3.3. Реакторы-печи туннельного типа
Очень часто продуктами твердофазных реакций являются готовые изделия определенной формы, приданной им предварительно в прессах.
Поэтому для осуществления химических реакций в изделиях определенной формы (огнеупорные изделия разной формы, железобетонные изделия, керамика и т.д.) используются реакторы туннельного типа с различными способами перемещения изделий вдоль туннеля для последовательного осуществления нескольких процессов: прогрева изделий, их сушки (если прессование происходило в присутствие влаги или растворителя), химической реакции между компонентами в изделии и их охлаждение с утилизацией теплоты.
Туннельные печи в настоящее время наиболее совершенный тип печей для обжига всех видов формованных изделий.
Рабочей камерой туннельной печи является сквозной канал, целиком заполненный вагонетками, на которых установлены обжигаемые изделия. В средней части печи размещена зона обжига. В зоне обжига сжигается топливо, продукты горения которого просасываются вентиляторами вперед и омывают изделия, находящиеся в зоне подогрева.
Холодный воздух нагнетается в концевой части печи, охлаждает изделия, и сам при этом нагревается. Нагретый воздух поступает в зону обжига и используется для горения топлива.
Туннель полностью заполняется вагонетками. Очередную вагонетку подают по рельсам к загрузочному торцу печи и заталкивают в печь специальным механизмом-толкателем. при этом весь поезд вагонеток, находящийся в туннеле, перемещается на длину одной вагонетки, а с другого конца туннеля выталкивается вагонетка с охлажденным изделием. Подобное перемещение вагонеток осуществляют в туннельных печах либо непрерывно, либо циклически.
Таким образом, в туннельных печах в отличие от кольцевой печи, расположение тепловых зон стабильно, а обжигаемый материал на вагонетках перемещается относительно этих зон. Взаимодействие обжигаемого материала с дымовыми газами и воздухом происходит по принципу противотока, что обеспечивает возможность достижения высоких температур нагрева (практически до 16500С).
Существует много разновидностей туннельных печей, отличающихся формой туннеля (прямолинейный, кольцевой, щелевой, многоканальный), способом перемещения материала в туннеле (вагонеточные, ленточные, роликовые, печи со скользящими подкладками, с шагающим и вращающимся ходом), способом теплообмена (открытого огня и муфельные), источником теплоты (пламенные и электрические печи).
При больших температурах химических реакций в зоне обжига туннельных печей представляет интерес конструкция стен и сводов.
На рис. 3.8 представлено поперечное сечение туннельной печи из жаростойкого бетона для обжига керамики и кирпича.
Рис.3.8. Поперечное сечение туннельной печи из жаростойкого бетона для обжига керамики и кирпича.
Свод состоит из двух бетонных панелей 3, между которыми находится шарнир 4, с помощью которого просто решаются вопросы температурных удлиннений при нагреве свода от 20 до 16500С. Стеновые панели 2 тоже выполнены из жаростойкого бетона, как и цокольный блок 1. Каркас печи упрочнен металлическими стойками 5. В качестве теплоизоляции вверху печи используются минераловатные маты 6, защищенные снаружи асбоцементными листами.
В последние годы в России и за рубежом начали сооружать стены туннельных печей из волокнистых керамических материалов (из каолинового волокна на керамической связке), дающих возможность до минимума сократить толщину стен и уменьшить их тепловую инерцию.
Для разграничения восстановительных от окислительных зон керамических печей ставят воздушные завесы, схема одной из которой представлена на рис. 3.9. В этом случае воздух определенного состава и температуры подается по каналам 1 вверх туннельной печи, откуда по специальным отверстиям направляется поперек сечения печи и непрерывно отводится по каналам 2.
Рис.3.9. Схема воздушной завесы.