ФАКТОРЫ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЬНО-СПУСКОВЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

 

Нижегородов А.И (ООО «Квалитет», г. Иркутск, РФ)

 

Problems of reliability of electric stoves for burning of vermiculite and methods it increasing are discussing in presentation

 

В условиях возрастающего дефицита и стоимости углеводородов и ужесточения экологических требований к промышленному оборудованию, новая концепция электрических печей для обжига вермикулитовых концентратов становится актуальной.

Первая модульно-спусковая печь начала работать в 2003 году. В течение шести лет доработок и новых решений, была окончательно сформулирована концепция  таких печей [1,2,3,4] и запущены в эксплуатацию еще пять агрегатов. Один из них показан на рис. 1 [3].

 

Рисунок 1- Электрическая модульно-спусковая печь (третья модификация)

 

Последние разработки - короткомодульные печи с последовательным и последовательно-параллельным сопряжением модулей, показывают меньшую удельную энергоемкость, более высокий к.п.д и отличаются малыми габаритами при равной производительности процесса обжига. Но актуальной остается проблема надежности. Нагревательные элементы, выполненные их нихромовых полос и размещенные внутри модулей, взаимодействуют с потоком вермикулита, поэтому неизбежно возникновение локального перегрева и плавление нагревателей. В таблице приведены основные факторы и причины, приводящие к отказам печи в 59% случаев.

 

  Таблица

1. Нагарообразование: чрезмерная температура поверхности нагревателей и высокое содержание ферромагнитных включений в концентрате

2. Образование «пробок»: обрушение фрагментов термоизоляции крышек, попадание камней или крупных органических включений.

3. Межвитковое замыкание: присутствие токопроводящих тел в потоке

4. Замыкание нагревателей на крепления термоизоляции крышек: разрушение элементов крепления под действием высокой температуры

 

Однако основная доля отказов ~ 48% обусловлена первым фактором.

Опыт эксплуатации печей показал, что существует пороговое значение температуры на поверхности нихрома t_н ~ 700 С⁰, ниже которого нагарообразование прекращается. Однако температура t внутри рабочих камер, образованных соседними нагревателями, существенно меньше, чем на поверхности нихрома и зависит от шага установки нагревательных элементов r.

На рис. 2.а показана внутренняя поверхность модуля. Нагревательные элементы, установленные на ребро, образуют камеры обжига, рис. 2.б.

        

Рисунок 2. а- поверхность спускового модуля длиной 1 м и шириной В, б- поперечное сечение рабочей камеры (s и t – толщина и высота нагревателя)

 

На опытно-промышленной печи второй модификации было проведено тестирование температур на поверхности нагревателей и внутри пространства рабочей камеры при изменяемом шаге нагревательных элементов. На рис. 3.а показана одна из эпюр распределения температур. На расстоянии всего 22,5 мм (r = 45 мм) от поверхности излучения температура падает до 535 ⁰С, а перепад температуры составляет 174 ⁰С. При таком распределении работает вторая опытно-промышленная печь, обеспечивая полную дегидратацию и высокое качество вспучивания вермикулита.

                           

Рисунок 3. а – эпюра распределения температур в рабочей камере, б – зависимость отношения разности температур к температуре нагревателя

 

На рис. 3.б показана зависимость отношения перепада температур Δt к температуре нагревателя t_н. Анализируя график, можно заключить, что чем меньше шаг нагревателей, тем более ровным является температурное поле в пространстве рабочей камеры. Если разместить нагреватели с минимально возможным шагом, то качественное вспучивание можно обеспечить при пониженных значениях t_н, сохраняя неизменным температуру во внутреннем пространстве. Так, исходя из графика, можно определить значение температуры  на нахроме, при t = 535 ⁰С и шаге нагревателей r = 30 мм: t_н = t/0,8 = 668 ⁰С, что на 41 ⁰С меньше, а это существенно сдвигает режим работы печи в область пониженных температур.

В зависимости от размерной группы концентрата, шаг нагревателей может быть понижен до 25 мм для концентрата КВК-4 и 20 мм для КВК-2. Уменьшение шага до таких минимальных значений вполне возможно для шестимодульных печей с короткими модулями, где межвитковое замыкание из-за малой длины нагревателей конструктивно исключено. Таким образом, рациональный выбор параметра r позволит уйти от пороговых температур и максимально понизить вероятность нагарообразования и отказов печи.

Другим фактором, вызывающим образование нагарных корок, являются легкоплавкие и ферромагнитные минералы, присутствующие в массиве вермикулита. Установлено, что при переработке вагонной партии концентрата (49-55 тн) в среднем через печь проходит около 240 кг мелкодисперсного ферромагнитного материала: такое количество неизбежно должно оставлять следы на поверхности нихрома в виде нагарных корок, рис. 4.б.

Поэтому необходима магнитная сепарация, совмещенная, например, с основной технологической операцией - дополнительным фракционированием вермикулитовых концентратов.

На рис. 4.а показано принципиальное решение узла магнитной сепарации на магнитном барабане 2, сопряженным с бункером концентрата 1, служащим питателем, подающим материал в пространство барабанного сита. Привод щетки 3 обеспечивается передачей 5 от основного привода. Лоток 4 служит для отвода намагниченного на барабан материала.

 

  Рисунок 4. а – принципиальная схема узла магнитной сепарации, б – нагарная корка на поверхности нихрома при повышенном температурном режиме

 

Указанные меры позволяют свести к минимуму отказы в работе модульно-спусковых печей, связанные с нагарообразованием.

Факторы 2 и 3, приведенные в таблице, можно полностью устранить, если поток концентрата, поступающий в печь, пропускать через вибросито, с размером ячеек 10-15 мм.

 

Литература

1. Нижегородов А.И. Новая концепция печей для обжига вермикулитовых концентратов// Строительные и дорожные машины. -2007. -№10. -Москва.

2. Нижегородов А.И. Некоторые аспекты технологии подготовки и обжига вермикулитовых концентратов в электрических печах// Строительные материалы: technology.- 2007.- №10.-Москва.

3. Нижегородов А.И. Третье поколение электрических модульно-спусковых печей для обжига вермикулитовых концентратов  серии ПЭМС// Строительные материалы: technology.- 2008.- №10.- Москва.

4. Нижегородов А.И. Теоретическое обоснование использования новых модификаций электрических печей для обжига вермикулита// Строительные материалы: technology.-2009.- №5.-Москва.