高效節能干燥裝備和技術的研究應用

熊亮　陶志堅　林小平

摘 要：干燥，是陶瓷磚生產過程中的重要環節之一，也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備。隨著國家節能環保政策日趨嚴格，執行力度已不斷加大，干燥器的節能、高效和優化設計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能干燥器的應用，希望陶瓷企業能根據自身情況進行優化組合，達到利益最大化。

關鍵詞：高效節能；六層自循環干燥器；立干器；利益最大化

1 引言

干燥，是陶瓷磚生產過程中的重要環節，也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備之一。隨著國家節能環保政策日趨嚴格，執行力度已不斷加大，干燥器的節能、高效和優化設計也被提到了重要的議事日程上。本文試圖從陶瓷磚不同產量的角度，研究與之更加適應的高效節能干燥器，進而推動干燥工序的優化。

2 六層輥道式自循環干燥器

近年來，尤其是近四年，國內的陶瓷磚產量發生了翻天覆地的變化。比如拋光地磚，國內的新增生產線普遍追求大產量，單線已從15，000m2/天發展到45，000m2/天甚至更大產量。燒成方面，每排進3片拋光磚（800 mm×800 mm）的3.1 m寬體窯裝備和技術已經成熟，產量方面容易滿足；而干燥，由于受到坯體強度、干燥速度等因素的制約，急需研究一種新的大產量干燥器。在這種情況下，通過廣東摩德娜科技股份有限公司研發人員的共同努力，六層輥道式自循環干燥器（以下簡稱六層）應運而生。如圖1、圖2所示。

該干燥器有哪些特點呢？本文將著重介紹六層窯爐的顯著特點。

2.1 “自循環”結構，干燥效率高

六層自循環干燥器設計成2.8 m或3.5 m模數段，每段采用一臺循環風機，將濕熱空氣不斷抽出干燥器，經燃燒機或窯爐產品冷卻的余熱補充少許熱量后，再送到干燥器內。由于大部分熱風在干燥器內不斷循環使用，僅有少量濕氣排出干燥器，該結構不僅可以自動調節溫度和濕度，而且具有明顯的節能效果。此外，由于熱風在短距離內“自循環”，對流速度快，干燥器內形成“刮風”的效果，熱風與坯體接觸充分，并能迅速帶走蒸發水，因此效率較高，干燥周期僅為30～40 min就可達到良好的干燥效果。而國內常用的雙層輥道式干燥器（以下簡稱雙層）的周期一般為50～60 min，六層的干燥效率可提高40%以上。即使雙層也設計成自循環結構，因其路線長（六層結構緊湊，垂直布管，一根主管供六層，而雙層要加熱同樣產量的坯體，一根主管需要垂直布管后再水平布置3倍長度的主管），熱風循環效果會大打折扣。

2.2 能耗低

當單、雙層干燥器和六層都不利用窯爐冷卻余熱及煙氣時，六層燃耗僅為1，250kcal/kg水～1，600kcal/kg水，而國內雙層干燥器的燃耗達到了2，000kcal/kg水～3，000kcal/kg水，通過比較，六層干燥坯體的單位燃耗低了50%左右。主要原因是自循環結構提高了熱利用率、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方面。如果將窯爐煙氣和冷卻余熱全部利用起來，該干燥器幾乎不使用燃料。

2.3 產量大

盡管不同結構干燥器的產量都可增加，但實際情況卻不一樣，尤其是磚坯線速度和磚坯在干燥器內與熱風接觸的時間大不相同。比如，燒后拋光地磚產量為45，000m2/天時，干燥周期為40 min，六層的長度僅需108 m（內寬3.2 m），即可達到50，000m2/天的毛坯，此時磚坯在干燥器運行的線速度為2.7 m/min；而同樣內寬的雙層，在同樣干燥周期的條件下，長度需324 m，磚坯在干燥器運行的線速度為8.1 m/min，比六層快了3倍。磚坯運行快，與輥棒磨損加大，產生機械破損的機率增加；而熱風與坯體接觸時間短，干燥效率下降。因此，陶瓷企業使用雙層干燥器時，一般會通過延長干燥時間的方式進行干燥，但效率較低，產量下降，達到六層同樣的產量，必須加長干燥器，占地多。

2.4 自動化程度高

該干燥器不僅自動控制溫度、濕度、風壓和磚坯進出，而且利用一系列傳感器、PLC、電腦和傳動裝置，根據磚坯進、出狀況，“自動”調整參數適應磚坯量變化的"空窯"管理技術，確保干燥質量穩定。同時，還可以自動計算單位產品能耗變化情況，隨時提醒操作人員及時調整。

窯爐磚坯運行狀態，如圖3所示。

2.5 節省場地

與雙層相比，在同樣內寬、相同干燥周期的情況下，六層的占地面積比雙層少50%。由于六層將風管設計到干燥器內部兩側，不僅外形美觀，而且場地更省。

2.6 安排生產靈活

由于目前單線產量大，為了適應不同銷量、不同品種的訂單，在工藝布局時先將壓機分組，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（每組壓機生產的品種在窯爐截面位置相對固定），這樣可以保證產品色澤、變形量相對一致。

以9臺壓機、日產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1壓制之后的磚坯通過輥臺2、橫向連接線3進入六層干燥器，每3臺壓機為一組，其磚坯只進其中的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，經過裝飾后入窯。由圖4可以看出，輸送線a、b、c進入窯爐橫截面位置分別為右、中、左（面對窯頭），是相對固定的。生產時，既可安排所有壓機生產一個品種，也可以安排每3臺壓機生產一個品種，安排生產非常靈活，對銷售量的限制相對較小。除此之外，每3臺壓機的磚坯進入干燥器的哪一層、窯爐的哪個位置比較明顯，當產品質量出現問題時，容易查找原因。

3 立式干燥器

目前，立式干燥器（簡稱立干器，下同）在國外一些發達國家（如意大利、西班牙、美國等）和一些發展中國家（如印度、印尼、巴西等）大量使用。實踐證明，立干器在能耗、占地面積、操作環境等方面優勢突出，使用效果較好。如圖6所示。

3.1 結構

（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，是整個干燥器的骨架，絕大部分部件和其他設備都布置到主框架上。立干器的高度超過8.5m。

（2） 喂磚和卸磚系統

立干器的喂磚和卸磚系統等同于輥道式干燥器的進窯機和出窯機，起到了裝載和卸載磚坯的作用。這種裝卸系統采取的傳動方式與目前許多陶瓷廠用的儲坯車循環系統是一樣的，以小輥棒傳動（外徑一般為25 mm的鋼棒）。當磚坯來到入口時，干燥器儲坯籠（相當于“吊籃”，籃內有多層鋼棒，一般為12層）的某一層與輥臺同水平面，傳動裝置會自動地將傳動卡頭插入輥棒內，從而帶動儲坯籠輥棒傳動，實現裝坯、卸坯同步進行。儲坯籠上升或下降過程中以層間距為停頓間隔，每到一層，入口進坯，出口卸坯。

（3） 供熱風及排濕系統

如圖6所示，大部分熱風可以通過供熱循環風機反復使用，由兩臺燃燒機自動補充熱量，自動控制溫度。立干器內風管上有多個分風器導流，熱風從每一層的一邊抽到另一邊后回到供熱風機內補充熱量再供入，相當于每一層形成一個循環系統。排濕由單獨的小功率風機控制（或自然排濕），并設計有濕度監測系統，如圖7所示。

（4） 磚坯裝載回路系統

立干器的磚坯裝載回路系統是立干器承載和運送磚坯的系統，相當于輥道式（即臥式）的輥棒傳動系統。但立干器的承載系統是由若干個儲坯籠組成，儲坯籠在立干器內做行星回轉運動（磚坯從立干器下部入口進，在內部繞一圈后從另一邊下部出），磚坯相對于儲坯籠是靜止的。

（5） 坯溫控制系統

主要用來控制坯體上釉線的溫度。此系統由一個循環風機和風管路及若干個調節閥、導流板組成，升溫由燃燒機供熱，降溫通過配冷風。客戶可以根據產品的工藝來選擇是否需要這個系統。

3.2 特點

（1） 占地面積小

生產拋光地磚時，每臺立干器的產量可達到8，000m2/天。當陶瓷企業燒后產量為20，000m2/天時，可以選配3臺立式干燥器。單臺立干器的最大長度為10m，最大外寬為6.7m，占地面積為67m2，3臺立干器的占地面積為201m2。

廣東某陶瓷企業產量為20，000m2/天，采用的5層干燥器，占地面積為2.8m（長）×7.0m（寬，含抽輥空間）×21（節）=411.6m2，兩相比較，節約了51%的土地。如果與傳統的雙層或3層干燥器相比，省地優勢更加明顯。

（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行，通過頂部后再下行到底部卸出。熱風溫度增加后密度降低而上升，磚坯的溫度在運行過程中自然逐步升高，不用太大的風壓即可使熱風布滿整個干燥室內，因此風機功率小，省電（抽濕集中到頂部，也可利用自然抽力）。使用循環風不僅提高了了風速，也減少了排濕量，加上立干器內磚坯運行周期一般在90min左右（比雙層干燥器還慢了50%），熱風與磚坯熱交換時間長，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

磚坯被裝入儲坯籠后，一直保持與輥棒的相對靜止（磚坯不運動），所以干燥過程中，磚坯不受機械外力的影響。這樣也就減少了由于機械震動而造成的干燥裂。從立干器投入使用的情況來看，基本不存在干燥開裂這一現象，因此合格率較高。

（4） 整體結構簡單、緊湊，調試容易

控制柜設有溫度和濕度監測系統，調試人員可以直接從控制柜電腦中讀取和改變干燥參數。基本不需要到現場調整閥門，即使到現場距離也比較短，操作勞動強度低。

（5） 工作環境良好

立干器熱風管比輥道式干燥器少很多，操作人員無需在復雜的熱風管路間進行調試和保養工作，如圖8所示。

4 結語

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、節能、省場地等優勢，值得大力推廣。但進一步分析發現，六層干燥器層數多產量大，非常適合陶瓷磚單線產量超過20，000m2/天的陶瓷生產線。而立式干燥器，由于利用地上和地下空間，高度受到限制，更加適合產量低于20，000m2/天的陶瓷磚生產線（若1條生產線采用3臺以上的立干器，布置難度大）。陶瓷企業需要根據各自的產量特點，選擇不同結構的干燥裝備，這樣不僅可以優化生產，而且可以使企業的經濟利益最大化。