Наращивание темпов строительства и конкуренция между производителями строительных материалов в России вызывают необходимость увеличения количества и улучшения качества строительного керамического кирпича. Эта задача может быть решена путем усовершенствования систем управления технологическими процессами, в частности обжига, который находится в конце производственного цикла. Именно во время этой операции формируются свойства продукции, которые определяют понятие «качество». Процесс обжига проводят преимущественно в туннельных печах, оснащенных, в большинстве, газогорелочными устройствами, не отвечающими современным требованиям по интенсификации теплообмена в печном канале. Это приводит к значительному снижению качества обжига или к потере производительности и, как следствие, к повышению удельного расхода топлива на обжиг.

Наиболее типичными недостатками отечественных туннельных печей являются:

  • большой перепад температур по вертикали обжигательного канала в зоне подготовки (300°C и более), что обусловлено неудовлетворительной системой рециркуляции;
  • неудовлетворительная конструкция горелочных устройств, их плохая регулируемость и отсутствие возможности определения их тепловой мощности;
  • низкий уровень автоматизации систем безопасности и печи в целом.

Все эти недостатки приводят к снижению качества продукции и производительности (особенно перепад температур по вертикали обжигательного канала) печи. Поэтому замена старых газогорелочных устройств на современные с реконструкцией системы управления нагрева, учитывающей все стадии физико-химических превращений в процессах нагрева керамики, является актуальной задачей.

В настоящее время наиболее эффективными средствами по устранению вышеупомянутых проблем является оснащение туннельных печей скоростными горелками в зоне подготовки и сводовыми горелками в зоне обжига, а также внедрение современных систем управления и контроля, позволяющих использовать импульсный режим работы горелок.

  • Туннельная печь
    Рис. 1 Туннельная печь
  • Туннельная печь
    Рис. Туннельная печь
Импульсный режим работы

Одна из главных функций любой системы управления процессом нагрева – это регулирование подвода тепла в соответствии с технологическими потребностями. При использовании импульсного режима управления горелки работают в режиме большого пламени в течение контролируемого промежутка времени и затем циклически переключаются в режим малого пламени или полностью выключаются. Промежуток времени, когда горелка работает в режиме большого пламени, затем в режиме малого или отключена, управляется процессорным контроллером. Каждая горелка регулируется независимо от других горелок, что увеличивает гибкость и точность управления. 


В традиционных системах управления сжиганием, горелки работают в диапазоне между большим и малым пламенем. Как правило в таких системах некоторое количество горелок, жестко привязанных друг к другу, разжигаются и контролируются совместно.

Хотя импульсный режим работы является относительно новым в России, он широко используется в Европе уже более двадцати лет. Фирма Kromschroeder была пионером в области импульсного сжигания и продвигала идею горелок для индивидуального импульсного режима работы в промышленности. Концепция и необходимые технические средства тщательно разработаны, проверены и испытаны в различных отраслях промышленности. Идея разработана в одном из университетов, а фирма Kromschroeder занималась проектированием средств управления и специальных клапанов, которые являются основой успешного импульсного режима работы.

На рис. 2 приведена схема пропорциональной системы управления. В данной схеме имеется одна регулирующая воздушная заслонка с приводом и по одному регулятору соотношения воздух/газ на каждой горелке. В момент, когда процесс требует большего количества тепла, температурный контроллер дает сигнал на открытие воздушной заслонки. Увеличивающееся в результате этого давление воздуха через импульсную линию, расположенную за воздушной заслонкой, воздействует на мембрану регулятора соотношения воздух/газ. Давление воздуха поднимает диафрагму, открывая седло клапана, чтобы увеличить расход газа на горелки. Поскольку давление газа растет, оно действует на диафрагму регулятора, создавая равновесие давления между воздухом и газом. Давление газа на выходе приблизительно равно импульсному давлению воздуха. В такой системе контроллер управляет одновременно всеми горелками, объединенными одной воздушной заслонкой, то есть расход газа и время работы всех горелок одинаковы, независимо от их расположения в печи.

  • Пример системы плавного регулирования
    Рис. 2 Пример системы плавного регулирования
  • Пример системы импульсного регулирования
    Рис. 3 Пример системы импульсного регулирования
  • Сводовая горелка
    Рис. 4 Сводовая горелка

Главным отличием системы импульсного регулирования (рис. 3) от представленной выше системы является наличие электромагнитного клапана (заслонки) на линии подачи воздуха каждой отдельной горелки. Таким образом появляется возможность независимого управления временем включения и мощностью любой горелки в системе.


Сводовые горелки

Основным видом брака при обжиге кирпича является недожог нижних рядов садки, что обусловлено конструктивными особенностями эксплуатируемых туннельных печей. Группы высокоскоростных сводовых горелок обеспечивают постепенный нагрев изделий и стабильную температуру обжига по ширине и высоте туннеля печи, что крайне важно для получения стабильного размера готовых изделий (рис. 4).

Применение специальных горелок с отверстиями для продувки воздухом фирмы Kromschroeder служит равномерному распределению температуры в окислительной или восстановительной печной атмосфере (рис. 5).

Скоростные сводовые горелки играют немаловажную роль в процессе создания однородного температурного поля за счет кинетической энергии струи продуктов сгорания обеспечивая выравнивание температуры по высоте садки.


Концепции импульсного управления работой горелок керамических обжиговых печей

В туннельных обжиговых печах одновременно протекает ряд сложных процессов: горение топлива, движение продуктов горения в рабочем пространстве печи, теплообменные и массообменные процессы, связанные с экзотермическими и эндотермическими эффектами в обжигаемых изделиях. Формирование черепка изделий при обжиге достигается оптимальным выбором температуры и времени нагрева полуфабриката, а также химическим составом печной атмосферы (газовым режимом) и временем обжига.

Наиболее оптимальна конструкция печи для обжига, соединяющая в себе равномерное распределение теплоносителя по высоте туннеля и интенсивное его движение в поперечном сечении сушилки. Зона обжига туннельной печи, как правило, делится на несколько зон с различными характеристиками по температуре и скорости нагрева.

Импульсный режим работы позволяет установить необходимое температурное поле по длине печи, независимо от количества зон, так как горелочные устройства автономны.

Преимущества импульсной системы управления

Более последовательный и точный контроль соотношения воздух/газ и подводимой мощности к системе, так как горелка настраивается всего на несколько стационарных режимов горения.

Пример установки сводовых горелок фирмы Kromschroeder на Норском керамическом заводе (Ярославль)
Рис. 5 Пример установки сводовых горелок фирмы Kromschroeder


Пример установки сводовых горелок фирмы «Кромшрёдер» на Норском керамическом заводе (Ярославль)Увеличение производительности возможно за счет установки на печь горелок большей мощности, без ухудшения качества регулирования. Более интенсивная циркуляция дымовых газов, по сравнению с системой плавного регулирования, обеспечивает равномерное распределение температуры, что при увеличении мощности позволяет существенно сократить цикл обжига без снижения качества.

За счет полностью автоматизированной системы регулирования температуры в печи может быть достигнута большая гибкость управления технологическим процессом. В печах туннельного типа наличие большого числа управляемых зон горения позволяет создавать требуемое по условиям технологического процесса температурное поле по всей длине печи. Импульсный режим работы не ограничивает количество зон. Так как каждая горелка может регулироваться отдельно, появляется возможность тонкой регулировки мощности в печи.

Импульсный режим работы горелок позволяет добиться серьезного снижения брака за счет оптимизации процесса горения и точного регулирования температурного поля в продольном и поперечном сечениях печи. Интенсивная циркуляция продуктов сгорания и автоматизированная система поддержания температуры способствуют равномерному прогреву материала по всей высоте садки. При использовании импульсного режима можно снизить до минимума разницу скоростей сушки сырца по вертикали печи, который является одной из основных причин брака продукции при обжиге.

Существенная экономия топлива обуславливается сохранением точных соотношений газ/воздух в течение всего процесса сжигания, а также хорошим смесеобразованием присущим всем горелкам «Кромшрёдер». Соотношение воздух/газ может быть установлено очень близко к отношению 10:1 для всех режимов работы горелки. В зонах предварительного подогрева в туннельных печах или печах непрерывного действия может использоваться избыточный воздух. Благодаря этому экономия топлива составляет 20–25%.

Повышение безопасности и уменьшение времени вынужденного простоя обеспечивается за счет наличия у горелок фирмы «Кромшрёдер» индивидуального контроля пламени в каждой горелке. Пропадание одного контрольного сигнала по какой либо причине не влияет на работу других горелок в системе. При необходимости увеличения количества подаваемой теплоты система импульсного управления просто игнорирует любую горелку в цикле без контрольного сигнала пламени, и другие горелки компенсируют недостачу до тех пор, пока не будет устранена причина дефектного сигнала. Автоматизированное управление также обеспечивает автоматизированный, надежный и простой розжиг горелок.

Другой результат более точного контроля, предлагаемого импульсными системами, это уменьшение загрязнения воздуха. Могут быть значительно снижены уровни выбросов NOx.

Стоимость капитальных вложений может быть уменьшена в многозонных печах с импульсной системой, так как требуется только одна магистраль воздуха и газа. Это так же очень важный фактор. Если в системах с пропорциональным регулированием каждая зона имеет как минимум собственный воздухопровод, что обычно налагает ограничение на количество зон печи, то при импульсном управлении удвоение количества регулируемых тепловых зон не вызывает проблем. Устраняются такие факты как неравномерность загрузки, улучшается равномерность нагрева.


Возврат к списку

Свяжитесь с нами

Позвоните нам по номеру телефона 8 (831) 212-44-77 или Оставьте заявку