Конвективная быстрая сушка пустотелого кирпича

Конвективная быстрая сушка пустотелого кирпича

(FH) Ральф Кениг, дипломированный инженер, D-Krumbach

Абстрактный

Ральф Кениг: Конвективная быстрая сушка обычного кирпича
Быстрое развитие, происходящее в нашем индустриальном обществе, требует от компаний максимальной гибкости и готовности к инновациям. Это касается и технологии сушки в промышленности по производству тяжелых глины. Революционным шагом в этой области является внедрение технологии быстрой сушки. В данной статье будет дано наглядное объяснение принципа быстрой сушки шашечного кирпича.

Сегодняшнее быстрое промышленное развитие требует от каждого предприятия внедрения технологических инноваций с максимальной гибкостью и скоростью в соответствии со своей ситуацией. Этот принцип применим и к области технологии сушки в кирпичной промышленности. Около 100 лет назад сырой кирпич еще сушили на сушилках, называемых «хаками» (т. е. естественной сушкой). Сегодня этот естественный процесс сушки полностью устарел. Это допускало только сезонное производство с циклом сушки продолжительностью 2–3 недели; сушильные стеллажи или сушильные площадки под открытым небом можно было переворачивать только 10–12 раз в год. Без достаточного количества сушильных стоек такой процесс сушки не мог бы адаптироваться к непрерывному производству в печи.

Первой разработкой в ​​технологии сушки стал так называемый «сушильный цех большой вместимости», построенный на вершине кольцевых или зигзагообразных печей, в котором для сушки использовался поднимающийся горячий воздух с поверхности печи. Это сократило цикл сушки до 10 дней.

Сегодняшние камерные или туннельные сушилки используют отходящее тепло туннельных печей для искусственной сушки. Цикл сушки зависит от вида продукта и свойств сырья и составляет от 1 до 3 дней. Еще одним революционным шагом в этой области стало внедрение технологии быстрой сушки, т. е. времени сушки всего 1–2 часа. В данной статье представлена ​​графическая иллюстрация принципа быстрой сушки пустотелого кирпича с высоким содержанием пор и обсуждаются его инвестиционные перспективы.

Происхождение быстрого высыхания

В середине 1980-х годов в ФРГ стали развиваться заводы по производству промышленных катализаторов. Эти тела катализаторов имели сечение 150*150 мм, длину около 1,0–1,2 м и очень высокую пористость. В то время многие сушилки на этих недавно построенных заводах были произведены в Новокараме. Что касается качества и времени сушки, то наилучшие результаты были достигнуты только при воздействии на сырые массы сквозного и поперечного потока воздуха. Если требуемая принудительная сушка превышает определенный уровень, играют роль и другие производственные параметры, такие как скорость воздуха через отверстия и над поверхностями сырцов, а также теплоносительное состояние газа при движении тел вперед. Было обнаружено, что в некоторых случаях, поскольку давление насыщенного водяного пара в газе значительно превышало давление сырого тела, треть высушенных тел в конечном итоге была повреждена адсорбированной конденсированной водой.

Микроволновое излучение или высокочастотный нагрев были бы идеальными методами нагрева воздушного потока. Однако возникли практически непреодолимые проблемы. Здесь упоминаются две типичные проблемы:

а. В некоторых регионах высокочастотный нагрев применяется только для металлических компонентов оборудования, таких как датчики и гильзы датчиков; естественно, доски для сушки, на которых лежали зеленые тела, не могут быть использованы повторно.
б. Высокочастотный нагрев создает значительное статическое электричество в зоне нагрева. Даже очень тонкая водная пленка на неспеченном корпусе или между незапеченным корпусом и пластиковой сушильной доской может привести к возгоранию или даже повреждению доски из-за сильного разряда.

Поэтому на практике оказался успешным метод промежуточного подогрева с помощью нагреваемых сушильных досок (для предотвращения образования конденсата на сырцах). Фактически, опыт, полученный при сушке катализатора Новокарама, вдохновил на идею разработки камеры быстрой сушки перфорированного кирпича. В последние годы «Новокарам» провел масштабные испытания на сушку изделий, начиная от крупных плит (50*30*300 см) и заканчивая обычными перфорированными кирпичами традиционной длины. Неизменно установлено, что конвективная сушка позволяет в полной мере достичь требуемых результатов.

Основной принцип конвективной быстрой сушки

Самый известный пример конвективной сушки — сушка волос феном. Основной принцип заключается в том, что сушильная среда (обычно горячий воздух) проходит над высушиваемым предметом, испаряя и удаляя влагу. Поскольку для испарения требуется тепло, сушильная среда в процессе постепенно остывает и поглощает больше воды (см. рис. 1). Способность воздуха поглощать влагу ограничена зависящей от температуры величиной – так называемым «давлением насыщенного водяного пара». При превышении этого значения избыток естественной влаги конденсируется в виде тумана или конденсата, что особенно опасно при сушке. Состояние воздуха в сушильной камере обычно выражают через температуру (°С) и относительную влажность (%). Кстати, при использовании диаграммы h‑x эти два параметра являются фундаментальными значениями.

Достижение баланса в состоянии потока

Отправной точкой для рассмотрения быстрой сушки является то, что время сушки сырого кирпича в традиционных сушилках всегда определяется кирпичами, которые сохнут медленнее всего. Это напрямую связано с положением сырых кирпичей в сушилке (см. рис. 2). Например, кирпичи снаружи сохнут гораздо медленнее, чем те, что ближе к вентилятору внутри. Таким образом, по мере дальнейшего движения осушающего воздуха из среднего прохода скорость его потока постепенно снижается, его температура падает, он становится более насыщенным, снижается его влагопоглощающая способность. Даже если кирпичи внутри сушилки можно удалить, система сушки должна продолжать работать до тех пор, пока эти плохо расположенные кирпичи также не высохнут – даже несмотря на то, что большинству кирпичей в сушилке не требовался длительный процесс сушки.

Поэтому первым шагом в быстрой сушке является балансировка условий воздушного потока по всему сечению прямой циркуляции воздуха. Таким образом, процесс сушки каждого сырого кирпича не зависит от его положения в сушилке, т. е. он должен быть одинаковым в любой момент сушки.

Увеличение скорости воздуха

Пока существуют подходящие климатические условия, скорость воздуха оказывает весьма специфическое влияние на скорость сушки. Увеличение скорости воздуха соответственно ускоряет скорость сушки. Низкие скорости создают однородный ламинарный поток – примером относительно однородного потока в природе является тихо текущая большая река. Увеличение скорости делает поток более турбулентным. Аналогия в природе – горный ручей, несущийся по ущелью во время таяния снегов.

Следствием турбулентности при сушке является наличие на поверхности зеленого тела неподвижного слоя воздуха, так называемого пограничного слоя. Этот слой препятствует высыханию и в процессе сушки становится тоньше (см. рис. 3). Быстродвижущиеся частицы воздуха гораздо легче поглощают частицы воды, чем более медленно движущиеся.

После увеличения скорости воздуха скорость сушки резко ускоряется, а влажность газа увеличивается более чем на 5%. Конечно, при более высоких скоростях воздуха основным условием, которое необходимо соблюдать, является то, что состояние непрерывного потока газа должно быть равномерным для достижения удовлетворительных результатов. То есть зеленые тела по всему сечению должны подвергаться воздействию воздушного потока, причем скорость воздуха должна быть одинаковой. Это легче сказать, чем сделать, и в условиях того времени это экспериментальное исследование заняло больше года.

Отношение поперечного потока к сквозному потоку

Из-за недавних новых правил по теплоизоляции объем пустот стал больше. Это означает, что внутренние стенки отверстий становятся все тоньше. У таких тонких стенок отверстий есть свои преимущества, и они не создают особых проблем при сушке, поскольку, помимо разной толщины стенок, возникает лишь небольшая разница – разное количество образующейся влаги (см. Рис. 4). Если разница во влажности очень мала, разница в усадке также невелика, и риск высыхания трещин оказывается очень низким.

С другой стороны, поскольку площадь поверхности играет решающую роль в конвективной сушке, эти полые изделия с высоким выходом пара имеют большую площадь внутренней поверхности – примерно в три раза больше площади внешней поверхности. Таким образом, при заданном содержании влаги, чем больше площадь поверхности, тем легче сушка.

Соотношение поперечного и сквозного потоков для перфорированных кирпичей должно удовлетворять определенной пропорции. Эта пропорция зависит от высоты А зазора между верхней поверхностью нижнего сырого тела и нижней поверхностью верхней сушильной доски, а также ширины В зазора между двумя соседними кирпичами (как показано на рис. 6). Однако из-за ограничений расположения вентиляторов в конвективных и туннельных сушилках не всегда можно или полностью достичь соответствующего соотношения потоков. Для успешной быстрой сушки необходимы три условия: условия потока по всему поперечному сечению должны быть одинаковыми (одинаковая скорость воздуха для поперечного и сквозного потока); скорость воздуха не должна опускаться ниже определенного значения; а скорости поперечного и сквозного потоков для каждого кирпича должны быть одинаковыми.

Опыт работы в области быстрой сушки

На протяжении последних двух лет Новокарам проводил на своем заводе непрерывные исследования, получая важную информацию в области аэродинамического моделирования. Кроме того, подтверждены теоретически обоснованные выводы. На основе этих основополагающих принципов была построена крупномасштабная демонстрационная установка быстрой сушки глиняных пустотелых изделий, а впоследствии методом быстрой сушки были оснащены три различных кирпичных завода. Соответствующие параметры сушки приведены в качестве примеров ниже.

Быстрое высыхание и засыхание трещин

Часто ошибочно утверждают, что трещины засыхания являются прямым следствием усадки. Как кратко описано в этой статье, трещины при высыхании не являются прямым результатом усадки. Трещины при высыхании возникают из-за разной усадки сырца, которая, в свою очередь, зависит от различного распределения влаги. При быстрой сушке сырые массы должны равномерно подвергаться воздействию воздуха, чтобы возникающая разница во влажности была очень незначительной. Учитывая это, легко понять, почему быстрое высыхание не обязательно является причиной появления трещин при высыхании из-за высокой чувствительности к высыханию.

Сравнение кирпичей, высушенных традиционными методами, с кирпичами, высушенными очень быстро, подтвердило сделанный выше вывод. При этом же уровне качества выше качество быстросухого кирпича.

Остаточная влажность и время высыхания

Нашей первоначальной целью было время высыхания ≤ 2 часов. Остаточная влажность после сушки зависит от цикла сушки, характеристик продукта и сырья и обычно составляет от 0,5% до 2,5%. Следует отметить, что продление процесса сушки всего на несколько минут при быстрой сушке позволяет существенно снизить остаточную влажность. На той же установке традиционное время сушки составляло около 32–48 часов при остаточной влажности 1,0–2,5%. Не было никакой разницы в качестве обжига между быстро высушенными продуктами и продуктами, высушенными традиционными методами.

Оптимальная кривая сушки

Как и при обычной конвективной сушке, для быстрой сушки необходимо найти кривую сушки, адаптированную к сырью. Кривую быстрой сушки можно рассматривать как сжатую версию традиционной кривой сушки – с этой точки зрения быстрая сушка – это просто обычная сушка с «быстрым движением».

Процесс быстрой сушки

Если сырцы подвергались обработке паром, важно, как и при обычной сушке, в кратчайшие сроки перенести их из экструдера в сушильную камеру. Чем выше температура сырца, тем интенсивнее ранняя сушка – т.е. сырец начинает сушку уже при более высокой температуре, без фазы постепенного нагрева в сушильной камере, что позволяет избежать потери драгоценного времени.

Соотношение поперечного и сквозного потоков во время сушки уже подчеркивалось. Это соотношение критически зависит от точности установки кирпичей в цеху. Однако более высокая точность настройки будет означать более высокие инвестиции. Поэтому было проведено специальное экспериментальное исследование, чтобы выяснить, можно ли принять достаточно точную схему настройки. Результаты испытаний показали, что допуски традиционных регулировочных и разгрузочных устройств приемлемы для всего процесса и не оказывают негативного влияния на соотношение поперечного и сквозного потоков. Это означает, что в современных технологических условиях можно использовать обычные регулировочные устройства.

Преимущества быстрой сушки

Представляя новую конструкцию, каждый предприниматель сразу задается вопросом о ее преимуществах – и конвективная быстрая сушка не является исключением.

Каковы преимущества конвективной быстрой сушки по сравнению с традиционной конвективной сушкой? Самым фундаментальным и важным аспектом является качество. В частности, сокращение затрат времени является приоритетом. На многих различных заводах по производству глиняного кирпича проводились испытания на быструю сушку без установки сложных кривых сушки, и обожженные кирпичи получали хорошее или очень хорошее качество. По сравнению с кирпичами, произведенными традиционными методами, кирпичи, выбранные для быстрой сушки, были, по крайней мере, так же хороши, как и кирпичи, высушенные традиционными методами, даже без необходимости знать, адаптирована ли кривая сушки к доступному сырью.

Еще одним очень важным преимуществом является снижение инвестиций, необходимых для строительства установки быстрой сушки. Как показано на рис. 7, вся камера быстрой сушки занимает значительно меньше места в производственном здании. Это означает, что при одном и том же объеме производства площадь производственных помещений уменьшается или, альтернативно, объем производства увеличивается, что обеспечивает эффект экономии. Кроме того, упрощается процесс быстрой сушки, сокращаются транспортные маршруты и упрощается необходимое транспортировочное оборудование, что также способствует снижению капитальных вложений.

Наконец, следует упомянуть несколько технических данных. В традиционных сушильных камерах расход тепла составляет около 3200–3600 кДж/кг H₂O. Потребление электроэнергии зависит от водоотводящих свойств самого сырья. По данным различных кирпичных заводов, расход электроэнергии составляет 5–11 кВтч на тонну обожженного материала.

Пример производства быстрой сушки

Рис. 7 представляет собой схематическое изображение производственного процесса на кирпичном заводе, где традиционный процесс сушки был заменен системой быстрой сушки.

Аналогичным образом на других кирпичных заводах сырые кирпичи разрезаются, укладываются на сушильные доски, а затем передаются в сушильные машины. Сушильные доски укладываются на сушильные машины, которые затем проходят через камеру быстрой сушки. Сушильный вагон находится в каждом отсеке определенное время – т.е. на каждом этапе преобладают разные условия. Скорость воздуха различается в каждом отсеке, но принцип поперечно- и прямоточной сушки, а также скорость движения сушильной машины одинаковы во всех отсеках. Когда сушильная машина поступает в оборот, половина процесса сушки уже завершена. На этапе предварительной сушки, по мере перемещения из одного отсека в другой, температура постоянно повышается, а относительная влажность постоянно снижается. Описываемая здесь камера быстрой сушки имеет по 10 секций в каждом направлении. Если поверхностно подумать о традиционной туннельной сушилке, то, естественно, можно предположить, что она имеет 20 зон сушки.

После того как сушильная машина покидает камеру быстрой сушки, последующие этапы продолжаются в обычном режиме. Высушенные кирпичи вынимают из сушильной машины, помещают на тележки туннельной печи и ждут загрузки в печь, а затем обжигают. Быстрая сушка не влияет на разгрузку и упаковку туннельной печи.

Источник статьи

Эта статья была написана автором Ральфом Кёнигом, дипломированным инженером (Д-Крумбах), и первоначально опубликована в журнале International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996–1998, китайское объединенное издание, Bauverlag GmbH. Он размещен здесь только в учебных и справочных целях. Авторские права принадлежат первоначальному автору и первоначальному издателю.

Контактная информация:
Если какой-либо автор или правообладатель считает метод цитирования на этом веб-сайте неуместным или желает изменить/удалить контент, свяжитесь с нами по адресу:
Электронная почта: [info@Brictec.com]
Тел: [029-89183545]
Адрес: [Индустриальный парк ZTE, № 10 South Tangyan Road, Зона высоких технологий Сианя, Китай]
Мы обещаем ответить в течение 24 часов после получения вашего уведомления и оперативно решить вопрос в соответствии с вашим запросом.

Обязательства по академической честности:
Наша компания строго придерживается принципов академической честности и уважает права интеллектуальной собственности всех ученых. Если существует какая-либо неправильная цитата, мы приносим свои глубокие извинения и немедленно исправим ее.