстрее, чем шамотной. К концу периода остывания кирпича и началу его выгрузки, т. е. тогда, когда выгрузчик кирпича
Фактически начинает попадать под начало теплооблучающего действия футеровки, температура поверхности шамотной футеровки составляет 305° С, а туфовой только 210°С.
К концу периода выгрузки, т. е. когда опытная камера полностью разгружена, температура поверхности шамотной футеровки составляет 210, а туфовой 150°С. Этот перепад сохраняется с очень небольшим изменением и в зоне садки и исчезает лишь через несколько часов после начала следующего теплового цикла, т. е. в зоне досушки.
Расчеты, проведенные на основании этих замеров, выявили, что за период выгрузки кирпича из одной камеры (6 ч.) шамотная футеровка выделяет внутрь обжигательного канала 16 920, а туфовая 8600 ккал/м2 тепла.
Следовательно, шамотная футеровка за период выгрузки кирпича излучает внутрь обжигательного канала примерно в 2 раза больше тепла, нежели туфовая, что и обусловливает более высокую температуру в камерах, футерованных шамотом. Это подтвердилось и субъективной оценкой самих рабочих-выгрузчиков, свидетельствовавших, что в камере, футерованной артикским туфом, работать значительно «прохладней».
Аналогичные результаты были получены при обследовании печей Тучковского и Можайского кирпичных заводов.
Непосредственные замеры температур в зонах работы обслуживающего персонала, произведенные в печах указанных заводов, выявили, что температура в камерах, футерованных туфом, в сопоставимых зонах составляет примерно 60% от температуры в камерах, футерованных нормальным шамотным кирпичом.
Пока что опыт использования артикского туфа для футеровки кольцевых печей имеется лишь на нескольких заводах Москвы и Московской области. Применительно к этому району и приводятся фактические показатели экономики.
Для футеровки кольцевых печей обычно использовались туфовые камни размером 40X29X19 см. Отпускная цена этих камней франко-станция Артик составляет 11 руб. Стоимость 1 jh3 шамотного кирпич* составляет 50 руб. (25 руб. за 1 т). Стоимость 1 м* туфовых камней франко-кирпичный завод Московской области составила 31 р. ,20 к. Даже при такой исключительно большой величине транспортных расходов стоимость туфа для района Московской области все же оказывается почти в 2 раза ниже стоимости нормального шамотного кирпича.
Наиболее характерным экономическим-показателем
является стоимость 1 Щ кладки, определяемая единичной расценкой, по которой кирпичные заводы (заказчики) рассчитываются с Теплостроем (подрядчиком). Эти данные для кирпичных заводов Московской области, применявших артикский туф, таковы: стоимость 1 м3 сводовой шамотной кладки 71 р. 70 к., стоимость 1 м3 сводовой кладки из артикского туфа от 59 р. 60 к. до 60 р. 30 к., разница в пользу туфовой футеровки составляет 11 р. 40 к. — 12 р. 10 к. за 1 м3 сводовой кладки.
Таким образом, даже несмотря на наличие штрафных тарифов за дальность перевозки артикского туфа в связи с Тем, что он в тарифном руководстве рассматривается только как стеновой материал, применение его оказывается экономически выгодным даже для таких сравнительно отдаленных от Армении районов, как Московская область.
Для кирпичных заводов южных районов страны экономические показатели этого мероприятия будут еще более благоприятными, а теплотехнический эффект еще более ощутимым, в связи с повышенными температурами наружного воздуха в этих районах.
При осуществлении этого мероприятия необходимо соблюдать следующие положения: ■ применять для футеровки кольцевых печей артикский туф с объемным весом не ниже 1400—1450 кг/м3 (по соображениям его прочности и термостойкости);
для обрамления топливных трубок использовать более тяжелые разновидности артикского туфа;
конструкцию свода принимать в два оката: первый — из камней артикского туфа толщиной 29—30 см, второй—из обыкновенного строительного кирпича толщиной 12 см.
В соответствии с этим для футеровки наиболее пригодны пильные камни серийной номенклатуры предприятия «Артиктуф» размером 40Х29Х19 см указанного объемного веса. Футеровать артикским туфом надлежит
только свод. Подпятные стены следует выкладывать из нормального шамотного кирпича. Температурных швов I футеровке делать не следует.
Футеровку перед пуском печи необходимо просушить, контролируя при этом температуру ее тыльной поверхности термометром сопротивления. Эта температура перед принятием рядка .на обжиг должна быть не ниже 60° С.
Не исключена возможность использования для футеровки кольцевых печей и других высокопористых материалов, которые по своей прочности, термостойкости и огнеупорности удовлетворяют условиям службы в кольцевых печах и в первую очередь пористых жаростойких бетонов.
IV. ПРОЧИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ВЫГРУЗЧИКОВ КИРПИЧА
1. ЭКРАНИРОВАНИЕ СВОДА
В ряде случаев {13] предпринимались попытки защищать обслуживающий персонал от теплового излучения свода и стен печи путем установки передвижных экранов.
Расчеты показывают, что один тонкостенный экран, например, из жести (имеющий примерно одинаковый коэффициент черноты с излучающей тепло футеровкой) уменьшает тепловой поток в 2 раза. Экран, состоящий из двух таких листов, снижает количество передаваемого тепла уже в 3 раза, а из л листов — в (л+1) раз.
Еще больший эффект достигается при использовании экранов с малым значением коэффициента лучеиспускания. Например, один лист алюминия может снизить теплоотдачу в 20 раз. Наилучший результат мог бы быть получен при применении экранов из алюминиевой фольги (альфоля), так как в этом случае тепловой изоляцией является также воздушная прослойка (14]. Однако экранирование сводов не получило практического распространения. Объясняется это тем, что экраны загромождают рабочее место обслуживающего персонала. Крепление и перемещение экранов трудоемко и снижает темп работы.
в
2. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
Этот прием заключается в создании микроклимата на рабочих местах путем подачи кондиционированного воздуха в ограниченную зону действия выгрузчика. Такие устройства выполняются обычно в виде воздушных душей.
3. ПЕРЕВОД ЗАВОДА НА ВЫПУСК ПУСТОТЕЛОГО КИРПИЧА
При обжиге пустотелых изделий снижается расход топлива и, следовательно, количество аккумулированного сводом тепла. Кроме того, поверхность теплоотдачи изделий при их остывании резко возрастает. В совокупности это обеспечивает форсированное охлаждение изделий и снижение температуры на рабочих местах выгрузчиков.
Чем выше процент пустотности изделия, тем быстрее оно остывает. Степень пустотности определяется в каждом отдельном случае в зависимости от пластичности глины, механической прочности готовых изделий, состава глинообрабатывающего и формовочного оборудования завода и некоторых других факторов.
Это мероприятие нельзя подчинять только задаче снижения температур в обслуживаемых зонах печи. Этот момент является лишь попутным и притом не самым главным в числе тех задач, которые преследуются при переводе завода на выпуск пустотелых изделий.
V. ОЧЕРЕДНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИИ
Рассмотренные мероприятия по силе своего воздействия и по доступности осуществления неравноценны и не во всех случаях для достижения нормальной температуры на рабочих местах выгрузчиков кирпича следует применять весь их комплекс. По доступности своего осуществления рассмотренные в предыдущих разделах мероприятия могут быть сведены в следующие три группы: 1) мероприятия беззатратные, связанные лишь с изменением организации производственного процесса и не связанные с изменением отдельных конструктивных элементов печной установки;
мероприятия, предусматривающие небольшие переделки некоторых конструктивных элементов печной установки;
мероприятия, подлежащие выполнению при капитальном ремонте всей печи, либо отдельных ее частей.
К первой наиболее доступной группе мероприятий относятся:
а) снижение плотности садки;
б) применение садки рационального типа;
в) тщательное выполнение садки.
Осуществление мероприятий, связанных с совершенствованием садки, обычно вызывает увеличение скорости огня и, следовательно, повышение производительности печи. Поэтому указанные мероприятия эффективны лишь в том случае, если печь соответственно возрастающей ее производительности обеспечивается достаточным количеством хорошо высушенного сырца;
г) открытие ходков в зоне остывания;
д) открытие топливных трубок;
е) подъем дымовых конусов в зоне остывания.
Эти мероприятия во избежание уменьшения производительности печи, могут быть осуществлены лишь при наличии достаточно мощного дымососа;
ж) установление правильного позонного режима;
з) ввод топлива в шихту.
Топливо в шихту обычно вводится по соображениям технологии и тепловой экономичности процесса обжига. Это мероприятие следует практиковать и в том случае, если печь газифицирована;
и) перевод завода на выпуск пустотелого кирпича.
Это мероприятие, наряду с двумя предыдущими,
нельзя рассматривать как специально предназначенное для снижения температуры на фронте выгрузки.
Если для решения поставленной задачи этих мероприятий окажется недостаточно либо по каким-то местным причинам они невыполнимы, следует обратиться к мероприятиям второй группы, к которым относятся:
а) увеличение числа оборотов действующих дымососов; как уже указывалось, этому должно предшествовать тщательное обследование технического состояния дымососов;
б) установка передвижного вентилятора в ходке зоны остывания;
в) водяное охлаждение;
г) замена существующего дымососа более мощным. К мероприятиям третьей группы могут
быть отнесены:
а) блокировка дымового и жарового каналов;
б) увеличение диаметра дымовых конусов;
в) увеличение сечения дымовых очелков;
г) установка дополнительного дымососа;
д) увеличение количества дымовых конусов;
е) увеличение сечения дымового канала;
ж) улучшение аэродинамических характеристик газовоздушного тракта;
з) футеровка главного свода артикским туфом.
В каждом отдельном случае, соответственно конкретным условиям и местным возможностям, необходимо отобрать для осуществления наиболее доступные и эффективные из числа рассмотренных мероприятий.
ЛИТЕРАТУРА
Гвоздарев И. П. Перспективы развития производства стеновых керамических материалов. Сборник «Пути дальнейшего совершенствования технологии производства керамических стеновых и кровельных материалов». Профиздат, 1960.
Н о х р а т я н К. А. Аэродинамические сопротивления в кольцевых и туннельных печах. Промстройиздат, 1957.
Краткое руководство по скоростному обжигу кирпича в кольцевых печах методом П. А. Дуванова. ПКБ НИИСстройкерами- ка, Промстройиздат, 4959.
Черняк Я. Н. и Поспехина Е. А. Использование дымовых газов кольцевых печей для сушки кирпича-сырца в искусственных сушилах. Промстройиздат, 1950.
Р ы с и н С. А. Справочник «Вентиляционные установки машиностроительных заводов». Машгиз, 1961.
Р ы с и н С. А. Справочник по вентиляции. Госстройиздат,
Временная инструкция по охлаждению водой зоны остывания кирпича в кольцевых печах. Промстройиздат, 1953.
Г р е б е р Г. И., Э р к С. Основы учения о теплообмене. ОНТИ, 1936.
«Керамика и стекло», 1926, № 6—7.
Вейних А. И. Тепловые основы теории литья. Машгиз. 1953.
Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. ОНТИ, 1937.
Роговой М. И. «Строительные материалы», 1962, $8» 12.
Спирина А. М. Сводовый защитный экран. «Огнеупоры»,
№ 4.
Михеев М. А. Основы теплопередачи. Госэнергокздат.
[1] Коэффициенты полезного действия дымососа приводятся so многих справочниках вентиляторов и вентиляционных устмюмж. Наиболее полный из них — справочник С. А. Рысина [5].
Спецстрой-М