מדריך למתחילים לעקרונות, מבנה ותפעול של כבשן מנהרה

סוג הכבשן הנפוץ ביותר בתעשיית ייצור הלבנים כיום הוא כבשן המנהרה. הקונספט של כבשן המנהרה הוצע ותוכנן לראשונה על ידי הצרפתים, אם כי הוא מעולם לא נבנה. כבשן המנהרה הראשון שתוכנן במיוחד לייצור לבנים נוצר על ידי המהנדס הגרמני בשנת 1877, שגם הגיש עליו פטנט. עם האימוץ הנרחב של כבשני המנהרה, צצו חידושים רבים. בהתבסס על הרוחב הפנימי נטו, הם מסווגים לסוגים קטנים (≤2.8 מטרים), בינוניים (3-4 מטרים) וגדולים (≥4.6 מטרים). לפי סוג הכבשן, הם כוללים סוג מיקרו-כיפה, סוג תקרה שטוחה וסוג טבעת נע. לפי שיטת ההפעלה, הם כוללים כבשני גלילים וכבשני הסעות. כבשני לוח דחיפה. בהתבסס על סוג הדלק בו נעשה שימוש: ישנם כאלה המשתמשים בפחם כדלק (הנפוץ ביותר), כאלה המשתמשים בגז או בגז טבעי (המשמשים להצתת לבנים לא חסינות אש ולבני קיר פשוטות, בעיקר ללבנים יוקרתיות), כאלה המשתמשים בנפט כבד או במקורות אנרגיה מעורבים, וכאלה המשתמשים בדלק ביומסה וכו'. לסיכום: כל כבשן מסוג מנהרה הפועל בתצורת זרם נגדי, המחולק לאורכו למקטעי חימום מקדים, סינטור וקירור, כאשר התוצרים נעים בכיוון ההפוך לזרימת הגז, הוא כבשן מנהרה.

כבשני מנהרה נמצאים בשימוש נרחב ככבשני הנדסה תרמית לשריפת לבני בניין, לבנים עקשנות, אריחי קרמיקה וקרמיקה. בשנים האחרונות, כבשני מנהרה משמשים גם לשריפת חומרי טיהור מים וחומרי גלם לסוללות ליתיום. לכבשני מנהרה מגוון רחב של יישומים והם מגיעים בסוגים רבים, לכל אחד מאפיינים משלו. היום, נתמקד בכבשן מנהרה בעל חתך רוחב המשמש לשריפת לבני בניין.

1. עיקרון: ככבשן חם, כבשן המנהרה דורש באופן טבעי מקור חום. כל חומר דליק שיכול לייצר חום יכול לשמש כדלק לכבשן המנהרה (דלקים שונים עשויים לגרום לשינויים בבנייה המקומית). הדלק נשרף בתא הבעירה בתוך הכבשן, ומייצר גז פליטה בטמפרטורה גבוהה. תחת השפעת המאוורר, זרימת הגז בטמפרטורה גבוהה נעה בכיוון ההפוך לתוצרים הנשרפים. החום מועבר לחלקי הלבנים בקרון הכבשן, אשר נעים באיטיות לאורך המסילות לתוך הכבשן. הלבנים בקרון הכבשן גם ממשיכות להתחמם. החלק שלפני תא הבעירה הוא אזור החימום המוקדם (בערך לפני מיקום הקרון העשירי). חלקי הלבנים מחוממים בהדרגה באזור החימום המוקדם, תוך הסרת לחות וחומר אורגני. כאשר קרון הכבשן נכנס לאזור הסינטור, הלבנים מגיעות לטמפרטורת השריפה המקסימלית שלהן (850 מעלות צלזיוס ללבני חרס ו-1050 מעלות צלזיוס ללבני פצלים) באמצעות החום המשתחרר משריפת הדלק, ועוברות שינויים פיזיקליים וכימיים ליצירת מבנה צפוף. מקטע זה הוא אזור השריפה (וגם אזור הטמפרטורה הגבוהה) של הכבשן, המשתרע בערך בין העמדות ה-12 ל-22. לאחר המעבר דרך אזור השריפה, הלבנים עוברות תקופת בידוד מסוימת לפני שהן נכנסות לאזור הקירור. באזור הקירור, המוצרים השרופים באים במגע עם כמות גדולה של אוויר קר הנכנס דרך פתח היציאה של הכבשן, מתקררים בהדרגה לפני היציאה מהכבשן, ובכך משלימים את כל תהליך השריפה.

II. בנייה: כבשני מנהרה הם כבשני הנדסה תרמית. יש להם טווח טמפרטורות רחב ודרישות מבניות גבוהות לגוף הכבשן. (1) הכנת היסודות: יש לנקות פסולת מאזור הבנייה ולהבטיח שלושה שקעים ומשטח ישר אחד. יש להבטיח אספקת מים, חשמל ומשטח קרקע ישר. השיפוע חייב לעמוד בדרישות הניקוז. כושר הנשיאה של היסודות צריך להיות 150 kN/m². אם נתקלים בשכבות אדמה רכות, יש להשתמש בשיטת ההחלפה (בסיס אבן או תערובת סיד-אדמה דחוסה). לאחר טיפול בתעלת היסודות, יש להשתמש בבטון מזוין כיסוד הכבשן. יסוד יציב מבטיח כושר נשיאה ויציבות הכבשן. (2) מבנה הכבשן הקירות הפנימיים של הכבשן באזורים בעלי טמפרטורה גבוהה צריכים להיבנות מלבנים אש. הקירות החיצוניים עשויים להשתמש בלבנים רגילות, עם טיפול בידוד בין הלבנים (באמצעות צמר סלעים, שמיכות סיבי אלומיניום סיליקט וכו') כדי להפחית את אובדן החום. עובי הדופן הפנימי הוא 500 מ"מ, ועובי הדופן החיצונית הוא 370 מ"מ. יש להשאיר את תפרי ההתפשטות בהתאם לדרישות התכנון. על הבנייה להיות בעלת חיבורי טיט מלאים, כאשר לבנים עקשנות מונחות בחיבורים מדורגים (חיבורי טיט ≤ 3 מ"מ) ולבנים רגילות עם חיבורי טיט של 8-10 מ"מ. יש לפזר באופן שווה את חומרי הבידוד, לארוז במלואם ולאטום אותם כדי למנוע חדירת מים. (3) תחתית הכבשן תחתית הכבשן צריכה להיות משטח ישר לתנועת קרון הכבשן. השכבה העמידה בפני לחות חייבת להיות בעלת כושר נשיאה ותכונות בידוד תרמי מספקות, כאשר קרון הכבשן נע לאורך המסילות. בכבשן מנהרה ברוחב חתך של 3.6 מטרים, כל קרון יכול להעמיס כ-6,000 לבנים רטובות. כולל המשקל העצמי של קרון הכבשן, העומס הכולל הוא כ-20 טון, וכל מסילת הכבשן חייבת לעמוד במשקל קרון בודד של מעל 600 טון. לכן, אסור להניח את המסילות ברשלנות. (4) לגג הכבשן יש בדרך כלל שני סוגים: מקושת קלות ושטוח. הגג המקושת הוא שיטת בנייה מסורתית, בעוד שהגג השטוח משתמש בחומר יציקה עקשן או בלבנים עקשנות קלות משקל לתקרה. כיום, רבים משתמשים בבלוקים של תקרה מסיבי סיליקון אלומיניום. ללא קשר לחומר בו נעשה שימוש, יש להבטיח טמפרטורה ואיטום של חומר עקשן, ויש להתקין חורי תצפית במקומות המתאימים בהתאם לדרישות התכנון. חורי הזנת פחם, חורי תעלות אוויר וכו'. (5) מערכת בעירה: א. כבשני מנהרה השורפים עץ ופחם אינם כוללים תאי בעירה באזור הטמפרטורה הגבוהה של הכבשן, והם בנויים מלבנים עקשנות, ויש להם פתחי הזנת דלק ופתחי פריקת אפר. ב. עם קידום טכנולוגיית לבני בעירה פנימית, אין עוד צורך בתאי בעירה נפרדים, מכיוון שהלבנים שומרות על חום. אם אין מספיק חום זמין, ניתן להוסיף דלק נוסף דרך חורי הזנת פחם בגג הכבשן. ג. כבשנים השורפים גז טבעי, גז פחם, גז נפט נוזלי וכו', כוללים מבערים בצידי הכבשן או בגג (בהתאם לסוג הדלק), כאשר המבערים מפוזרים באופן סביר ואחיד כדי להקל על בקרת הטמפרטורה בתוך הכבשן. (6) מערכת אוורור: א. מאווררים: כולל מאווררי אספקה, מאווררי פליטה, מאווררי ייבוש לחות ומאווררי איזון. מאווררי קירור. כל מאוורר ממוקם במיקום שונה וממלא תפקיד שונה. מאוורר האספקה ​​מכניס אוויר לתא הבעירה כדי לספק מספיק חמצן לבעירה, מאוורר הפליטה מסיר גזי פליטה מהכבשן כדי לשמור על לחץ שלילי מסוים בתוך הכבשן ולהבטיח זרימת גזי פליטה חלקה, ומאוורר ייבוש הלחות מסיר אוויר לח מחלקי לבנים רטובים מחוץ לכבשן. ב. צינורות אוויר: אלה מחולקים לצינורות פליטה וצינורות אוויר. צינורות פליטה מסירים בעיקר גזי פליטה ואוויר רטוב מהכבשן. צינורות אוויר זמינים מסוג בנייה וצינורות והם אחראים על אספקת חמצן לאזור הבעירה. ג. בולמי אוויר: מותקנים על צינורות האוויר ומשמשים לוויסות זרימת האוויר ולחץ הכבשן. על ידי התאמת גודל הפתח של בולמי האוויר, ניתן לשלוט על פיזור הטמפרטורה ומיקום הלהבה בתוך הכבשן. (7) מערכת הפעלה: א. תא כבשן: לקרון הכבשן יש תחתית כבשן ניידת בעלת מבנה דמוי מנהרה. חלקי הלבנים נעים באיטיות על קרון הכבשן, עוברים דרך אזור החימום המוקדם, אזור הסינטר, אזור הבידוד ואזור הקירור. קרון הכבשן עשוי מבנה פלדה, כאשר מידותיו נקבעות על ידי הרוחב נטו בתוך הכבשן, ומבטיחות איטום. ב. קרון העברה: בפתח הכבשן, קרון ההעברה מעביר את קרון הכבשן. לאחר מכן, קרון הכבשן נשלח לאזור האחסון, לאחר מכן לאזור הייבוש ולבסוף לאזור הסינטור, כאשר המוצרים המוגמרים מועברים לאזור הפריקה. ג. ציוד גרירה כולל מכונות גרירה על מסילות, מכונות הרמה הידראוליות, מכונות מדרגה ומכונות גרירה על פתח הכבשן. באמצעות מכשירים שונים במיקומים שונים, קרון הכבשן נמשך לאורך המסילות כדי לנוע, ומבצע סדרה של פעולות כגון אחסון לבנים, ייבוש, סינטור, פריקה ואריזה. (8) מערכת בקרת טמפרטורה: גילוי טמפרטורה כרוך בהתקנת חיישני טמפרטורה תרמיים במיקומים שונים בתוך הכבשן כדי לנטר את טמפרטורת הכבשן בזמן אמת. אותות טמפרטורה מועברים לחדר הבקרה, שם המפעילים מתאימים את נפח כניסת האוויר ואת ערך הבעירה בהתבסס על נתוני הטמפרטורה. ניטור לחץ כרוך בהתקנת חיישני לחץ בראש הכבשן, בזנב הכבשן ובמיקומים קריטיים בתוך הכבשן כדי לנטר שינויים בלחץ הכבשן בזמן אמת. על ידי כוונון בולמי האוויר במערכת האוורור, לחץ הכבשן נשמר ברמה יציבה.

ג. פעולה: לאחר שהגוף הראשי של כבשן המנהרה וה...配套לאחר שהותקן הציוד, הגיע הזמן להתכונן לפעולת ההצתה ולשימוש רגיל. הפעלת כבשן מנהרה אינה פשוטה כמו החלפת נורה או הדלקת מתג; הדלקה מוצלחת של כבשן מנהרה דורשת מומחיות מדעית. בקרה קפדנית, העברת ניסיון ותיאום בין היבטים מרובים הם כולם קריטיים. נהלי תפעול מפורטים ופתרונות לבעיות שעלולות להתעורר יידונו בהמשך. לעת עתה, בואו נציג בקצרה את שיטות ותהליכי התפעול של כבשן המנהרה: "בדיקה: ראשית, בדקו את גוף הכבשן לאיתור סדקים. בדקו אם אטמי מפרקי ההתפשטות אטומים. דחפו כמה קרונות כבשן ריקים מספר פעמים כדי לבדוק אם המסילה, מכונת הקרון העליון, קרון ההעברה וציוד טיפול אחר פועלים כרגיל. עבור כבשנים המשתמשים בגז טבעי או גז פחם כדלק, תחילה הדליקו את הלהבה כדי לוודא שהיא בוערת כרגיל. בדקו אם כל המאווררים פועלים כראוי. שיטות ייבוש הכבשן משתנות בהתאם לסוג הדלק בו נעשה שימוש. עם זאת, המטרה עקבית: להסיר באיטיות את הלחות שנשארה במבנה הכבשן במהלך הבנייה באמצעות ייבוש, תוך מניעת חימום פתאומי וסדקים של גוף הכבשן. א. שלב טמפרטורה נמוכה (0-200°C): ייבוש בחום נמוך במשך יום או יומיים, עם קצב עליית טמפרטורה ≤10°C לשעה. ב. שלב טמפרטורה בינונית (200-600°C): קצב עליית טמפרטורה 10-15°C לשעה, ואפייה במשך יומיים. ג. שלב טמפרטורה גבוהה (600°C ומעלה): העלו את הטמפרטורה ב... קצב רגיל של 20 מעלות צלזיוס לשעה עד להגעה לטמפרטורת השריפה, ולשמור על כך למשך יום אחד. במהלך תהליך השריפה, יש לעקוב אחר התפשטות גוף הכבשן בכל עת ולהסיר לחות מעת לעת. (3) הצתה: שימוש בדלקים כגון גז טבעי או גז פחם הוא פשוט. כיום, נשתמש בפחם, עץ וכו'. (3) כדוגמה, ראשית בנו עגלת כבשן להצתה קלה: הניחו עצי הסקה, פחם וחומרים דליקים אחרים על עגלת הכבשן. ראשית, הפעילו את המאוורר כדי ליצור לחץ שלילי בתוך הכבשן, תוך הפניית הלהבה לעבר חלקי הלבנים. השתמשו במוט הצתה. הציתו את העץ והפחם, והגדילו בהדרגה את הטמפרטורה על ידי התאמת זרימת האוויר והלחץ עד שפלי הלבנים מגיעים לטמפרטורת השריפה. לאחר שפלי הלבנים מגיעים לטמפרטורת השריפה, התחילו להזין קרונות חדשים לתוך הכבשן מלפנים והזיזו אותם באיטיות לכיוון אזור הסינטור. דחפו את קרון הכבשן ואת קרון הכבשן קדימה כדי להשלים את ההצתה. יש לנטר את טמפרטורת כבשן המנהרה שהוצת זה עתה בכל עת כדי להבטיח שתהליך השריפה הושלם בהתאם לעקומת הטמפרטורה המתוכננת. ④) פעולות ייצור: סידור הלבנים: סדרו את הלבנים על קרון הכבשן בהתאם לדרישות התכנון, תוך הקפדה על מרווחים ותעלות אוויר מתאימים בין הלבנים כדי להקל על זרימת גזי פליטה חלקה. הגדרות פרמטרים: קבעו את הטמפרטורה, לחץ האוויר, זרימת האוויר ומהירות הנסיעה של קרון הכבשן. במהלך פעולות הייצור, פרמטרים אלה מותאמים וממוטבים כדי להבטיח את האיכות הגבוהה של המוצרים המוגמרים. נהלי תפעול: במהלך פעולת כבשן המנהרה, יש לנטר באופן רציף את הטמפרטורות, הלחצים ופרמטרי גזי הפליטה בכל תחנת עבודה. יש לחמם את אזור החימום המוקדם באיטיות (כ-50-80% למטר) כדי למנוע סדקים בלבנים. אזור השריפה צריך לשמור על טמפרטורה גבוהה וקבועה, עם הפרש טמפרטורות של ≤±10°C כדי להבטיח שהלבנים יישרפו במלואן. אזור הקירור יכול להשתמש בתכנון של השבת חום פסולת (חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות) כדי להעביר אנרגיה תרמית לאזור הייבוש לייבוש הלבנים. בנוסף, יש לקדם את קרון הכבשן באופן אחיד בהתאם לדרישות התכנון. כדי להבטיח את איכות המוצר, יש להתאים את לחץ האוויר וזרימת האוויר על סמך עקומת הטמפרטורה המתוכננת. יש לשמור על לחץ כבשן יציב (לחץ חיובי קל של 10-20 Pa באזור השריפה ולחץ שלילי של... (10- עד 50- פסקל באזור החימום המוקדם) בהתבסס על נתוני ניטור. יציאת הכבשן: כאשר קרון הכבשן מגיע ליציאת כבשן המנהרה, חלקי הלבנים סיימו את השריפה והתקררו לטמפרטורה מתאימה. לאחר מכן ניתן להעביר את קרון הכבשן הנושא את הלבנים המוגמרות לאזור הפריקה באמצעות ציוד טיפול, לבדוק אותו ולפרוק אותו כדי להשלים את תהליך שריפת כבשן המנהרה. קרון הכבשן הריק חוזר לאחר מכן למיקום ערימת הלבנים בסדנה. לאחר מכן התהליך חוזר על עצמו עבור מחזור הערימה והשריפה הבא.

מאז המצאתו, כבשן המנהרה ליריפת לבנים עבר אופטימיזציות מבניות וחידושים טכנולוגיים רבים, תוך שיפור הדרגתי של תקני הגנת הסביבה ורמות האוטומציה. בעתיד, אינטליגנציה, ידידותיות לסביבה רבה יותר ומיחזור משאבים ישלטו בכיוונים טכנולוגיים, וידחו את תעשיית הלבנים והאריחים לעבר ייצור מתקדם.