Перейти к полному тексту статьи

А. А. Юркевич
Кандидат технических наук, доцент, Ижевский государственный
технический университет имени М.Т.Калашникова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ
ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ ОАО «АЛЬТАИР»
Аннотация
Автором приводятся результаты эксперимента по определению
потерь теплоты через тепловую изоляцию туннельной печи по производству
керамических изделий ОАО «Альтаир». В качестве инструмента для
экспериментального
поверхностей
мероприятия
измерения
температурных
полей
наружных
туннельной печи использовался тепловизор. Приведены
по
энергосбережению
энергетических
ресурсов
при
производстве керамических изделий.
Ключевые
слова:
энергосбережение,
тепловая
изоляция,
температурные поля, промышленность.
A.A.Yurkevich
PhD of Technical Sciences, assosiate professor, Izhevsk State Technical University
named MT Kalashnikov
EXPERIMENTAL STUDY OF HEAT LOSS
TUNNEL KILN FOR PRODUCTION OF CERAMIC PRODUCTS BY JSC
"ALTAIR"
Abstract
The author presents the results of an experiment to determine the heat loss
through the thermal insulation of the tunnel kiln for ceramics production of
"Altair". As a tool for the experimental measurement of temperature fields of the
external surfaces of the tunnel kiln used by the imager. Given energy conservation
measures energy resources in the production of ceramic products.
Keywords: energy saving, thermal insulation, thermal field and industry.
Введение. Стоимость природного газа идущего на обжиг кирпича в
производстве строительных материалов составляет существенную часть от
себестоимости
продукции.
Поэтому
актуальной
является
задача
по
снижению расхода газа для снижения себестоимости продукции [1-3].
Мероприятия по энергосбережению на работающих
печах по обжигу
кирпича осуществляются в трех направлениях:
-
модернизация печей для перевода их на научно-обоснованные
рациональные режимы обжига за счет автоматизации процессов обжига и
применения современных газогорелочных устройств с автоматическим
регулированием соотношения «газ-воздух»;
-
рациональное использование вторичной теплоты, т.е. теплоты дымовых
газов и горячего воздуха из зоны охлаждения печей
-
улучшение теплоизоляции печей и футеровки печных вагонеток.
Применение тепловизионной (бесконтактной) измерительной системы
позволяет снизить трудоемкость работ по контролю, за состоянием тепловой
изоляции, с увеличением площади измерения, недоступной для контактных
приборов. Испытания тепловой изоляции имеют следующие основные цели:
- определение объемов и локализация мест разрушения тепловой
изоляции перед ремонтом;
- оценка качества тепловой изоляции при приемке после монтажа,
ремонта или реконструкции;
- обследование состояния тепловой изоляции и ее паспортизация;
- обследование суммарных потерь тепла через тепловой изоляции для
подсчета КПД основного оборудования.
Во всех случаях производится проверка соответствия тепловой
изоляции установленным нормам потерь тепла через тепловой изоляции и
температура на ее поверхности. Полученные результаты испытаний тепловой
изоляции позволяют путем сравнения их с нормативными или проектными
показателями дать оценку качества выполнения или состояния тепловой
изоляции, выявить дефектные участки тепловой изоляции. Наметить пути
устранения дефектов.
Исследование температурных полей
туннельной печи по обжигу
кирпича ОАО «Альтаир» осуществлено тепловизором марки GUIDE
ThermoPro TP8.
Методика
проведения
экспериментального
исследования.
В
качестве инструмента для измерения температурных полей ограждающих
конструкций туннельной печи использовался тепловизор марки GUIDE
ThermoPro TP8, прошедший сертификацию ГОССТАНДАРТА.
Тепловизор ТР8 используется для мониторинга в промышленных
условиях, для проверки целостности конструкций, контроля качества, для
исследований и разработки в широких областях индустрии.
Методика
проведения
экспериментального
исследования
температурных полей туннельной печи заключалась в первоначальной
калибровке тепловизора, настройке его на диапазон измеряемых температур
от -20 до 800 °C, затем измерений температурных полей поверхностей в
каждой зоне туннельной печи.
Результаты обследования туннельной печи. Печь завода «Альтаир»
имеет 48 зон и форт-камеру. Все зоны были обследованы с боков и сверху,
были получены снимки каждой позиции. Конструктивно туннельная печь
представляет собой прямой канал, образованный стенами и плоским
перекрытием из сборных элементов жаростойкого бетона, причем в зоне
позиций 0-5 и 46-48 применены бетонные блоки на цементном растворе
марки 25; в зоне позиций 6-14 и 34-45 – керамзитобетонные блоки; на
позициях 15-33 – блоки из тяжелого жаростойкого бетона и керамзитобетона.
Для
теплоизоляции
стен
в
пределах
позиций
20-38
используются
минераловатные прошивные маты марки 100 с обкладкой с двух сторон
металлическими
сетками.
Наружная
поверхность
стен
облицована
конструктивным шифером. Ограждающей конструкцией канала печи сверху
служит перекрытие из сборных плит жаростойкого бетона, подшиваемых к
балкам перекрытия. Плиты перекрытия выполнены из жаростойкого бетона
двух составов: ребра из тяжелого армированного бетона, вкладыши из
легкого бетона. Швы между плитами заполнены асбестовермикультовым
раствором. Для предохранения несущих конструкций перекрытия от
теплового излучения под ними устроен экран из щитов кровельной стали.
Утеплителем служат теплоизоляционные плиты из ячеистого бетона. Швы
между плитами заполнены минеральной ватой. По утеплителю выложен пол
из бетона марки 100 толщиной 30 мм с противоусадочными швами.
Результаты анализа температурных полей наружных поверхностей зон
печи представлены на графиках. В ходе анализа методом интерполяции
выявлялись средневзвешенные температуры по каждой зоне печи лицевой
стороны и обратной (рис.1), средней (рис.2) и сопоставление полученных
данных с проектным режимом и с результатами аналогичного обследования
2005 г.
Данные температуры поверхности изоляции и окружающего воздуха
пересчитываются на тепловой поток по формуле:
q  1,66 
4
ТТИ  Т в 3



4
 с ТТИ
 Т в4 104 ,
где: ТТИ, Тв - температура соответственно поверхности тепловой
изоляции (ТИ) и окружающего воздуха, К; с' - коэффициент
излучения,
Вт/(м·К); с' = 4,88 Вт/(м·К) - для отштукатуренных, окрашенных и
запыленных поверхностей тепловой изоляции; с' = 2,67 Вт/(м·К) - для
алюминиевого покровного слоя тепловой изоляции.
Результаты анализа тепловых поток наружных поверхностей зон печи
представлены на графиках. В ходе анализа выявлялись тепловые потоки
рассчитанные по формуле, на основании полученных средневзвешенных
температур, по каждой зоне печи лицевой стороны и обратной (рис.3),
средней (рис.4) и сопоставление полученных данных с проектным режимом,
с результатами аналогичного обследования 2005 г. и с нормативными
значениями.
Температура, °С
90
86
85
81
80
75
70
68
65
64
63
63 62
61
61
60
59
58
58
56 56
55 56
55 55
54
54
70
74
72
68 67
66
64 64
61
60
55
55
54 54
53
56
53
51 52
51
51 51
50
50 50
50
49 49 48
48
48
48 48
47
47
47
47
45
45 44 45
45 46
45
44
44
43
43
42
42
42
42
41 40 41 41
40
40 39
37 38 36 36
35
35
33
33
32
32
50
45
40
35
30
50
50
68
71 70
70
68
64
63 63
63 64
62 62 63
62 61
61
59
59
58 57
56
55
54
54
53
50
52
50
50 48
50
45
48 47
47 50
45
45
42
54
42
72
71
69
58
55
56
52
52
55
52
43
43
40
40
37
25
20
15
10
проектная, °С
максимальная нормативная, °С
средневзвешенная по зоне, °С (2005 г.)
средневзвешенная по зоне (Л), °С (2011 г.)
средневзвешенная по зоне (О), °С (2011 г.)
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Зоны печи
Рис.1. Средневзвешенная температура по зоне с лицевой (Л) и обратной (О) стороны.
42
44
46
48
Температура, °С
80
78 78
75
70
70
65
60
59
55
50
45
40 40
40
35
33 32
30
44
41 41
55
53
51 52
49
48 48
46
50 50
43 44
42
35
63
61
64
61
58
57
58
55
59
63
63
62
58
60
62 61 63
59
60
59
56
55
60
57
58
55
55
52
48 49
45
50
50 50
48
47
50 50
50
47 47 47
45
44
40
35
62
68
66 66
48 47
50 50
45
47
48
52
50
45
42
42
37 38 36 36
43
43
40
40
37
33
32
25
20
проектная, °С
максимальная нормативная, °С
средневзвешенная по зоне, °С (2005 г.)
средневзвешенная по зоне, °С (2011 г.)
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Зоны печи
Рис.2. Средневзвешенная температура по зоне.
34
36
38
40
42
44
46
48
q, Вт/м2
900
800
700
при проектной 30C
при макссимальной 45С
при обследовании (2005 г.)
нормативный
при обследовании (Л) (2011 г.)
при обследовании (О) (2011 г.)
600
500
400
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Зоны печи
Рис.3. Плотности тепловых потоков по зоне с лицевой (Л) и обратной (О) стороны.
42
44
46
48
q, Вт/м2
700
600
при проектной 30C
при макссимальной 45С
при обследовании (2011 г.)
нормативный
при обследовании (2005 г.)
500
400
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Зоны печи
28
30
32
Рис.4. Плотности тепловых потоков по зоне.
34
36
38
40
42
44
46
48
Как видно из графиков температура наружных поверхностей печи
выше проектной и выше значений обследования проводившегося в 2005 г, то
есть идет дальнейшее ухудшение по температурному (тепловому) состоянию
ограждающих поверхностей туннельной печи. Особенно в зонах с 4-7, 10-13,
15-48, где идут большие потери теплоты, что влияет на перерасход энергии в
общем тепловом балансе влияющих на эффективность работы туннельной
печи и в конечном итоге отражается на себестоимости выпускаемой
продукции. Наиболее высокие средневзвешенные значения температур
наружных поверхностей приходятся на поверхности находящиеся с обратной
стороны туннельной печи.
В соответствии с нормативными документами, все внешние части
теплопотребляющих энергоустановок и теплопроводы изолируются таким
образом, чтобы температура поверхности тепловой изоляции не превышала
45 °С при температуре окружающего воздуха 25 °С. Данному требованию
отвечают только зоны с 0-3, 8, 9 и 14 туннельной печи.
Сравнивая теплопотери, полученные при исследовании температурных
полей наружных поверхностей ограждающих конструкций печи для обжига с
рекомендованными теплопотерями, получили вместо 6-8% - 12,1% (2005 г.)
и 21,5% (2011 г.), что означает перерасход энергии в пределах 5% (2005 г.) и
13% (2011 г.).
Для
того
чтобы
уменьшить
теплопотери
через
ограждающие
конструкции печи нужно провести следующие работы:
 в случае выкрашивания швов между бетонными блоками следует
провести
ремонт
футеровки
печи
тампонным
способом
асбестовермикультовым бетонам;
 если из снимка видно, что произошло разрушение теплоизоляционного
слоя, то следует произвести ремонт теплоизоляции заплатным методом
материалами из базальтового волокна;
 в зонах, где происходят повышенные тепловые потери на больших
территориях без нарушения футеровки и теплоизоляцинного слоя, следует
предусмотреть дополнительную теплоизоляцию новейшими материалами
из базальтового волокна, толщина которой должна быть не менее 40 мм
при коэффициенте теплопроводности материала 0,036 Вт/(м0С) (при
температуре
200С)
для
обеспечения
допустимой
нормативной
температуры поверхности.
Литература
1. Исакович Г.А., Слуцкин Б.Ю. Экономия топливо - энергетических
ресурсов в строительстве. – М.: Стройиздат, 1988. – 214 с.
2. Канаев В.К. Новая технология строительной керамики. – М.: Стройиздат,
1990. – 264 с.
3. Телегин А.С. Теплотехнические расчеты металлургических печей.- М.:
Высшая школа, 1989 – 188 с.