110KV棒型支柱隧道窯燒成的研究與實(shí)踐

劉要才

（湖南湖電電力設(shè)備有限公司 株洲 412205）

1 引言

陶瓷生產(chǎn)離不開(kāi)燒成窯爐，同時(shí)燒成成本也占陶瓷生產(chǎn)總成本的30%～40%,占能源總消耗的80～90%，降低燒成成本是每個(gè)陶瓷企業(yè)長(zhǎng)期需要研究的課題。

燒成成本降低的方法很多，但大體上從以下幾個(gè)方法進(jìn)行：

(1)改變窯爐運(yùn)行方式：由間隙式周期窯爐改變連續(xù)運(yùn)行窯爐，如梭式窯改為隧道窯等連續(xù)窯爐。

(2)改變窯爐保溫材料：由磚棉混合結(jié)構(gòu)改為全棉棉結(jié)構(gòu)。

(3)改變燒成氣氛：由還原焰改為氧化焰。

(4)降低燒成溫度：改變配方降低陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度。如原來(lái)湖南一些日用瓷廠燒成溫度普遍在1410℃，通過(guò)配方改變可以降低燒成溫度至1350℃.

(5)其它方法：如窯爐結(jié)構(gòu)改變，減小窯爐內(nèi)的溫差；使用輕型窯車(chē)；盡量使用氣體燃料，少使用固體和液體燃料等等。

電瓷產(chǎn)品大小、高矮、厚薄差異大，一般窯爐很難滿足其全部要求，在國(guó)內(nèi)電瓷生產(chǎn)行業(yè)中普遍采用梭式窯燒成。梭式窯特點(diǎn)是適應(yīng)性廣，燒成制度可以根據(jù)產(chǎn)品隨時(shí)調(diào)整和變更。另外生產(chǎn)產(chǎn)量隨意性大，沒(méi)有訂單可以不燒；訂單增加，在一定范圍內(nèi)可以加快窯爐的周轉(zhuǎn)次數(shù)。但梭式窯終究是間隙窯爐，存在燒成能耗高。即使是同一產(chǎn)品同樣的人去操作，各窯次之間的燒成制度不可能完全相同，也造成了產(chǎn)品性能各窯次是有差異的。

梭式窯是一種間歇的熱式設(shè)備，窯爐和坯體是同時(shí)升溫的，燃燒的熱量被坯體吸熱后產(chǎn)生的廢氣（煙氣）也隨時(shí)排出窯爐外，而且排出的煙氣溫度隨著窯爐的溫度升高而升高，這一部份熱未得到充分利用被白白浪費(fèi)掉。梭式窯由于間歇燒成，窯的窯墻、窯頂、窯車(chē)及窯具不但存在蓄熱損失，也存在窯的窯墻、窯頂?shù)纳釗p失。在冷卻余熱使用方面,由于冷卻過(guò)程的溫度是逐步降低的，余熱溫度不穩(wěn)定，余熱量不確定，不利于使用對(duì)象具有可操作性。

隧道窯是一種連續(xù)運(yùn)行窯爐，高溫區(qū)的熱空氣在排煙風(fēng)機(jī)的作用下向隧道窯的前端移動(dòng)，裝好坯的窯車(chē)從前端慢慢向高溫區(qū)移動(dòng)。窯車(chē)向高溫移動(dòng)過(guò)程中，窯車(chē)慢慢從熱空氣中吸熱，溫度逐步升到最高溫度。很明顯熱空氣和裝好坯的窯車(chē)是相對(duì)運(yùn)行的，屬于逆流操作的熱工設(shè)備，由于煙氣中的顯熱得到了充分利用，所以它具有熱利用率高，能耗低，產(chǎn)量大等特點(diǎn)。同時(shí)隧道窯各區(qū)間的溫度是穩(wěn)定不變的，也意味著窯墻和窯頂?shù)男顭岱€(wěn)定后，窯墻和窯頂沒(méi)有蓄熱損失，只有窯墻和窯頂散熱損失，蓄熱損失只有窯車(chē)和窯具了。在冷卻余熱使用方面,由于產(chǎn)品進(jìn)出是連續(xù)的，因此產(chǎn)品冷卻也是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，余熱溫度可以穩(wěn)定，余熱量也是一定的，利于使用對(duì)象方便使用。

電瓷產(chǎn)品由于多樣性，產(chǎn)品形狀、大小、厚薄、高矮差異大，如果把同類(lèi)型產(chǎn)品集中，使用隧道窯燒成，可以達(dá)到提高熱利用率高，能耗低的目的。

從上分析可以說(shuō)明，可以嘗試同坯體性質(zhì)的電瓷坯體在隧道窯中燒成。本文對(duì)作者已經(jīng)設(shè)計(jì)投產(chǎn)的110KV隧道的能耗跟梭式窯做了比較，同時(shí)對(duì)溫差和燒結(jié)程度做檢測(cè)和判斷。

2 隧道窯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

本文作者在某公司設(shè)計(jì)的隧道窯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1：

表1 隧道窯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3 隧道窯與梭式窯實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較

3.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)

上述隧道窯與某100立方米梭式窯實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 隧道窯運(yùn)行數(shù)據(jù)

3.2 溫差檢測(cè)

窯爐燒成電瓷產(chǎn)品最重要的是產(chǎn)品性能不能發(fā)生改變，燒成過(guò)程中影響產(chǎn)品的性能主要因素是：窯爐最終溫差、氧化保溫程度、高溫保溫時(shí)間。氧化保溫程度和高溫保溫時(shí)間在隧道窯燒成過(guò)程中是處于受控狀態(tài)，窯爐調(diào)試完成基本保持不變。窯爐最終溫差使用上海齒科材料廠產(chǎn)的測(cè)溫環(huán)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)溫環(huán)放置位置如下：以窯車(chē)的高度為平面，分上(z1)、中(z2)、下(z3)三個(gè)高度平面。以窯車(chē)的橫向（寬度方向）為截面，稱為橫截面，并分為窯車(chē)前橫截面(y1)、窯車(chē)中橫截面y2)、窯車(chē)后橫截面(y3)。以窯車(chē)縱向（長(zhǎng)度方向）為截面，稱為縱向截面，并分為窯車(chē)左縱向截面(x1)、窯車(chē)中縱向截面(x2)、窯車(chē)右縱向截面(x3)。這樣高度方向的三個(gè)平面與三個(gè)橫截面及三個(gè)縱向截面相交出現(xiàn)27個(gè)交點(diǎn)，在這27個(gè)交點(diǎn)上分別放置一個(gè)測(cè)溫環(huán)。這樣全窯車(chē)共放置27個(gè)測(cè)溫環(huán)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表3。同樣的方法對(duì)梭式窯的窯車(chē)，也進(jìn)行窯車(chē)溫度測(cè)試，放置方法同上，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 隧道窯窯車(chē)溫差測(cè)試結(jié)果（℃）

表4 梭式窯窯車(chē)溫差測(cè)試結(jié)果（℃）

3.3 孔隙率試驗(yàn)

為了檢測(cè)瓷質(zhì)瓷化程度，我們?nèi)∽畹蜏囟赛c(diǎn)同一部位的瓷，并按8個(gè)不同的時(shí)間日期分別進(jìn)行體積密度、吸水率、孔隙性試驗(yàn)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。體積密度采用浮力法檢測(cè)，吸水率采用真空法檢測(cè)，吸紅試驗(yàn)采用GB1001.1規(guī)定方法進(jìn)行檢測(cè)。

表5 體積密度、吸水率、孔隙性試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 單位能耗分析

從表2運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，單位能耗（噸瓷能耗）計(jì)算如表5。

運(yùn)行數(shù)據(jù)表2計(jì)算可以看出，同一產(chǎn)品110kV棒形支柱，單位天然氣的能耗隧道窯比梭式窯低39.53%，單位電力消耗隧道窯比梭式窯低60.76%。

表6 單位能耗計(jì)算結(jié)果

上述原因很簡(jiǎn)單，隧道窯燃燒的熱除加熱當(dāng)?shù)匚恢玫漠a(chǎn)品，它的煙氣往窯頭移動(dòng)并加熱前面來(lái)的產(chǎn)品，最終排出窯爐的煙氣溫度只有80℃至130℃，熱利用率高。而梭式窯燃燒的熱加熱產(chǎn)品后會(huì)馬上排出窯爐外，也就如果現(xiàn)在窯內(nèi)溫度是1000℃，那么它排出窯外的煙氣溫度不會(huì)比這個(gè)溫度低太多，這個(gè)溫度的煙氣沒(méi)有得到合理利用，因此梭式窯的能耗比隧道窯的高。

4.2 隧道窯溫差分析

從使用測(cè)溫環(huán)實(shí)測(cè)隧道窯最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)相差11℃，梭式窯最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)相差27℃，窯爐爐溫差隧道窯好于梭式窯。

梭式窯溫差大于隧道窯的原因也簡(jiǎn)單，現(xiàn)在的隧道窯噴嘴都是布置在窯爐的上下，下面的噴嘴的火焰對(duì)著窯車(chē)面與產(chǎn)品下面形成的火道燃燒，由于火焰的自然向上的現(xiàn)象，火焰自然向上移動(dòng)，形成對(duì)流，加強(qiáng)了煙氣與產(chǎn)品的對(duì)流傳熱，加之產(chǎn)品上下高度不太大，煙氣到達(dá)最上面降溫不會(huì)太多，產(chǎn)品更易受熱均勻。梭式窯由于噴嘴布置在垂直面的火道上，靠火道的溫度氣流對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)流傳熱和輻射傳熱，因此靠近火道的產(chǎn)品受熱快，遠(yuǎn)離火道的產(chǎn)品受熱慢，最終靠近火道的產(chǎn)品溫度高，遠(yuǎn)離火道的產(chǎn)品溫度低，溫差大就產(chǎn)生了。

4.3 燒成周期分析

從一個(gè)完整的燒成周期分析，隧道窯燒成周期比梭式窯縮短了6.71%，縮短效果不是很明顯。

4.4 隧道窯余熱使用概況

隧道窯余熱只要進(jìn)車(chē)穩(wěn)定，余熱的產(chǎn)生的量和溫度就是穩(wěn)定輸出，某廠利用此隧道窯的余熱配合隧道烘房使用，坯體烘干質(zhì)量穩(wěn)定。而梭式窯余熱隨著冷卻溫度的降低，輸出的余熱熱量是不穩(wěn)定的，并且利用的時(shí)間很有限，從上火到最低可用溫度及量只有區(qū)區(qū)24h，不能完整滿足坯體烘干的周期。

4.5 成瓷程度

根據(jù)表5結(jié)果，依據(jù)《GB/T1001.1標(biāo)稱電壓高于1000V的架空線路絕緣第一部分定義、試驗(yàn)方法和判定準(zhǔn)則》中孔隙性判斷準(zhǔn)則，可證明隧道窯燒結(jié)的110kV棒形支柱成瓷程度符合判斷準(zhǔn)則要求。

5 結(jié)論

110KV棒型支柱采用隧道窯燒成確實(shí)具有天然氣單位噸瓷能耗比梭式窯低39.53%，電力消耗單位噸瓷比梭式窯低60.76%，同時(shí)最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)溫差為11℃小于梭式窯最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)溫差27℃；隧道窯余熱供應(yīng)穩(wěn)定可靠便于成形坯體烘干使用；孔隙試驗(yàn)完全符合GB/T1001.1的判斷準(zhǔn)則，110KV棒型支柱采用隧道窯燒成完全可行。