燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)在耐火材料干燥的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)在耐火材料干燥中的應(yīng)用，探討了燃?xì)廨椛浼訜嵫b置的設(shè)計，對燃?xì)廨椛涓稍锔G進(jìn)行了測試，研究了干燥窯內(nèi)部的溫度分布，對燃?xì)廨椛浼訜岷碗娸椛浼訜徇M(jìn)行經(jīng)
摘要：介紹了燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)在耐火材料干燥中的應(yīng)用，探討了燃?xì)廨椛浼訜嵫b置的設(shè)計，對燃?xì)廨椛涓稍锔G進(jìn)行了測試，研究了干燥窯內(nèi)部的溫度分布，對燃?xì)廨椛浼訜岷碗娸椛浼訜徇M(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。
關(guān)鍵詞：燃?xì)廨椛浼訜幔荒突鸩牧?；電輻射加熱；溫度分布；?jīng)濟(jì)性比較
Application of Gas Radiation Heating Technology to Drying of Refractory Material
SHEN Hai-bo，REN Qing-sheng，YANG Jun-jie，F(xiàn)U Hao-ka，PENG Shi-ni，LIA0 Xiong
Abstract：The application of gas radiation heating technology to drying of refractory material is introduced，the design of gas radiation heating device is discussed，and the gas radiation drying kiln is tested. The temperature distribution in the drying kiln is studied，and the economic comparison between gas radiation heating and electric radiation heating is performed.
Key words：gas radiation heating；refractory material；electric radiation heating；temperature distribution；economic comparison
1 概述
目前，耐火材料廠采用的干燥技術(shù)主要為傳統(tǒng)熱風(fēng)加熱技術(shù)和電輻射加熱技術(shù)[1、2]。熱風(fēng)加熱技術(shù)是利用氣體作為干燥介質(zhì)，以一定的速度吹拂耐火磚表面，使耐火磚得以干燥，干燥時間較長，效率較低；電輻射加熱技術(shù)是利用電能釋放紅外線，耐火磚吸收紅外線產(chǎn)生激烈的共振現(xiàn)象，使耐火磚迅速變熱而干燥，干燥均勻，效率高，但是電輻射加熱耗電量大，在用電高峰生產(chǎn)往往無法正常進(jìn)行。
燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)是利用燃?xì)馊紵尫偶t外線來輻射加熱耐火磚，避免了高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)直接與耐火磚接觸，提高了熱效率和產(chǎn)品質(zhì)量，比電輻射加熱技術(shù)成本低，節(jié)約能源，緩解用電負(fù)荷對生產(chǎn)的影響，因此研究燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)具有廣泛的市場價值和社會意義。在此就燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)應(yīng)用于耐火材料的生產(chǎn)進(jìn)行探討。
2 燃?xì)廨椛浼訜嵫b置的設(shè)計
    20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)的耐火行業(yè)一改以往的傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥工藝，采用電輻射加熱技術(shù)，取得了良好的效果。本文以電干燥窯為參考，建造一座燃?xì)廨椛涓稍锔G，其寬度和高度與電干燥窯相同，寬度為1530mm，高度為1870mm，長度縮短為2300mm。干燥窯中燃?xì)廨椛浼訜嵫b置的設(shè)計至關(guān)重要，直接影響到燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)的實(shí)現(xiàn)和干燥效果。
    ① 紅外輻射元件的選擇
   需要干燥的耐火磚是由樹脂等高分子有機(jī)材料結(jié)合劑結(jié)合的鎂碳磚和鎂鋁碳磚，其主要成分為氧化鎂、氧化鋁和高分子樹脂，幾乎所有的高分子材料在波長3～4μm和6～15μm都有強(qiáng)烈的吸收[3]。
    紅外輻射元件是將燃料燃燒釋放的熱能輻射給被加熱物體的關(guān)鍵部件，其表面與燃燒火焰及高溫?zé)煔庵苯咏佑|，工作環(huán)境惡劣，容易被局部灼燒和氧化，導(dǎo)致材料失效。因此，在設(shè)計時選用石英玻璃紅外發(fā)射管作為加熱元件，它不需要涂層，純度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，熱膨脹系數(shù)小，發(fā)射率高達(dá)0.90以上。石英玻璃紅外發(fā)射管經(jīng)燃?xì)馊紵訜岷?，表面溫度?50～500℃，此溫度下主要的輻射能量波長為5～12μm(而一般被加熱物體都對波長為3～15μm的輻射能量有較強(qiáng)的吸收)，價格也不高，是一種理想的紅外輻射元件。
   ② 燃?xì)馊紵?/span>
   燃?xì)馊紵魇侨細(xì)廨椛浼訜嵫b置的核心部件，根據(jù)燃料的種類和干燥窯的加熱負(fù)荷開發(fā)出專用的燃?xì)馊紵?，該燃燒器是一種低壓引射式半預(yù)混燃燒器，燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為3～12kW，過?？諝庀禂?shù)為1.16～1.17，具有良好的火焰穩(wěn)定性，在頻繁開關(guān)的情況下，不至于回火或嚴(yán)重積碳。
3 燃?xì)廨椛涓稍锔G的試驗(yàn)測試
    燃?xì)廨椛涓稍锔G的底部鋪設(shè)2道鋼軌，將耐火磚放置于小車架被推入窯中，在加熱過程中，耐火磚原地不動，吸收紅外輻射能量而升溫。耐火磚的擺放位置及溫度測點(diǎn)布置見圖1。
 

    由圖1可見，小車架自上而下共擺放5層耐火磚，每層耐火磚的中部布置1個溫度測點(diǎn)，第3層耐火磚橫向布置4個溫度測點(diǎn)，以各溫度測點(diǎn)為控制點(diǎn)，研究干燥窯內(nèi)部的溫度分布情況。
    干燥窯內(nèi)耐火磚縱向測點(diǎn)和橫向測點(diǎn)的溫度隨保溫時間的變化分別見圖2和圖3。
 

    由圖2可知，上層耐火磚的溫度比下層耐火磚的溫度高，這是由于在輻射加熱過程中，熱空氣上升導(dǎo)致耐火磚上層溫度較高，但是隨著保溫時間的延長，下層耐火磚的溫度明顯上升，從而縮小了各層耐火磚的溫度差異。由圖3可知，靠近輻射管的耐火磚(如測點(diǎn)8處)溫度較高，隨著與輻射管的距離增大，耐火磚的溫度逐漸降低，但是總體溫度分布相差不大，可以認(rèn)為耐火磚在水平方向上是被均勻加熱的。
    總體而言，耐火磚采用燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)后，縱向的溫度分布有一定的差異，但是通過延長保溫時間可以縮小溫差，橫向的溫度分布比較均勻，滿足耐火磚的加熱工藝要求。
4 燃?xì)馀c電輻射加熱的經(jīng)濟(jì)性分析
    燃?xì)廨椛涓稍锔G的燃?xì)廨椛涔芎腿紵骺刹鹦?，可以將燃?xì)廨椛涔芎腿紵魈鎿Q為電輻射管實(shí)現(xiàn)電輻射加熱，即在同一座干燥窯內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨椛浼訜岷碗娸椛浼訜?種加熱方式。
    分別采用燃?xì)廨椛浼訜岱绞胶碗娸椛浼訜岱绞綄δ突鸫u進(jìn)行干燥試驗(yàn)測試，測試條件基本相同。
   ① 燃?xì)廨椛浼訜岱绞剑杭訜釙r間為14.38h，耐火磚的總質(zhì)量為950.3kg，窯內(nèi)控制溫度為170℃。
   ② 電輻射加熱方式：加熱時間為15.00h，耐火磚的總質(zhì)量為950.3kg，窯內(nèi)控制溫度為170℃。
   分別對2種加熱方式進(jìn)行了能耗、熱效率和費(fèi)用的分析比較，結(jié)果見表1。其中，燃?xì)鈨r格以3元/m3計，電價格以0.6元/(kW·h)計；熱效率等于耐火磚吸熱量、水的潛熱、水的升溫顯熱三者的和除以消耗的總熱量。
表1 2種加熱方式的經(jīng)濟(jì)性分析
加熱方式
燃?xì)庀牧?m3
電消耗量/(kW·h)
熱效率/%
費(fèi)用/元
燃?xì)廨椛浼訜?/span>
20.007
0
48.3
60
電輻射加熱
0.000
147
72.0
88
   試驗(yàn)結(jié)果表明，燃?xì)廨椛浼訜岱绞奖入娸椛浼訜岱绞綗嵝实?，這是因?yàn)槿細(xì)馊紵a(chǎn)生的煙氣全部排放，產(chǎn)生了熱損失，而電輻射加熱不存在煙氣排放，效率較高。但從經(jīng)濟(jì)性分析可見，燃?xì)廨椛浼訜岜入娸椛浼訜峁?jié)省費(fèi)用約30%。
5 結(jié)論
   ① 由于紅外線具有一定的穿透能力，因此采用燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)可使耐火磚表里基本上均勻受熱，其熱擴(kuò)散和濕擴(kuò)散幾乎一致，避免了耐火磚的開裂和變形，是一種理想的加熱方法。而直接加熱烘干的方法，由于表面水分蒸發(fā)過快，與耐火磚內(nèi)部水分?jǐn)U散不相適應(yīng)，造成耐火磚表里含水不均，容易開裂和變形。
   ② 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)避免了熱風(fēng)或煙氣直接與耐火磚接觸，不會導(dǎo)致局部燒損或煙塵侵襲，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
    ③ 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)相比于電輻射加熱技術(shù)，熱效率較低，但經(jīng)濟(jì)性較好，同時緩解了用電負(fù)荷對生產(chǎn)的影響。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 高季忠，蔡天榮，孫繼宗，等.電熱遠(yuǎn)紅外線干燥木材的試驗(yàn)與分析[J].南京林產(chǎn)工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1982，(2)：65-75.
[3] 王剛.遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)在耐火材料干燥生產(chǎn)中的應(yīng)用及干燥窯設(shè)計[J].鞍鋼技術(shù)，2006，(4)：39-43.
 
(本文作者：申海波1 任勃生1 楊俊杰1 付浩卡2 彭世尼2 廖雄1 1.新奧燃?xì)饧夹g(shù)研究發(fā)展有限公司 河北廊坊 065001；2.重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 重慶 400045)