Assessing energy efficiency of electric furnace suspended heating system for bulk material heat treatment

Abstraсt: The article studies heat transfer processes in the working space of the electric furnace firing modules in order to identify additional opportunities to reduce the energy intensity of bulk material firing when using a new heating system. The study includes the modeling of radiant energy transfer from heating elements to the heat-treated medium using a balance-flow method. In addition, a comparative analysis is given to new data and the data obtained earlier on previous modifications of heating systems of similar furnaces when burning vermiculite. The design of a new suspended heating system of firing modules of electric modular trigger furnaces providing high-quality swelling of vermiculite under the reduced by 22.1% specific energy has been developed. The surface temperature of the intumescent vermiculite granules has been calculated. The equation of heater and grain surface temperature relationship has been obtained at a steady temperature. The conducted researches have proved the efficiency of the new design of the suspended heating system of electric modular trigger furnace firing modules. The calculations showed that under otherwise equal conditions the application of the suspended heating system in the furnace modules provides a complete calcination of the vermiculite under reduced to 79.3 kW consumption of electric power.

electric modular trigger furnace, suspended heating system, heat transfer, radiant energy, specific energy consumption of firing, consumed power, heating temperature, furnace reliability

1. Rashad A.M. Vermiculite as a construction material - A short guide for Civil Engineer. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. P. 53-62.

2. Fuks L., Herdzik-Koniecko I. Vermiculite as a potential component of the engineered barriers in low- and medium-level radioactive waste repositories // Applied Clay Science. 2018. Vol. 161. Р. 139-150.

3. Kariya J., Ryu J., Kato Y. Development of thermal storage material using vermiculite and calcium hydroxide // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 94. P. 186-192.

4. Kim Hung Mo, Hong Jie Lee, Michael Yong Jing Liu, Tung-Chai Ling. Incorporation of expanded vermiculite lightweight aggregate in cement mortar // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179. P. 302-306.

5. Sevim İşçi. Intercalation of vermiculite in presence of surfactants // Applied Clay Science. 2017. Vol. 146. P. 7-13.

6. Кременецкая И.П., Беляевский А.Т. Аморфизация серпентиновых минералов в технологии получения магнезиально-силикатного реагента для иммобилизации тяжелых металлов // Химия в интересах устойчивого развития. 2010. № 18. С. 41-49.

7. Кременецкая И.П., Корытная О.П., Васильева Т.Н. Реагент для иммобилизации тяжелых металлов из серпентиносодержащих вскрышных пород // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2008. № 4. С. 33-40.

8. Нижегородов А.И. Опыт эксплуатации электрических модульно-спусковых печей различных модификаций для обжига вермикулитовых концентратов // Огнеупоры и техническая керамика. 2014. № 9. С. 27-34.

9. Нижегородов А.И., Звездин А.В. Энерготехнологические агрегаты для переработки вермикулитовых концентратов. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. 250 с.

10. Нижегородов А.И. Факторы надежности энерготехнологических агрегатов для обжига вермикулита // Строительные и дорожные машины. 2015. № 5. С. 13-18.

11. Телегин А.С., Швыдкий В.С., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос. М.: Академкнига, 2002. 455 с.

12. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

13. Нижегородов А.И., Звездин А.В., Брянских Т.Б. Уточненная модель теплоусвоения вермикулита при обжиге в электрических печах с учетом новых экспериментальных данных // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 96-99.

14. Zvezdin A.V., Bryanskikh T.G. Nizhegorodov A.I. Аnalytical model of absorption reflec-tion properties of vermiculite under thermal / Refractories and industrial ceramics. 2017. Vol. 57. No. 1.