適用于內墻磚燒成的寬體輥道窯的設計

柳丹　譚映山　張桂華

摘 要：本文詳細地介紹了適用于內墻磚燒成的寬體輥道窯結構的設計及特點，分析了節能措施及使用的效果。陶瓷行業總能耗中70%～80%是在干燥、燒成過程，故陶瓷窯爐節能是關鍵，陶瓷高能耗是阻礙行業發展的最大屏障。如何設計出適用于內墻磚燒成的寬體輥道窯達到節能降耗的目的，這是政府和企業的急需。

關鍵詞：內墻磚；寬體輥道窯；節能

1 節能減排的形勢要求

我國在2009年哥本哈根世界氣候大會上承諾到2020年單位國內生產總值的二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%，“十二五”規劃綱要中明確指出，我國建筑衛生陶瓷單位工業增加值能耗降低20%，生產過程中產生的固體廢棄物利用率要達70%以上。廣東省十二五自定節能目標應下降20%，比全國萬元GDP能耗下降16%還要高。綱要中還指出，到2015年化學需求量控制在170.1萬t、氨氮排放量控制在20.39萬t、氮氧排放量控制在109.9萬t，比2010年要分別下降12%、13.3%和16.9%。這將使我國陶瓷行業面臨著一場更加嚴峻的節能減排形勢，特別是對陶瓷窯爐的技術升級提出了更高的要求。

陶瓷行業總能耗中70%～80%是在干燥、燒成過程，故陶瓷窯爐節能是關鍵，陶瓷高能耗是阻礙行業發展的最大屏障。如何設計出適用于內墻磚燒成的寬體輥道窯達到節能降耗的目的，這是政府和企業的急需。

2 窯爐結構的設計

2.1 設計參數

（1） 產品性質：內墻磚生產線；

（2） 燃料：發生爐煤氣（低位熱值1250 kcal/Nm3）；

（3） 生產能力：23000 m2/天；

（4） 產品規格：300 mm×600 mm 內墻磚；

（5） 燒成溫度：設計極限溫度1250 ℃，使用溫度：1180 ℃；

（6） 干燥溫度：80～180 ℃；

（7） 素燒（一次）燒成周期：32 min，釉燒（二次）燒成周期：33 min。

2.2 高溫素燒工藝

（1） 干燥窯窯長：97656 mm；

（2） 素燒窯爐總長：233280 mm；

（3） 素燒窯內寬：3200 mm；

（4） 釉燒窯內寬：3200 mm；

（5） 釉燒窯爐總長：224640 mm；

2.3 窯爐結構（以素燒窯為例）

2.3.1素燒窯金屬結構

每個標準單元構件都由碳鋼框架制成，它們支撐絕熱的內襯，外部有鋼板保護，以利于檢查和正常維修。這些窯爐標準單元用金屬方管制成可移動的框架構件（每個標準單元放在8根鋼輥上）。在方管中間，有一個“固定點”。在膨脹和收縮過程中，可從該點起移動。

2.3.2窯體結構

（1） 排煙預熱帶窯體結構

排煙余熱帶窯體結構示意圖如圖1所示

（2） 預熱帶（拱頂）結構

預熱帶（拱頂）結構簡圖如圖2所示。

（3） 高溫段結構

高溫段結構示意圖如圖3所示。

（4） 急冷段窯墻結構

急冷段窯墻結構圖如圖4所示。

（5） 緩冷段窯體結構

緩冷段窯體結構示意圖如圖5所示。

（6） 直冷、緩冷區窯體結構圖

直冷、緩冷區窯體結構示意圖如圖6所示。

2.4 燃燒系統的溫度控制及安全裝置

（1） 該窯采用新型高效節能噴槍組。為使窯內溫度分布均勻，減小溫差，噴槍上下左右交錯密排。

（2） 每支噴槍的對面有觀火孔，觀火孔可以查看噴槍燃燒狀態，磚坯的走位。

（3） 每8支槍組成一個控制區進行PID自動控制。

（4） 停電自動關閉煤氣總閥。

（5） 為了確保安全、可靠。氣站設有壓力表、蝶閥、過濾器、氣動安全閥，配流量計，放散閥，防爆裝置等安全設備。

2.5 助燃系統

（1） 由四臺鼓風機（兩開兩備）及助燃主管、支管組成。引風口同時與余熱主管連接及外界連接，利用余熱助燃，適當配置外界冷風，既安全又節能。

（2） 助燃風調節閥使用銅閘閥，一級風機在氧化帶，二級風機在燒成帶。

（3） 采用助燃風加熱系統。助燃風機將助燃風打入助燃主管，經過急冷段上端，將助燃風引入助燃換熱管，通過換熱管與窯內熱量進行熱交換，從而達到加熱助燃風的目的。加熱后的助燃風送入助燃主管，最終將加熱后的助燃風送入燃燒器進行燃燒。急冷換熱助燃加熱系統的最大優點就是成功利用窯爐本身的熱量，既達到了加熱助燃風的目的，降低窯體外表面溫度及散熱量，又不會額外消耗能源，從而達到節能降耗，提高經濟效益的目標。

2.6 冷卻系統

冷卻系統包括急冷、緩冷、終冷、余熱回收四個部分。急冷設于燒成帶未端，由高壓離心鼓風機，環境空氣通過總管、支管、手動蝶閥，直接將窯外冷空氣經不銹鋼管通過細孔高速打入窯內。急冷采用變頻調速、PID智能控制，既節能又自動調溫。緩冷處于急冷和快冷之間。此段不直接打入冷卻風，通過抽熱風機將環境空氣吸入，進入窯內導熱良好的風管，并將換熱后的熱空氣送入干燥器內，冷空氣在換熱過程中，使制品得到間接的冷卻，讓制品安全跨過573 ℃的晶型轉變關鍵階段。終冷段設在窯尾，它通過自然進冷風，由低壓大流量引風機強制排出熱交換后的熱風，達到快冷制品目的。抽熱吸口，設于冷卻帶，熱風從不同的抽風口經由支管、閥門和熱風總管，由鍋爐引風機抽出送入干燥窯，使余熱能得到充分利用。風機出口裝有調節閘板，風機裝有減震器。

3 窯爐的結構特點

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、短火焰燒嘴科學合理配置，實現溫度在窯內的均勻分布，達到減小斷面溫差且節能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術，實現窯內斷面溫差精確控制。本設計中采用仿“漢索夫型”高速等溫燒嘴，成功地應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置

通過大量的實踐，都認識到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內的作用，合理的設置閘板和擋火墻在窯長方向上位置及閘板、擋火墻的結構形式，對窯爐溫度的分段控制，強制窯內熱氣流的流向，減少窯爐內上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優質保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實現窯爐的節能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項目采用質量輕、導熱系數小的納米隔熱，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溫度

為實現節能目標，采用高效率助燃風加熱技術，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風，將助燃風加熱至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，而且環保，可有效的節約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結構

早期輥道窯的窯頂都是平頂結構，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結構，其特點主要有：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%，輻射傳熱的關鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結構可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預熱帶和冷卻帶采用平頂結構，這樣更有利于窯內熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設計的應用效果

中窯利用本設計為佛山某知名企業改造了三組輥道窯，把原來的四條長140 m、寬2.4 m改為兩條長約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素燒；一條作為釉燒。由中國建筑衛生陶瓷協會窯爐暨節能技術裝備委員會組織的窯爐熱平衡測試結果顯示，改造后一條窯的產量比原來兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內墻磚，如果按17.5 kg/m2計算，年節能量為5047 tce，標煤價格按1000元/t 計算，每條生產線每年可節約500多萬元，大大提高了該陶瓷企業的經濟效益。

在燃燒控制方面，采用長、短火焰燒嘴科學合理配置，實現溫度在窯內的均勻分布，達到減小斷面溫差且節能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術，實現窯內斷面溫差精確控制。本設計中采用仿“漢索夫型”高速等溫燒嘴，成功地應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置

通過大量的實踐，都認識到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內的作用，合理的設置閘板和擋火墻在窯長方向上位置及閘板、擋火墻的結構形式，對窯爐溫度的分段控制，強制窯內熱氣流的流向，減少窯爐內上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優質保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實現窯爐的節能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項目采用質量輕、導熱系數小的納米隔熱，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溫度

為實現節能目標，采用高效率助燃風加熱技術，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風，將助燃風加熱至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，而且環保，可有效的節約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結構

早期輥道窯的窯頂都是平頂結構，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結構，其特點主要有：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%，輻射傳熱的關鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結構可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預熱帶和冷卻帶采用平頂結構，這樣更有利于窯內熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設計的應用效果

中窯利用本設計為佛山某知名企業改造了三組輥道窯，把原來的四條長140 m、寬2.4 m改為兩條長約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素燒；一條作為釉燒。由中國建筑衛生陶瓷協會窯爐暨節能技術裝備委員會組織的窯爐熱平衡測試結果顯示，改造后一條窯的產量比原來兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內墻磚，如果按17.5 kg/m2計算，年節能量為5047 tce，標煤價格按1000元/t 計算，每條生產線每年可節約500多萬元，大大提高了該陶瓷企業的經濟效益。

在燃燒控制方面，采用長、短火焰燒嘴科學合理配置，實現溫度在窯內的均勻分布，達到減小斷面溫差且節能的目的。為最大限度的減小斷面溫差，采用新型、高效、節能燒嘴，解決寬體窯的燒成技術，實現窯內斷面溫差精確控制。本設計中采用仿“漢索夫型”高速等溫燒嘴，成功地應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置

通過大量的實踐，都認識到閘板和擋火墻在陶瓷輥道窯爐內的作用，合理的設置閘板和擋火墻在窯長方向上位置及閘板、擋火墻的結構形式，對窯爐溫度的分段控制，強制窯內熱氣流的流向，減少窯爐內上、下溫差及斷面溫差都具有非常大的作用。

3.3 優質保溫材料減少窯墻散熱

采用高效、輕質保溫耐火材料及新型涂料，能夠有效地減少窯墻的散熱，實現窯爐的節能減排目的。窯爐的表面散熱約占總熱量的8%～20%，本項目采用質量輕、導熱系數小的納米隔熱，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溫度

為實現節能目標，采用高效率助燃風加熱技術，將冷卻帶的余熱輸送給助燃風，將助燃風加熱至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，而且環保，可有效的節約能源。

3.5 輥道窯燒成帶的拱頂結構

早期輥道窯的窯頂都是平頂結構，有利于吊頂，且施工方便。采用拱頂結構，其特點主要有：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%，輻射傳熱的關鍵是與溫度的四次方成正比，與輻射層厚度成正比，拱頂結構可增加輻射層厚度及溫度均勻性。在高溫帶采用拱頂，而預熱帶和冷卻帶采用平頂結構，這樣更有利于窯內熱氣流的攪拌，有利減少溫差。

4 窯爐設計的應用效果

中窯利用本設計為佛山某知名企業改造了三組輥道窯，把原來的四條長140 m、寬2.4 m改為兩條長約230 m、寬3.2 m的寬體窯，一條作為素燒；一條作為釉燒。由中國建筑衛生陶瓷協會窯爐暨節能技術裝備委員會組織的窯爐熱平衡測試結果顯示，改造后一條窯的產量比原來兩條窯總量還多，窯爐單耗由改造前的171 kgce/t下降為133 kgce/t，300 mm×600 mm的內墻磚，如果按17.5 kg/m2計算，年節能量為5047 tce，標煤價格按1000元/t 計算，每條生產線每年可節約500多萬元，大大提高了該陶瓷企業的經濟效益。