Результат интеллектуальной деятельности: ТУННЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ-СУШИЛКА

Изобретение относится к туннельной печи-сушилке и может быть использовано при производстве строительных материалов, а именно при сушке и обжиге керамических стеновых изделий.

Известна туннельная печь-сушилка (патент РФ №2187771 C2, кл. F27B 9/00, опубл. 20.08. 2002), включающая рабочий канал, разделенный условно на зоны сушки, подготовки, обжига и охлаждения, вентиляторы отбора дымовых газов, теплоносителя из зоны охлаждения, теплоносителя из начала зоны сушки и вентилятор подачи атмосферного воздуха в конец зоны охлаждения, перед которым установлен вентилятор отбора подогретого воздуха из зоны охлаждения, вентиляционную систему зоны сушки в виде набора унифицированных блоков из нагнетающего вентилятора, трубопровода подсоса атмосферного воздуха и трубопровода подачи воздуха из зоны охлаждения, причем блоки размещены по длине зоны сушки последовательно, и отопительную систему.

Однако эта туннельная печь-сушилка не обеспечивает принудительного газообмена между основными газовыми потоками в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке.

Технический результат изобретения - интенсификация газообмена между основными газовыми потоками в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке, за счет установления в трубопроводе перед вентилятором отбора дымовых газов поворотной заслонки, которая вращается от электрического двигателя через понижающий редуктор с частотой 3-7 оборотов в минуту и периодически изменяет разрежение в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки с частотой 6-14 колебаний в минуту с амплитудой 10-20 Па, что обеспечивает периодическое изменение порового разрежения в каждой точке керамических стеновых изделий, находящихся в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки.

Поставленная задача решается тем, что в туннельной печи-сушилке, включающей рабочий канал, разделенный условно на зоны сушки, подготовки, обжига и охлаждения, вентиляторы отбора дымовых газов, теплоносителя из зоны охлаждения, теплоносителя из начала зоны сушки и вентилятор подачи атмосферного воздуха в конец зоны охлаждения, перед которым установлен вентилятор отбора подогретого воздуха из зоны охлаждения, вентиляционную систему зоны сушки в виде набора унифицированных блоков из нагнетающего вентилятора, трубопровода подсоса атмосферного воздуха и трубопровода подачи воздуха из зоны охлаждения, причем блоки размещены по длине зоны сушки последовательно, и отопительную систему, в трубопроводе перед вентилятором отбора дымовых газов установлена поворотная заслонка, которая вращается от электрического двигателя через понижающий редуктор с частотой 3-7 оборотов в минуту и периодически изменяет разрежение в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки с частотой 6-14 колебаний в минуту с амплитудой 10-20 Па, что обеспечивает периодическое изменение порового разрежения в каждой точке керамических стеновых изделий, находящихся в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки.

Изменение порового разрежения в каждой точке керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке, обеспечивает принудительную интенсификацию газообмена между основными потоками газов в туннельной печи-сушилке и газами внутри пор обжигаемых керамических стеновых изделий.

На фигуре 1 схематично изображена туннельная печь-сушилка для обжига керамических стеновых изделий.

На фигуре 2 изображена схема поры объемом V_k в керамическом изделии, соединенной через пневматическое сопротивление канала с основным газовым потоком в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки.

На фигуре 3 приведен график изменения расхода газов через пневматическое сопротивление канала в газовую пору керамического изделия, расположенного в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, в зависимости от частоты переменного разрежения газов в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки.

Туннельная печь-сушилка содержит рабочий канал 1, условно разделенный на зоны сушки, подготовки, обжига и охлаждения, вентилятор отбора теплоносителя 2, установленный в конце зоны охлаждения, вентилятор 3 подачи атмосферного воздуха в зону охлаждения, отопительную систему 4, вентилятор отбора дымовых газов 5, размещенный перед зоной сушки, вентилятор отбора горячего воздуха из зоны охлаждения 6, вентиляционную систему 7, включающую определенное количество блоков, последовательно распределенных по зоне сушки, блоки вентиляционной системы состоят из нагнетающего вентилятора 8, к которому в определенном месте подведен трубопровод 9 для подачи воздуха из зоны охлаждения и трубопровод 10 для подсоса атмосферного воздуха, вентилятор 11 для отсоса теплоносителя, установленный в начале зоны сушки, поворотная заслонка 12, которая вращается через понижающий редуктор 13 от электрического двигателя 14.

Туннельная печь-сушилка работает следующим образом. В рабочий канал 1 туннельной печи-сушилки на некотором расстоянии от конца зоны охлаждения подают атмосферный воздух вентилятором 3. Вентилятором 2, установленным в конце зоны охлаждения, отбирают теплоноситель и направляют к вентилятору 3 подачи атмосферного воздуха. За счет создаваемого перепада давлений воздух движется в противотоке с изделиями в сторону зоны обжига и в прямотоке к выгрузочному концу, и таким образом создают давление в конце зоны охлаждения, равное давлению в цехе. Это позволяет создать в зоне охлаждения оптимальный аэродинамический режим и отказаться от металлических дверей на выгрузочном конце печи. Системой отопления 4 в зону обжига подают топливо, при сгорании которого нагреваются изделия до оптимальной температуры. Дымовые газы отбирают вентилятором 5, установленным перед зоной сушки, и выбрасывают в атмосферу.

В трубопроводе перед вентилятором 5 отбора дымовых газов установлена поворотная заслонка 12, которая вращается от электрического двигателя 14 через понижающий редуктор 13 частотой 3-7 оборотов в минуту и периодически изменяет разрежение в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки с частотой 6-14 колебаний в минуту с амплитудой 10-20 Па, что обеспечивает периодическое изменение порового разрежения в каждой точке керамических стеновых изделий, находящихся в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки. В конце зоны сушки расположен первый блок вентиляционной системы 7. Вентилятором 8 отбирают теплоноситель, движущийся в прямотоке с изделиями, смешивают с атмосферным воздухом, поступающим через трубопровод 10, и с горячим воздухом, который по трубопроводу 9 отбирают вентилятором 6 из зоны охлаждения и нагнетают в зону сушки против хода изделий. Использование предложенной вентиляционной системы позволяет в зоне сушки создать циркуляцию теплоносителя в противотоке и прямотоке с движением изделий. Теплоноситель, движущийся от первого блока 7 в противотоке, поступает ко второму блоку 7, где вентилятором 8 отбирают теплоноситель из зоны сушки, смешивают через трубопровод 10 с атмосферным воздухом и трубопровод 9 с горячим воздухом из зоны охлаждения и нагнетают в рабочий канал также против хода изделий. Число блоков 7 вентиляционной системы по длине зоны сушки и их габариты определяются сушильными свойствами используемых глин и производительностью печи. После последнего блока вентиляционной системы теплоноситель отбирают вентилятором 13 и выбрасывают в атмосферу. В результате этого в рабочем канале 1 начала зоны сушки создают давление, равное давлению в цехе.

Вентиляционная система в виде набора унифицированных блоков из нагнетающего вентилятора, трубопроводов и коробов, а также установка перед вентилятором подачи атмосферного воздуха вентилятора отбора подогретого воздуха из зоны охлаждения позволят создать в зоне сушки рациональные влажностной и прямоточно-противоточный аэродинамический режимы и тем самым получить изделия высокого качества из глин любого месторождения. Использование вентиляторов 2, 3 и 11 обеспечивает давления в начале зоны сушки и в конце зоны охлаждения, равные давлению в цехе. В этом случае отпадает необходимость герметизации этих участков, поскольку атмосферный воздух не смешивается с потоком теплоносителя и тем самым позволяет исключить необходимость установки металлических дверей.

О влиянии внешних факторов (например, землетрясений) на поровое давление в различных подпочвенных отложениях, через которые проходят скважины (и на уровень воды в скважинах), отмечается в статье: Болдина С.В., Копылова Г.Н. «Гидрогеодинамические эффекты землетрясений в системе скважина-резервуар (на примере скважины ЮЗ-5, Камчатка)». Материалы ежегодной конференции КС и ГИК, П.-Камчатский, 2006 г. стр. 122-130.

О влиянии периодических колебаний давления на протекание технологических процессов отмечается, например, в статье: Бардин Г.Г., Богородская М.А., Хорошилов А.В. «Влияние периодических колебаний давления на эффективность процесса ректификации». Труды научных сессий МИФИ. Научная сессия МИФИ-2005. 4.24. Научно-техническая конференция. Научно-инновационное сотрудничество. Перспективные технологии и специальные материалы на основе достижений атомной промышленности и науки, стр. 16-17.

Рассмотрим пору объемом V_k в керамическом изделии, соединенную с основным газовым потоком в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки в виде схемы, приведенной на фигуре 2. Эта схема состоит из пневматического сопротивления канала 2, через который протекают газы из зоны обжига и подготовки туннельной печи-сушилки 3 в выделенную газовую пору 1.

Принимаем, что разрежение газа P₁(t), Па, в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки изменяются согласно выражению

где P₀ - статическая составляющая разрежения газов в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, Па; P_x(t)·sinωt - переменная составляющая разрежения газов в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, Па; P_x(t), ω - амплитуда и частота переменной составляющей разрежения газов в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, Па, с^-1; t - время, с.

Теоретически установлено, что разрежение газов в выделенной в керамическом изделии поре 1 P_K(t) (фигура 2) определяется выражением

где P_x(t) - амплитуда колебательного разрежения в точке A (фигура 2), T₁=V_k/(α₁·RT) - постоянная времени для поры 1, заполненной газом, с пневматическим сопротивлением канала 2, который имеет проводимость α₁=V_k/(T₁·RT), R - газовая постоянная газов, м² с^-2K^-1; T - абсолютная температура газов, K.

Расход газов в выделенную в керамическом изделии пору 1 G₁(t) (фигура 2) определяется выражением

На фигуре 3 приведен график изменения расхода газов через пневматическое сопротивление канала в газовую пору керамического изделия, расположенного в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, в зависимости от частоты переменного разрежения газов в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки.

Как видно из графика на фигуре 3, максимальное значение расхода газов G₁(t) отмечается при частоте изменения переменного разрежения газов ω = 1,1 с^-1. Известно, что ω=2πf, где f - частота колебаний, Гц, f=1/T, где T - период колебания, с. Из этих выражений определяем f=ω/2π=1,1/6,28=0,175 Гц и T=1/f=1/0,175=5,71 с.

Период колебания T=5,71 с соответствует 60 с/5,71 с = 10,5 колебаний в минуту или 5,25 оборотов в минуту поворотной заслонки 12 на фигуре 1.

Формулы (2) и (3) и кривая на фигуре 3 показывают, что только при наличии периодических колебаний (при ω>0) разрежения в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки обеспечивается принудительный газообмен - расход газов G₁(t) [фигура 2 и формула (3)] между основными газовыми потоками в туннельной печи-сушилке и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке.

Принудительный газообмен - расход газов G₁(t) между основными газовыми потоками в туннельной печи-сушилке и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке, обеспечивает равномерный по всему керамическому изделию прогрев и обжиг и уменьшает количество бракованных изделий из-за уменьшения в них количества трещин.

Если отсутствуют периодические колебания (при ω=0) разрежения в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки, тогда отсутствует принудительный газообмен - расход газов G₁(t)=0 между основными газовыми потоками в туннельной печи-сушилке и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая туннельная печь обжига позволяет интенсифицировать газообмен между основными газовыми потоками в зонах обжига и подготовки туннельной печи-сушилки и газами в порах керамических стеновых изделий, находящихся в туннельной печи-сушилке.