熊亮,陶志堅(jiān),林小平
(廣東摩德娜科技股份有限公司,佛山 528222)
高效節(jié)能干燥裝備和技術(shù)的研究應(yīng)用
熊亮,陶志堅(jiān),林小平
(廣東摩德娜科技股份有限公司,佛山 528222)
干燥,是陶瓷磚生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一,也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備。隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策日趨嚴(yán)格,執(zhí)行力度已不斷加大,干燥器的節(jié)能、高效和優(yōu)化設(shè)計(jì)也被提到重要的議事日程上。本文將從不同的角度介紹兩種高效節(jié)能干燥器的應(yīng)用,希望陶瓷企業(yè)能根據(jù)自身情況進(jìn)行優(yōu)化組合,達(dá)到利益最大化。
高效節(jié)能;六層自循環(huán)干燥器;立干器;利益最大化
干燥,是陶瓷磚生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備之一。隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策日趨嚴(yán)格,執(zhí)行力度已不斷加大,干燥器的節(jié)能、高效和優(yōu)化設(shè)計(jì)也被提到了重要的議事日程上。本文試圖從陶瓷磚不同產(chǎn)量的角度,研究與之更加適應(yīng)的高效節(jié)能干燥器,進(jìn)而推動(dòng)干燥工序的優(yōu)化。
近年來(lái),尤其是近四年,國(guó)內(nèi)的陶瓷磚產(chǎn)量發(fā)生了翻天覆地的變化。比如拋光地磚,國(guó)內(nèi)的新增生產(chǎn)線普遍追求大產(chǎn)量,單線已從15,000m2/天發(fā)展到45,000m2/天甚至更大產(chǎn)量。燒成方面,每排進(jìn)3片拋光磚 (800 mm×800 mm)的3.1 m寬體窯裝備和技術(shù)已經(jīng)成熟,產(chǎn)量方面容易滿足;而干燥,由于受到坯體強(qiáng)度、干燥速度等因素的制約,急需研究一種新的大產(chǎn)量干燥器。在這種情況下,通過(guò)廣東摩德娜科技股份有限公司研發(fā)人員的共同努力,六層輥道式自循環(huán)干燥器(以下簡(jiǎn)稱六層)應(yīng)運(yùn)而生。如圖1、圖2所示。
圖1 六層干燥器一側(cè)
圖2 六層干燥器截面之一
該干燥器有哪些特點(diǎn)呢?本文將著重介紹六層窯爐的顯著特點(diǎn)。
2.1 “自循環(huán)”結(jié)構(gòu),干燥效率高
六層自循環(huán)干燥器設(shè)計(jì)成2.8 m或3.5 m模數(shù)段,每段采用一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī),將濕熱空氣不斷抽出干燥器,經(jīng)燃燒機(jī)或窯爐產(chǎn)品冷卻的余熱補(bǔ)充少許熱量后,再送到干燥器內(nèi)。由于大部分熱風(fēng)在干燥器內(nèi)不斷循環(huán)使用,僅有少量濕氣排出干燥器,該結(jié)構(gòu)不僅可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度,而且具有明顯的節(jié)能效果。此外,由于熱風(fēng)在短距離內(nèi)“自循環(huán)”,對(duì)流速度快,干燥器內(nèi)形成“刮風(fēng)”的效果,熱風(fēng)與坯體接觸充分,并能迅速帶走蒸發(fā)水,因此效率較高,干燥周期僅為30~40 min就可達(dá)到良好的干燥效果。而國(guó)內(nèi)常用的雙層輥道式干燥器(以下簡(jiǎn)稱雙層)的周期一般為50~60 min,六層的干燥效率可提高40%以上。即使雙層也設(shè)計(jì)成自循環(huán)結(jié)構(gòu),因其路線長(zhǎng)(六層結(jié)構(gòu)緊湊,垂直布管,一根主管供六層,而雙層要加熱同樣產(chǎn)量的坯體,一根主管需要垂直布管后再水平布置3倍長(zhǎng)度的主管),熱風(fēng)循環(huán)效果會(huì)大打折扣。
2.2 能耗低
當(dāng)單、雙層干燥器和六層都不利用窯爐冷卻余熱及煙氣時(shí),六層燃耗僅為1,250kcal/kg水~1,600kcal/kg水,而國(guó)內(nèi)雙層干燥器的燃耗達(dá)到了 2,000kcal/kg水~3,000kcal/kg水,通過(guò)比較,六層干燥坯體的單位燃耗低了50%左右。主要原因是自循環(huán)結(jié)構(gòu)提高了熱利用率、干燥速度快、排濕量少且排出溫度低、框體散熱面積小等幾個(gè)方面。如果將窯爐煙氣和冷卻余熱全部利用起來(lái),該干燥器幾乎不使用燃料。
2.3 產(chǎn)量大
盡管不同結(jié)構(gòu)干燥器的產(chǎn)量都可增加,但實(shí)際情況卻不一樣,尤其是磚坯線速度和磚坯在干燥器內(nèi)與熱風(fēng)接觸的時(shí)間大不相同。比如,燒后拋光地磚產(chǎn)量為45,000m2/天時(shí),干燥周期為40 min,六層的長(zhǎng)度僅需108 m(內(nèi)寬3.2 m),即可達(dá)到50,000m2/天的毛坯,此時(shí)磚坯在干燥器運(yùn)行的線速度為2.7 m/min;而同樣內(nèi)寬的雙層,在同樣干燥周期的條件下,長(zhǎng)度需324 m,磚坯在干燥器運(yùn)行的線速度為8.1 m/min,比六層快了3倍。磚坯運(yùn)行快,與輥棒磨損加大,產(chǎn)生機(jī)械破損的機(jī)率增加;而熱風(fēng)與坯體接觸時(shí)間短,干燥效率下降。因此,陶瓷企業(yè)使用雙層干燥器時(shí),一般會(huì)通過(guò)延長(zhǎng)干燥時(shí)間的方式進(jìn)行干燥,但效率較低,產(chǎn)量下降,達(dá)到六層同樣的產(chǎn)量,必須加長(zhǎng)干燥器,占地多。
2.4 自動(dòng)化程度高
該干燥器不僅自動(dòng)控制溫度、濕度、風(fēng)壓和磚坯進(jìn)出,而且利用一系列傳感器、PLC、電腦和傳動(dòng)裝置,根據(jù)磚坯進(jìn)、出狀況,“自動(dòng)”調(diào)整參數(shù)適應(yīng)磚坯量變化的"空窯"管理技術(shù),確保干燥質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí),還可以自動(dòng)計(jì)算單位產(chǎn)品能耗變化情況,隨時(shí)提醒操作人員及時(shí)調(diào)整。
窯爐磚坯運(yùn)行狀態(tài),如圖3所示。
圖3 “空窯”管理技術(shù)
2.5 節(jié)省場(chǎng)地
與雙層相比,在同樣內(nèi)寬、相同干燥周期的情況下,六層的占地面積比雙層少50%。由于六層將風(fēng)管設(shè)計(jì)到干燥器內(nèi)部?jī)蓚?cè),不僅外形美觀,而且場(chǎng)地更省。
2.6 安排生產(chǎn)靈活
由于目前單線產(chǎn)量大,為了適應(yīng)不同銷量、不同品種的訂單,在工藝布局時(shí)先將壓機(jī)分組,再將壓制的磚坯輸送到干燥器的某層,干燥后分別送到窯爐截面的不同位置 (每組壓機(jī)生產(chǎn)的品種在窯爐截面位置相對(duì)固定),這樣可以保證產(chǎn)品色澤、變形量相對(duì)一致。
以9臺(tái)壓機(jī)、日產(chǎn)45,000 m2的拋光地磚單線為例,其平面布置如圖4、圖5所示.
壓機(jī)1壓制之后的磚坯通過(guò)輥臺(tái)2、橫向連接線3進(jìn)入六層干燥器,每3臺(tái)壓機(jī)為一組,其磚坯只進(jìn)其中的2層。磚坯出干燥器后,每2層的坯體分別集中到三條輸送線,經(jīng)過(guò)裝飾后入窯。由圖4可以看出,輸送線a、b、c進(jìn)入窯爐橫截面位置分別為右、中、左(面對(duì)窯頭),是相對(duì)固定的。生產(chǎn)時(shí),既可安排所有壓機(jī)生產(chǎn)一個(gè)品種,也可以安排每3臺(tái)壓機(jī)生產(chǎn)一個(gè)品種,安排生產(chǎn)非常靈活,對(duì)銷售量的限制相對(duì)較小。除此之外,每3臺(tái)壓機(jī)的磚坯進(jìn)入干燥器的哪一層、窯爐的哪個(gè)位置比較明顯,當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí),容易查找原因。
圖4 壓機(jī)布置圖
圖5 磚坯進(jìn)窯平面布置圖
目前,立式干燥器(簡(jiǎn)稱立干器,下同)在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家(如意大利、西班牙、美國(guó)等)和一些發(fā)展中國(guó)家(如印度、印尼、巴西等)大量使用。實(shí)踐證明,立干器在能耗、占地面積、操作環(huán)境等方面優(yōu)勢(shì)突出,使用效果較好。如圖6所示。
3.1 結(jié)構(gòu)
(1)鋼架主體
立干器的鋼架主體和輥道式干燥器(即臥式)主體一樣,是整個(gè)干燥器的骨架,絕大部分部件和其他設(shè)備都布置到主框架上。立干器的高度超過(guò)8.5m。
圖6 立干器示意圖
(2)喂磚和卸磚系統(tǒng)
立干器的喂磚和卸磚系統(tǒng)等同于輥道式干燥器的進(jìn)窯機(jī)和出窯機(jī),起到了裝載和卸載磚坯的作用。這種裝卸系統(tǒng)采取的傳動(dòng)方式與目前許多陶瓷廠用的儲(chǔ)坯車循環(huán)系統(tǒng)是一樣的,以小輥棒傳動(dòng) (外徑一般為25 mm的鋼棒)。當(dāng)磚坯來(lái)到入口時(shí),干燥器儲(chǔ)坯籠(相當(dāng)于“吊籃”,籃內(nèi)有多層鋼棒,一般為12層)的某一層與輥臺(tái)同水平面,傳動(dòng)裝置會(huì)自動(dòng)地將傳動(dòng)卡頭插入輥棒內(nèi),從而帶動(dòng)儲(chǔ)坯籠輥棒傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)裝坯、卸坯同步進(jìn)行。儲(chǔ)坯籠上升或下降過(guò)程中以層間距為停頓間隔,每到一層,入口進(jìn)坯,出口卸坯。
(3)供熱風(fēng)及排濕系統(tǒng)
如圖6所示,大部分熱風(fēng)可以通過(guò)供熱循環(huán)風(fēng)機(jī)反復(fù)使用,由兩臺(tái)燃燒機(jī)自動(dòng)補(bǔ)充熱量,自動(dòng)控制溫度。立干器內(nèi)風(fēng)管上有多個(gè)分風(fēng)器導(dǎo)流,熱風(fēng)從每一層的一邊抽到另一邊后回到供熱風(fēng)機(jī)內(nèi)補(bǔ)充熱量再供入,相當(dāng)于每一層形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。排濕由單獨(dú)的小功率風(fēng)機(jī)控制(或自然排濕),并設(shè)計(jì)有濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),如圖7所示。
(4)磚坯裝載回路系統(tǒng)
立干器的磚坯裝載回路系統(tǒng)是立干器承載和運(yùn)送磚坯的系統(tǒng),相當(dāng)于輥道式(即臥式)的輥棒傳動(dòng)系統(tǒng)。但立干器的承載系統(tǒng)是由若干個(gè)儲(chǔ)坯籠組成,儲(chǔ)坯籠在立干器內(nèi)做行星回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(磚坯從立干器下部入口進(jìn),在內(nèi)部繞一圈后從另一邊下部出),磚坯相對(duì)于儲(chǔ)坯籠是靜止的。
圖7 立干器儲(chǔ)坯籠每層磚坯熱風(fēng)循環(huán)示意圖
(5)坯溫控制系統(tǒng)
主要用來(lái)控制坯體上釉線的溫度。此系統(tǒng)由一個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管路及若干個(gè)調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)流板組成,升溫由燃燒機(jī)供熱,降溫通過(guò)配冷風(fēng)??蛻艨梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的工藝來(lái)選擇是否需要這個(gè)系統(tǒng)。
3.2 特點(diǎn)
(1)占地面積小
生產(chǎn)拋光地磚時(shí),每臺(tái)立干器的產(chǎn)量可達(dá)到8,000m2/天。當(dāng)陶瓷企業(yè)燒后產(chǎn)量為20,000m2/天時(shí),可以選配3臺(tái)立式干燥器。單臺(tái)立干器的最大長(zhǎng)度為10m,最大外寬為6.7m,占地面積為67m2,3臺(tái)立干器的占地面積為201m2。廣東某陶瓷企業(yè)產(chǎn)量為20,000m2/天,采用的5層干燥器,占地面積為2.8m(長(zhǎng))×7.0m(寬,含抽輥空間)×21(節(jié))= 411.6m2,兩相比較,節(jié)約了51%的土地。如果與傳統(tǒng)的雙層或3層干燥器相比,省地優(yōu)勢(shì)更加明顯。
(2)能耗低
立干器有效利用了高度空間,磚坯從一端的下部向上運(yùn)行,通過(guò)頂部后再下行到底部卸出。熱風(fēng)溫度增加后密度降低而上升,磚坯的溫度在運(yùn)行過(guò)程中自然逐步升高,不用太大的風(fēng)壓即可使熱風(fēng)布滿整個(gè)干燥室內(nèi),因此風(fēng)機(jī)功率小,省電(抽濕集中到頂部,也可利用自然抽力)。使用循環(huán)風(fēng)不僅提高了了風(fēng)速,也減少了排濕量,加上立干器內(nèi)磚坯運(yùn)行周期一般在90min左右(比雙層干燥器還慢了50%),熱風(fēng)與磚坯熱交換時(shí)間長(zhǎng),因此燃耗低。
立干器的電耗一般為8.5kW/t磚,熱耗約1,250kcal/ kg水,綜合能耗比輥道式干燥器低20%以上。
(3)合格率高
磚坯被裝入儲(chǔ)坯籠后,一直保持與輥棒的相對(duì)靜止(磚坯不運(yùn)動(dòng)),所以干燥過(guò)程中,磚坯不受機(jī)械外力的影響。這樣也就減少了由于機(jī)械震動(dòng)而造成的干燥裂。從立干器投入使用的情況來(lái)看,基本不存在干燥開裂這一現(xiàn)象,因此合格率較高。
(4)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,調(diào)試容易
控制柜設(shè)有溫度和濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),調(diào)試人員可以直接從控制柜電腦中讀取和改變干燥參數(shù)?;静恍枰浆F(xiàn)場(chǎng)調(diào)整閥門,即使到現(xiàn)場(chǎng)距離也比較短,操作勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(5)工作環(huán)境良好
立干器熱風(fēng)管比輥道式干燥器少很多,操作人員無(wú)需在復(fù)雜的熱風(fēng)管路間進(jìn)行調(diào)試和保養(yǎng)工作,如圖8所示。
圖8 立干器工作環(huán)境
從上述分析可以看出,六層輥道式干燥器和立干器都具有高效、節(jié)能、省場(chǎng)地等優(yōu)勢(shì),值得大力推廣。但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),六層干燥器層數(shù)多產(chǎn)量大,非常適合陶瓷磚單線產(chǎn)量超過(guò)20,000m2/天的陶瓷生產(chǎn)線。而立式干燥器,由于利用地上和地下空間,高度受到限制,更加適合產(chǎn)量低于20,000m2/天的陶瓷磚生產(chǎn)線 (若1條生產(chǎn)線采用3臺(tái)以上的立干器,布置難度大)。陶瓷企業(yè)需要根據(jù)各自的產(chǎn)量特點(diǎn),選擇不同結(jié)構(gòu)的干燥裝備,這樣不僅可以優(yōu)化生產(chǎn),而且可以使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化。