Однако, по нашему мнению, для обоснования широкого применения слоистых конструкций только одного параметра - теплопроводности — недостаточно. Туннельно-шнековая электрическая печь для обжига мелкого керамзитового гравия и песка

Повышение требований к ограждающим конструкциям зданий по теплозащите и энергосбережению привело к тому, что однослойные панели из керамзитобетона слитной структуры в значительной степени вытеснены слоистыми конструкциями, в том числе трехслойными панелями с эффективными утеплителями. При этом основным и единственным аргументом в пользу последних выдвигается низкая теплопроводность, а против применения керамзитобетонных однослойных — высокая насыпная плотность керамзита, высокий удельный расход топлива на обжиг и отсутствие обжигового керамзитового песка. Однако, по нашему мнению, для обоснования широкого применения слоистых конструкций только одного параметра - теплопроводности — недостаточно. Необходима объективная оценка их долговечности. Слоистые конструкции, включая и трехслойные панели, представляют собой четко выраженные разноплотные среды [1].

В таких средах, особенно на границе их раздела и фаз ингредиентов среды, постоянно имеется разность температуры и влажности, переноса вещества, энергии и импульса, химического и электрического потенциалов и т. п., что создает условия для развития деструктивных процессов (гидролиз, термодеструкция, криолиз, поверхностные явления, диффузия, коррозия и т.д.) в объеме конструкции, панели, в основе которых лежит адсорбция, а также конденсация. Перечисленные физико-химические процессы действуют совместно. Под их влиянием утеплители (пенопласты, минвата) могут рассыпаться в порошок. Такое положение подтверждается результатами натурных обследований [2]. На границе раздела сред всегда имеется скачок температуры при теплопроводности, являющийся главной причиной расхождения расчетного и действительного значений сопротивления теплопереносу. Отмечается [3], что это расхождение тем больше, чем больше слоев и чем больше различаются между собой теплофизические свойства материалов слоистой конструкции. Адсорбция, конденсация и теплоперенос неразрывно и тесно связаны в слоистых конструкциях. Значительное влияние на характер конденсации оказывает смачиваемость поверхностей, составляющих конструкцию: утеплителя (пенопласта, минваты, ориентированного волокна из базальтового расплава и др.) и цементного камня, например керамзитобетона. На менее гидрофильных (плохо смачиваемых), высокоразвитых, богатых микронеровностями поверхностях (пенопласта, связующих утеплителей) жидкая фаза - вода выпадает в виде отдельных капель, происходит так называемая капельная конденсация.

На более гидрофильных (хорошо смачиваемых) и в меньшей степени развитых поверхностях (цементный камень керамзитобетона) образуется пленка. В данном случае происходит пленочная конденсация. Именно характер конденсации является решающим фактором для теплопереноса в слоистых конструкциях. При капельной конденсации интенсивность теплопереноса выше, чем при пленочной, поскольку сплошная пленка конденсата на цементном камне представляет значительное термическое сопротивление переходу теплоты от поверхности конденсации (цементный камень) к поверхности охлаждения (нагревание утеплителя): коэффициент теплопереноса при капельной конденсации чистого водяного пара при атмосферном давлении в среднем в 7-10 раз больше, чем при пленочной конденсации [4]. Необходимо отметить и такую особенность. При расчете локальных значений коэффициента теплопередачи найденное значение этого коэффициента по известной формуле Нуссельта необходимо увеличивать на 15%, так как в ламинарно движущейся пленке под действием капиллярных сил возникают волны (что не учитывается теорией Нуссельта), приводящие к возрастанию теплопереноса [5].

Рассматривая работу утеплителя в слоистой конструкции, необходимо отдавать предпочтение однослойной, из керамзитобетона, слитной структуре. К этому необходимо добавить важное обстоятельство: керамзит имеет более высокую химическую устойчивость (кислото- и щелочестойкость) в сравнении даже с цементным камнем. Однако для производства однослойных конструкций, отвечающих требованиям второго этапа СНиП П-3—79, необходимо существенно снизить насыпную плотность керамзита и удельный расход топлива на обжиг, а также организовать производство обжигового керамзитового песка. На основании результатов анализа работы конструкции печей различного типа для обжига керамзита и других сыпучих, зернистых материалов разработана принципиально новая печь туннельно-шнекового типа (патент России «Аппарат для термической обработки зернистых материалов», авт. Емельянов А.Н.). В качестве энергоносителя используется электроэнергия.

Нагрев гранул и крошки полуфабриката осуществляется за счет излучения и теплопроводности. Печь представляет собой муфель туннельного типа (см. рисунок), внутри которого по ходу перпендикулярно продольной оси расположены шнековые транспортеры из жаростойкой стали или иного тождественного по свойствам материала. Шнековые транспортеры объединены в транспортирующие системы с помощью независимых передач и имеют индивидуальные приводы, каждый из которых имеет многоступенчатое регулирование скорости движения материала.

Печь работает следующим образом. В предварительно разогретую печь гранулы и/или крошка полуфабриката поступают через загрузочное устройство на шнековый транспортер, по которому равномерно перемешиваясь, перемещаются на следующий, рядом расположенный транспортер. Процессы перемешивания и перемещения повторяются до разгрузочного устройства печи.

Простое специальное устройство исключает скопление гранул и/или крошки у стенок печи. Гранулы и/или крошка, перемещаясь таким образом по ходу печи, быстро и равномерно нагреваются до температуры вспучивания, выдерживаются необходимое время при этой температуре и затем выгружаются из печи. Печь обладает высокой совместимостью с окружающей средой и за счет экономичного использования теплоты отличается лучшими технико-экономическими показателями в сравнении с традиционными вращающимися печами.

Хотя необходимо отметить, что 1 кДж теплоты, получаемый при использовании электроэнергии, в настоящее время стоит в среднем в 8 раз дороже 1 кДж, получаемого при сжигании природного газа. В печи предпочтительнее обжигать мелкий полуфабрикат и/или крошку, что позволит получать керамзитовый гравий мелкой фракции 5—10 мм и керамзитовый песок. Уже готовым полуфабрикатом являются отходы добычи и дробления сухарных глин, глинистых сланцев, аргиллитов. Для мелкого полуфабриката и крошки из пластичного глинистого сырья имеются отработанные в заводских условиях технологические приемы их подготовки. Возможно использование порошковой технологии. Основные технико-экономические показатели новой печи приведены в таблице, где для сравнения даны одноименные показатели наиболее распространенной вращающейся печи размером 2,3x22 м [6].

Футеровка печи не подвергается абразивному износу и механическому воздействию, что имеет место во вращающихся печах. Соответственно улучшаются условия ее эксплуатации, увеличивается срок службы огнеупоров и печи в целом. В конструкции печи используются новые конструкционные материалы — огнеупоры, жаростойкие стали и минералокерамика. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что применение этих материалов в печах строительной керамики дает высокую экономическую эффективность. Например, переоборудование туннельных печей на роликовые снижает на 50% расход энергии [7]. В туннельно-шнековой печи новые конструкционные материалы используются для изготовления транспортирующих шнеков.

Известные недостатки шнековых транспортеров — дробление, измельчение транспортируемого материала и абразивный износ — существенно снижены за счет изменения характера транспортирования и соответственно времени контакта материала со шнеком. В частности, шаг винта предусматривает предельно возможную величину, а скорость его вращения — минимально возможную. Отечественный производственный опыт эксплуатации роликовых печей как технического аналога туннельно-шнековой показывает, что расход жаростойкой стали не превышает 6% от массы роликов, установленных для транспортировки в печи. На 1 пог. м роликовой печи устанавливаются ролики из жаростойкой стали общей массой 240—250 кг, а в туннельно-шнековой шнековые транспортеры — 190—200 кг.

В общем, потребность в жаростойкой стали для туннельно-шнековой печи составляет 28% от потребности для роликовой печи. Оценка технико-экономических показателей применения новой печи в сравнении с вращающейся печью показала, что себестоимость 1 м3 керамзита (гравий + песок) с учетом факторов экологической совместимости с окружающей средой (пылегазоочистка, выбросы вредных веществ и др.) не превышает одноименного показателя керамзитового производства, оснащенного традиционной короткой вращающейся печью. По всем показателям туннельно-шнековая печь имеет лучшие характеристики в сравнении с традиционными вращающимися печами, работающими на природном газе и/или мазуте. Она обладает высокой технологической мобильностью, как по скорости транспортирования обжигаемого материала, так и в результате регулирования температурного режима обжига. Эта печь может успешно применяться для обжига карбонатных пород (особенно отсевов их дробления) в производстве извести, дегидратации глин в производстве керамического кирпича и плитки, строительного гипса и др.

В настоящее время разработана в полном объеме конструкторская документация и определен завод-изготовитель новой печи.