新型高温隧道窑的设计与应用

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新型高温隧道窑的设计与应用

随着高技术陶瓷和优质耐火材料的迅速发展，国内高温烧成技术亦得到了相应的发展。而一些新型高温窑炉的问世，不仅使烧成产品质量上了一个新台阶，单位产品热量消耗也大大降低。我公司为东北奥光新材料有限公司设计建造的50m高温隧道窑在窑体结构、燃烧系统和控制系统均进行了优化设计，采用了部分独特的新技术，投产后运行正常，节能效果显著.

1 主要技术参数与经济指标
该隧道窑为明焰间隙燃烧、间歇进车，烧成产品为刚玉莫来石砖及同类耐火材料，全窑长度50m，窑内宽度1.5m，窑车台面至窑顶高度0.95/0.75m，窑内容车25辆，每辆窑车码装2个砖垛，烧成温度1650℃，烧成周期46h，燃料为天然气，能耗为1500kcal/kg，温度窑压自动控制，温控精度≤±2℃，
2 窑炉主体结构及工作系统
  整个窑炉主要包括窑炉主体结构、窑头封闭气幕及排烟系统、搅拌风系统、燃烧系统、窑尾冷却系统、车下冷却风系统、余热利用系统、窑车、自动控制系统等，见图1。本窑在窑体结构、高温热风助燃、余热利用和自动控制方面采用了部分新技术，与传统高温窑炉相比较，具有高温烧成控制精度高、节能效果显著等特点。
2.1 窑炉主体结构
  窑体钢结构采用型钢加固立柱，外表面装饰为优质钢板烤漆处理。
  本窑按结构布置，全长50米，根据材料、温度及工艺流程共划分为预热带、烧成带和冷却带三部分。烧成带内衬耐火砌体材料采用刚玉莫来石砖，向外依次是高温轻质隔热砖、隔热填料、无石棉硬硅钙板等。
  窑顶结构为拱形结构。为了减少拱顶高温膨胀，烧成带内衬选用比重略低、膨胀系数较小的同质耐火砖。在预热带拱顶砌筑3道交错式折流板，使拱脚以上部分的热气流向下折流，既减少了预热带上下温差，又不过多影响排烟抽力。
  由于拱顶横推力较大，传统隧道窑拱脚砖外侧均用重质砖砌筑，此部位隔热性较差。本设计拱脚砖外侧采用重质平板砖间隔一定距离侧立放置，平板砖之间填充轻质隔热砖和散状隔热料，可有效提高该部位的隔热性能。
  高温窑对烧嘴砖的要求比较苛刻。由于烧嘴砖冷热端温差较大，使用过程中易产生开裂现象，使用寿命短，更换比较麻烦。该窑烧嘴砖在制作时分割成4块，然后砌筑拼凑成整体，这样大大延长了烧嘴砖的使用寿命。
  传统高温隧道窑在生产运行一段时间后，其高温带两侧内墙因高温膨胀会不同程度地向窑内凸出。为了克服这一问题，我们将高温带窑墙内衬耐火砖设计成啮合结构，使用结果证明，窑墙基本无内凸现象。
2.2 窑头封闭气幕及排烟系统
  为了保持窑内压力稳定,避免烧成温度波动,该窑的窑头窑尾均不设窑门,而是在窑头两侧墙及窑顶各设置一道气幕风罩,采用抽风形式作为封闭气幕,改变传统的窑门及吹风封闭气幕形式,也有利于产品干净入窑烧成。
  排烟系统采用窑内多点排烟、窑外风机集中排烟形式。在预热带的两侧窑墙上，设置多对排烟口，排烟口位于窑墙靠近窑车台面处，这样热烟气在排出前多次向下流动，有效降低预热带气流分层。同时通过调节排气口的开度，调整预热带的温度曲线。每个排烟口的外侧设有冷风稀释口，必要时可吸入部分室外空气，降低排烟温度。
2.3 搅拌风系统
  传统隧道窑预热带因气体分层导致上下温差较大。本设计除了窑顶折流板和窑内多点排烟措施外，在预热带两侧墙上部还设有搅拌风系统。通过风机打入环境冷风，经总管、支管、球阀后进入窑的上部通道，搅拌气流，阻止气流分层，减少预热带上下温差。入风口小而多，两侧交错布置。
2.4 燃烧系统
  高温制品的高温恒温时间要求较长，因而本方案烧成带占窑体全长比例略大，布置的烧嘴数量也略多，通过改变点燃的烧嘴数量和部位来调节烧成带高温点的位置和高温恒温时间，可以适应不同配方的烧成工艺要求，具有更大的烧成工艺适应性和调节的灵活性。
  烧嘴沿窑的两侧交错布置且正对窑车砖垛之间的燃烧通道，因此燃烧气体的高速气流不会相对流动互相干扰，而是在窑内的水平和垂直方向产生一定的循环，使窑内温度均匀一致。不在窑体侧墙上设置燃烧室，采用在窑内制品间直接燃烧的方式。这样侧墙结构简单，能充分采取隔热措施。
  需要说明的是该窑的燃烧方式与传统隧道窑有很大的区别。传统高温隧道窑即使不设燃烧室，烧嘴砖的内腔也较大，助燃风绝大部分甚至全部是通过烧嘴或燃烧室烧嘴砖进入窑内助燃的。助燃风的换热主要靠通过金属换热器或窑体空心拱和空心墙来实现，助燃风的换热温度最高达到1000℃，低的只有200-300℃，并且采用窑炉砌体换热方式，助燃风压力不高，还容易造成窑体透风漏气现象。该窑无燃烧室，烧嘴砖也较短且内腔较小，只有极少部分冷风通过烧嘴进入窑内，起冷却烧嘴和助吹作用，绝大部分助燃风来自冷却带鼓入的冷却风。冷却制品后的热风，除少部分排除窑外用于干燥外，大部分运动到烧成带助燃。这部分热风到达烧成带后，其温度接近或达到最高烧成温度，显而易见，节能效果是显著的，并且高温生温和高温恒温操作变得容易。
2.5 窑尾冷却系统
  该窑在窑尾两侧墙及窑顶各设置一道冷风口，由风机向窑内鼓入大量冷风冷却制品。此外，还在冷却带窑车接头处的两侧窑墙上下前后交错布置数对高速低流量冷风吹管，吹入的冷风在窑车接头处形成一个冷却断面，有助于整个装窑制品横断面的均匀冷却。
冷却制品后的热风除大部分运动到烧成带助燃外，剩余部分经冷却带窑墙排风口由抽热风机抽出送至干燥窑用。
2.6 车下冷却风系统
  该窑属高温窑，为防止车下温度过高，车下设有冷却风系统。在烧成带和冷却带窑车下部设置吹风管，向车下吹入冷空气，经过窑墙底部排风口，利用内外排风口高差形成的自然抽力排除。
2.7 余热利用系统
  本设计余热利用系统包括四部分：冷却带部分冷却热风、车下冷却风、窑墙窑顶外表面散热冷却风和烟气换热风。
  该窑除从冷却带抽出部分冷却热风外，还将车下冷却风送至干燥窑烘干制品用。
  由于高温窑外表面温度较一般隧道窑略高，为了充分利用余热，在高温带窑顶盖有型钢支撑的波纹板，与外层拱顶形成换热空间；窑墙外层砌成空心墙，冷空气自靠近地面的一排小孔进入空心墙内，与窑顶换热风混合，集中抽出。
  在窑外排烟总管道上装有金属换热器，可充分利用烟气的部分余热。
  上述四部分余热风均送至干燥窑，可完全满足制品烘干需要。
2.8 窑车
  窑车采用型钢制作加工而成，轴承采用高温轴承，最高耐温300℃，车体耐火材料为：车台面砖选用抗热震性好的烧结莫来石砖，干砌；周边选用啮合砖砌筑；中间选用隔热砖砌筑。车台面砖干砌的优点在于可大大减少窑车检修次数，延长窑车使用寿命。
2.9 自动控制系统
  自动控制系统包括温度控制、压力控制和安全报警。

隧道窑烧成温度的波动大小直接影响产品的烧成质量。该窑烧成温度采用计算机控制，包括电脑、AI人工智能调节仪、电磁阀、电动执行器和热电偶等。并配置数据采集卡和机内机外的隔离器件，利用计算机专用工控软件包进行编程开发。温度的正常与否由热电偶来检测，火焰的大小由电动执行器来调节，它们都由电脑和AI人工智能调节仪按设定的烧成曲线进行控制。计算机控制系统不仅能实现对窑炉温度的自动控制，还能实现对窑炉各系统的综合控制，并能自动记录、打印及画面语言提示，另外计算机还能根据烧成要求模拟并储存多种烧成制度曲线，同时烧成曲线参数可按需要随时修改。
  保持窑内压力稳定也是提高烧成质量的重要因素之一。该窑窑压控制通过变频控制排烟风机、冷却风机和热风抽出风机来实现的，窑内压力信号和风机主管道的压力信号由压力变送器采集后送至各自的AI智能调节仪进行自动变频调整风机转速，控制精度高，且具有节电效果。利用一台压力变送器通过手动切换可测得窑内多个部位的压力信号。而手操器和变频器均可切换到人工操作环境，以便于工艺摸索，以及应付突发事件而采取的方便措施。
  由于该窑燃料为天然气，为了保证供气安全，在供气主管路上设有电磁总阀，各环管上也设有区间电磁阀。当系统停电时，电磁阀自动切断气路，防止天然气进入窑内；当风机系统出现故障时，报警系统发出报警信号，同时电磁阀自动切断气路，确保安全。
3 结语
  新型高温隧道窑在窑体结构和燃烧方式上采用了独特的新技术，性能先进可靠，一次调试成功并投入正常运行。投产后各项技术经济指标均达到了设计要求，节能效果显著，值得有关生产厂家新建或改造高温隧道窑时采用或借鉴。

内容来源：网络