Підвищення енергоефективності обертових печей за використання вогнетривів з теплоізоляцією

Abstract

Для термічної обробки сипких сировинних матеріалів в багатьох галузях промисловості використовуються обертові теплові агрегати. Однак на сьогодні коефіцієнт використання палива в обертових печах вкрай незначний. Так, наприклад, основна маса цементного клінкеру обпалюється в печах, тепловий ККД яких не перевищує 55…60 %. При цьому втрати тепла через корпус в навколишнє середовище досягають 20…35 % від загальної теплоти згоряння палива. Одним із основних факторів, що визначають теплову ефективність роботи, є величина теплового опору футерівки. Відсутність міцного термостійкого матеріалу зі значними теплоізоляційними властивостями визначила напрям робіт зі створення футерівки з підвищеним тепловим опором шляхом зміни конфігурації вогнетриву та створення комірки з введенням в неї додаткового теплоізоляційного матеріалу. Вказане рішення зменшує втрати тепла в навколишнє середовище та сприяє підвищенню енергоефективності обертових печей. В роботі досліджена теплова ефективність футерівки з різною конфігурацією вогнетриву для діючої обертової печі 4,5×80 м, що встановлена у високотемпературній зоні печі. Розроблена методика, програмне забезпечення та виконані числові розрахунки, які дозволяють визначити температуру та тепловий потік в футерівці з теплоізоляційним елементом та обґрунтувати вибір конфігурації вогнетриву. Визначено, що встановлення вогнетривів з теплоізоляцією в зоні максимальних температур дозволяє зменшити тепловий потік у навколишнє середовище на 26…54 %, а в цілому по печі до 36 %. Суттєвою перевагою вказаного рішення є той фактор, що підвищення енергоефективності печі не вимагає додаткових витрат палива, підвищення температури або збільшення ентальпії продуктів горіння. Отримані результати можуть бути використані для проектування новітнього та вдосконалення діючого обладнання, що дозволить підвищити енергоефективність печі та суттєво зменшити втрати тепла через корпус в навколишнє середовище.

Rotary heating units are used in many industries for the thermal treatment of bulk raw materials. However, today the uti-lization rate of fuel in rotary kilns is extremely low. So, for example, the bulk of the clinker is fired in kilns, the thermal effi-ciency of which does not exceed 55…60 %. In this case, heat losses through the housing to the environment reach 20…35 % of the total heat of combustion of the fuel. One of the main factors determining the thermal efficiency of work is the value of the thermal resistance of the lining. The absence of a strong heat-resistant material with significant heat-insulating properties determined the direction of work on creating a lining with increased thermal resistance by changing the configuration of the refractory and creating a cell for introducing additional heat-insulating material into it. This solution re-duces heat loss to the environment and improves the energy efficiency of rotary kilns. In this paper, the thermal efficiency of the lining with different refractory configurations for an operating rotary kiln 4.5×80 m installed in the high-temperature zone of the kiln was studied. A technique, software, and numerical calculations have been developed to determine the tempera-ture and heat flux in a lining with a heat-insulating element and justify the choice of refractory configuration. It has been determined that the installation of refractories with thermal insulation in the zone of maximum temperatures makes it possi-ble to reduce the heat flux into the environment by 26…54 %, and in the furnace as a whole by up to 36 %. A significant advantage of this solution is the fact that increasing the energy efficiency of the furnace does not require additional fuel consumption, temperature increase or increase in the enthalpy of combustion products. The results obtained can be used to design new and improve existing equipment, which will improve the energy efficiency of the furnace and significantly reduce heat loss through the casing to the environment.