適用于內(nèi)墻磚燒成的寬體輥道窯的設(shè)計(jì)

柳丹　譚映山　張桂華

摘 要：本文詳細(xì)地介紹了適用于內(nèi)墻磚燒成的寬體輥道窯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)，分析了節(jié)能措施及使用的效果。陶瓷行業(yè)總能耗中70%～80%是在干燥、燒成過(guò)程，故陶瓷窯爐節(jié)能是關(guān)鍵，陶瓷高能耗是阻礙行業(yè)發(fā)展的最大屏障。如何設(shè)計(jì)出適用于內(nèi)墻磚燒成的寬體輥道窯達(dá)到節(jié)能降耗的目的，這是政府和企業(yè)的急需。

關(guān)鍵詞：內(nèi)墻磚；寬體輥道窯；節(jié)能

1 節(jié)能減排的形勢(shì)要求

我國(guó)在2009年哥本哈根世界氣候大會(huì)上承諾到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%，“十二五”規(guī)劃綱要中明確指出，我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷單位工業(yè)增加值能耗降低20%，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物利用率要達(dá)70%以上。廣東省十二五自定節(jié)能目標(biāo)應(yīng)下降20%，比全國(guó)萬(wàn)元GDP能耗下降16%還要高。綱要中還指出，到2015年化學(xué)需求量控制在170.1萬(wàn)t、氨氮排放量控制在20.39萬(wàn)t、氮氧排放量控制在109.9萬(wàn)t，比2010年要分別下降12%、13.3%和16.9%。這將使我國(guó)陶瓷行業(yè)面臨著一場(chǎng)更加嚴(yán)峻的節(jié)能減排形勢(shì)，特別是對(duì)陶瓷窯爐的技術(shù)升級(jí)提出了更高的要求。

陶瓷行業(yè)總能耗中70%～80%是在干燥、燒成過(guò)程，故陶瓷窯爐節(jié)能是關(guān)鍵，陶瓷高能耗是阻礙行業(yè)發(fā)展的最大屏障。如何設(shè)計(jì)出適用于內(nèi)墻磚燒成的寬體輥道窯達(dá)到節(jié)能降耗的目的，這是政府和企業(yè)的急需。

2 窯爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 產(chǎn)品性質(zhì)：內(nèi)墻磚生產(chǎn)線；

（2） 燃料：發(fā)生爐煤氣（低位熱值1250 kcal/Nm3）；

（3） 生產(chǎn)能力：23000 m2/天；

（4） 產(chǎn)品規(guī)格：300 mm×600 mm 內(nèi)墻磚；

（5） 燒成溫度：設(shè)計(jì)極限溫度1250 ℃，使用溫度：1180 ℃；

（6） 干燥溫度：80～180 ℃；

（7） 素?zé)ㄒ淮危芍芷冢?2 min，釉燒（二次）燒成周期：33 min。

2.2 高溫素?zé)に?/p>

（1） 干燥窯窯長(zhǎng)：97656 mm；

（2） 素?zé)G爐總長(zhǎng)：233280 mm；

（3） 素?zé)G內(nèi)寬：3200 mm；

（4） 釉燒窯內(nèi)寬：3200 mm；

（5） 釉燒窯爐總長(zhǎng)：224640 mm；

2.3 窯爐結(jié)構(gòu)（以素?zé)G為例）

2.3.1素?zé)G金屬結(jié)構(gòu)

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)件都由碳鋼框架制成，它們支撐絕熱的內(nèi)襯，外部有鋼板保護(hù)，以利于檢查和正常維修。這些窯爐標(biāo)準(zhǔn)單元用金屬方管制成可移動(dòng)的框架構(gòu)件（每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元放在8根鋼輥上）。在方管中間，有一個(gè)“固定點(diǎn)”。在膨脹和收縮過(guò)程中，可從該點(diǎn)起移動(dòng)。

2.3.2窯體結(jié)構(gòu)

（1） 排煙預(yù)熱帶窯體結(jié)構(gòu)

排煙余熱帶窯體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示

（2） 預(yù)熱帶（拱頂）結(jié)構(gòu)

預(yù)熱帶（拱頂）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

（3） 高溫段結(jié)構(gòu)

高溫段結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

（4） 急冷段窯墻結(jié)構(gòu)

急冷段窯墻結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

（5） 緩冷段窯體結(jié)構(gòu)

緩冷段窯體結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

（6） 直冷、緩冷區(qū)窯體結(jié)構(gòu)圖

直冷、緩冷區(qū)窯體結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

2.4 燃燒系統(tǒng)的溫度控制及安全裝置

（1） 該窯采用新型高效節(jié)能?chē)姌尳M。為使窯內(nèi)溫度分布均勻，減小溫差，噴槍上下左右交錯(cuò)密排。

（2） 每支噴槍的對(duì)面有觀火孔，觀火孔可以查看噴槍燃燒狀態(tài)，磚坯的走位。

（3） 每8支槍組成一個(gè)控制區(qū)進(jìn)行PID自動(dòng)控制。

（4） 停電自動(dòng)關(guān)閉煤氣總閥。

（5） 為了確保安全、可靠。氣站設(shè)有壓力表、蝶閥、過(guò)濾器、氣動(dòng)安全閥，配流量計(jì)，放散閥，防爆裝置等安全設(shè)備。

2.5 助燃系統(tǒng)

（1） 由四臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（兩開(kāi)兩備）及助燃主管、支管組成。引風(fēng)口同時(shí)與余熱主管連接及外界連接，利用余熱助燃，適當(dāng)配置外界冷風(fēng)，既安全又節(jié)能。

（2） 助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥使用銅閘閥，一級(jí)風(fēng)機(jī)在氧化帶，二級(jí)風(fēng)機(jī)在燒成帶。

（3） 采用助燃風(fēng)加熱系統(tǒng)。助燃風(fēng)機(jī)將助燃風(fēng)打入助燃主管，經(jīng)過(guò)急冷段上端，將助燃風(fēng)引入助燃換熱管，通過(guò)換熱管與窯內(nèi)熱量進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到加熱助燃風(fēng)的目的。加熱后的助燃風(fēng)送入助燃主管，最終將加熱后的助燃風(fēng)送入燃燒器進(jìn)行燃燒。急冷換熱助燃加熱系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是成功利用窯爐本身的熱量，既達(dá)到了加熱助燃風(fēng)的目的，降低窯體外表面溫度及散熱量，又不會(huì)額外消耗能源，從而達(dá)到節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

2.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)包括急冷、緩冷、終冷、余熱回收四個(gè)部分。急冷設(shè)于燒成帶未端，由高壓離心鼓風(fēng)機(jī)，環(huán)境空氣通過(guò)總管、支管、手動(dòng)蝶閥，直接將窯外冷空氣經(jīng)不銹鋼管通過(guò)細(xì)孔高速打入窯內(nèi)。急冷采用變頻調(diào)速、PID智能控制，既節(jié)能又自動(dòng)調(diào)溫。緩冷處于急冷和快冷之間。此段不直接打入冷卻風(fēng)，通過(guò)抽熱風(fēng)機(jī)將環(huán)境空氣吸入，進(jìn)入窯內(nèi)導(dǎo)熱良好的風(fēng)管，并將換熱后的熱空氣送入干燥器內(nèi)，冷空氣在換熱過(guò)程中，使制品得到間接的冷卻，讓制品安全跨過(guò)573 ℃的晶型轉(zhuǎn)變關(guān)鍵階段。終冷段設(shè)在窯尾，它通過(guò)自然進(jìn)冷風(fēng)，由低壓大流量引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排出熱交換后的熱風(fēng)，達(dá)到快冷制品目的。抽熱吸口，設(shè)于冷卻帶，熱風(fēng)從不同的抽風(fēng)口經(jīng)由支管、閥門(mén)和熱風(fēng)總管，由鍋爐引風(fēng)機(jī)抽出送入干燥窯，使余熱能得到充分利用。風(fēng)機(jī)出口裝有調(diào)節(jié)閘板，風(fēng)機(jī)裝有減震器。

3 窯爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 合理配置燒嘴解決窯爐寬度上斷面溫差

在燃燒控制方面，采用長(zhǎng)、短火焰燒嘴科學(xué)合理配置，實(shí)現(xiàn)溫度在窯內(nèi)的均勻分布，達(dá)到減小斷面溫差且節(jié)能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節(jié)能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)斷面溫差精確控制。本設(shè)計(jì)中采用仿“漢索夫型”高速等溫?zé)?，成功地?yīng)用在寬體輥道窯的燒成，有效的解決寬體窯的斷面溫差。

3.2 閘板和擋火墻的合理設(shè)置

通過(guò)大量的實(shí)踐，都認(rèn)識(shí)到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內(nèi)的作用，合理的設(shè)置閘板和擋火墻在窯長(zhǎng)方向上位置及閘板、擋火墻的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)窯爐溫度的分段控制，強(qiáng)制窯內(nèi)熱氣流的流向，減少窯爐內(nèi)上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優(yōu)質(zhì)保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項(xiàng)目采用質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小的納米隔熱，不僅能夠減薄窯墻厚度，而且能夠提高窯墻保溫性能，從而降低窯爐表面散熱能。

3.4 充分利用余熱提高助燃風(fēng)溫度

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，采用高效率助燃風(fēng)加熱技術(shù)，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風(fēng)，將助燃風(fēng)加熱至150～200 ℃；還將多余的熱送干燥窯或噴霧塔，不僅可以提高窯爐的余熱利用率，而且環(huán)保，可有效的節(jié)約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結(jié)構(gòu)

早期輥道窯的窯頂都是平頂結(jié)構(gòu)，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)主要有：拱頂部位燃燒空間增大，可以增加截面中間部位輻射層厚度，增加傳熱能力；拱頂弧面有利于界面中部獲得更多輻射傳熱；能更有效地克服平窯頂存在的界面熱氣流死角，大大改善截面的溫度均勻性。另外，輥道窯燒成帶中傳熱方式以輻射為主，占總傳熱的80%，輻射傳熱的關(guān)鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結(jié)構(gòu)可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預(yù)熱帶和冷卻帶采用平頂結(jié)構(gòu)，這樣更有利于窯內(nèi)熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果

中窯利用本設(shè)計(jì)為佛山某知名企業(yè)改造了三組輥道窯，把原來(lái)的四條長(zhǎng)140 m、寬2.4 m改為兩條長(zhǎng)約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素?zé)?；一條作為釉燒。由中國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會(huì)窯爐暨節(jié)能技術(shù)裝備委員會(huì)組織的窯爐熱平衡測(cè)試結(jié)果顯示，改造后一條窯的產(chǎn)量比原來(lái)兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內(nèi)墻磚，如果按17.5 kg/m2計(jì)算，年節(jié)能量為5047 tce，標(biāo)煤價(jià)格按1000元/t 計(jì)算，每條生產(chǎn)線每年可節(jié)約500多萬(wàn)元，大大提高了該陶瓷企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在燃燒控制方面，采用長(zhǎng)、短火焰燒嘴科學(xué)合理配置，實(shí)現(xiàn)溫度在窯內(nèi)的均勻分布，達(dá)到減小斷面溫差且節(jié)能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節(jié)能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)斷面溫差精確控制。本設(shè)計(jì)中采用仿“漢索夫型”高速等溫?zé)?，成功地?yīng)用在寬體輥道窯的燒成，有效的解決寬體窯的斷面溫差。

3.2 閘板和擋火墻的合理設(shè)置

通過(guò)大量的實(shí)踐，都認(rèn)識(shí)到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內(nèi)的作用，合理的設(shè)置閘板和擋火墻在窯長(zhǎng)方向上位置及閘板、擋火墻的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)窯爐溫度的分段控制，強(qiáng)制窯內(nèi)熱氣流的流向，減少窯爐內(nèi)上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優(yōu)質(zhì)保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項(xiàng)目采用質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小的納米隔熱，不僅能夠減薄窯墻厚度，而且能夠提高窯墻保溫性能，從而降低窯爐表面散熱能。

3.4 充分利用余熱提高助燃風(fēng)溫度

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，采用高效率助燃風(fēng)加熱技術(shù)，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風(fēng)，將助燃風(fēng)加熱至150～200 ℃；還將多余的熱送干燥窯或噴霧塔，不僅可以提高窯爐的余熱利用率，而且環(huán)保，可有效的節(jié)約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結(jié)構(gòu)

早期輥道窯的窯頂都是平頂結(jié)構(gòu)，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)主要有：拱頂部位燃燒空間增大，可以增加截面中間部位輻射層厚度，增加傳熱能力；拱頂弧面有利于界面中部獲得更多輻射傳熱；能更有效地克服平窯頂存在的界面熱氣流死角，大大改善截面的溫度均勻性。另外，輥道窯燒成帶中傳熱方式以輻射為主，占總傳熱的80%，輻射傳熱的關(guān)鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結(jié)構(gòu)可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預(yù)熱帶和冷卻帶采用平頂結(jié)構(gòu)，這樣更有利于窯內(nèi)熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果

中窯利用本設(shè)計(jì)為佛山某知名企業(yè)改造了三組輥道窯，把原來(lái)的四條長(zhǎng)140 m、寬2.4 m改為兩條長(zhǎng)約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素?zé)灰粭l作為釉燒。由中國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會(huì)窯爐暨節(jié)能技術(shù)裝備委員會(huì)組織的窯爐熱平衡測(cè)試結(jié)果顯示，改造后一條窯的產(chǎn)量比原來(lái)兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內(nèi)墻磚，如果按17.5 kg/m2計(jì)算，年節(jié)能量為5047 tce，標(biāo)煤價(jià)格按1000元/t 計(jì)算，每條生產(chǎn)線每年可節(jié)約500多萬(wàn)元，大大提高了該陶瓷企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在燃燒控制方面，采用長(zhǎng)、短火焰燒嘴科學(xué)合理配置，實(shí)現(xiàn)溫度在窯內(nèi)的均勻分布，達(dá)到減小斷面溫差且節(jié)能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節(jié)能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)斷面溫差精確控制。本設(shè)計(jì)中采用仿“漢索夫型”高速等溫?zé)?，成功地?yīng)用在寬體輥道窯的燒成，有效的解決寬體窯的斷面溫差。

3.2 閘板和擋火墻的合理設(shè)置

通過(guò)大量的實(shí)踐，都認(rèn)識(shí)到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內(nèi)的作用，合理的設(shè)置閘板和擋火墻在窯長(zhǎng)方向上位置及閘板、擋火墻的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)窯爐溫度的分段控制，強(qiáng)制窯內(nèi)熱氣流的流向，減少窯爐內(nèi)上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優(yōu)質(zhì)保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項(xiàng)目采用質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小的納米隔熱，不僅能夠減薄窯墻厚度，而且能夠提高窯墻保溫性能，從而降低窯爐表面散熱能。

3.4 充分利用余熱提高助燃風(fēng)溫度

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，采用高效率助燃風(fēng)加熱技術(shù)，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風(fēng)，將助燃風(fēng)加熱至150～200 ℃；還將多余的熱送干燥窯或噴霧塔，不僅可以提高窯爐的余熱利用率，而且環(huán)保，可有效的節(jié)約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結(jié)構(gòu)

早期輥道窯的窯頂都是平頂結(jié)構(gòu)，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)主要有：拱頂部位燃燒空間增大，可以增加截面中間部位輻射層厚度，增加傳熱能力；拱頂弧面有利于界面中部獲得更多輻射傳熱；能更有效地克服平窯頂存在的界面熱氣流死角，大大改善截面的溫度均勻性。另外，輥道窯燒成帶中傳熱方式以輻射為主，占總傳熱的80%，輻射傳熱的關(guān)鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結(jié)構(gòu)可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預(yù)熱帶和冷卻帶采用平頂結(jié)構(gòu)，這樣更有利于窯內(nèi)熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果

中窯利用本設(shè)計(jì)為佛山某知名企業(yè)改造了三組輥道窯，把原來(lái)的四條長(zhǎng)140 m、寬2.4 m改為兩條長(zhǎng)約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素?zé)?；一條作為釉燒。由中國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會(huì)窯爐暨節(jié)能技術(shù)裝備委員會(huì)組織的窯爐熱平衡測(cè)試結(jié)果顯示，改造后一條窯的產(chǎn)量比原來(lái)兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內(nèi)墻磚，如果按17.5 kg/m2計(jì)算，年節(jié)能量為5047 tce，標(biāo)煤價(jià)格按1000元/t 計(jì)算，每條生產(chǎn)線每年可節(jié)約500多萬(wàn)元，大大提高了該陶瓷企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。