超寬體低熱值燃氣節能型輥道窯的工藝技術研究

陳水福　潘建環

摘 要：本文簡述了超寬體低熱值燃氣節能型輥道窯的技術特點，并就其技術參數與主要系統類型等進行了深入分析，期望能為在節能減排的大環境下選擇合理的窯爐設備提供一些幫助。

關鍵詞：超寬體;低熱值;燃氣節能型;輥道窯;工藝技術

1 前言

石油價格的不斷提升使得人類的環保意識也在不斷提升，這就使得窯爐的諸多用戶對生產廠家提出了更多的要求。廠家應在原輥道窯的基礎上進行持續創新，保證其符合當下節能降耗的大環境要求，使得經過創新后的輥道窯與國家政策要求下的節能環?？谔栂喾⒈ＷC其能夠在實際應用時滿足用戶的基本需求。

2 超寬體低熱值燃氣節能型輥道窯的技術特點

由于這一輥道窯具有節能減排的應用優勢，使得其在強化燃燒空間科學性、提高燃燒過程合理性以及穩定性的同時，保證了材料在窯中處于充分燃燒狀態，不僅節省了大量燃料，也減少了不良氣體的排放量。再加上針對其系統控制進行了自動強化，該類輥道窯無論是操控水平還是管理水平都獲得了極大的發展，自動化水平也有了明顯提升。

2.1拱形結構使燃燒空間具有合理性

雖然原版的輥道窯由于其平頂結構使得其具有諸多應用優勢，例如橫截面溫差較小，尤其是在燒嘴射程合理且窯體不寬的情況下這種特征將會更加明顯。但為了滿足更多需求，窯體加寬已經成為了必然趨勢，對應的燒成速度也就之間加快，在燃料熱值極低的情況下原本的平頂結構已經不能凸顯出原本的優勢，反而會影響橫截面溫度的均一性。在這種環境下顯示出橫截面中間溫度相較于兩邊溫度要低得多[1]。那么想要改善此種情況，保證截面溫度均一，首先要使截面中部的溫度升高。在經過多次實驗后，發現能夠在隧道窯拱頂熱量分布原理基礎上通過改變原本的平頂結構，使其變為拱頂結構后，其橫截面溫度相較以往有了極大變化。由于拱頂部位燃燒空間被明顯擴大，這樣一來界面中間的部位熱力值將會更高，其存在的拱頂弧面有利于熱輻射傳導以及熱值增加。再加上原本的截面熱氣流死角在如此的窯頂結構下被消除，因此有效保證了截面的溫度均一性。在對拱頂結構進行深入研究后，其在保證應用效果的基礎上主要解決了以下的兩個問題：

第一是拱頂高度的合適范圍。經過不斷試驗，最終發現輥道窯的突起高度應控制在300～400mm之間才能獲得最佳的控制效果。在經過試驗后發現，在保證高度的同時，控制其拱頂弧度為60度時能夠起到最佳效果。

第二是保證拱頂結構的安全性。拱頂力學特性下不僅應有向下重力，同時橫向分力也由兩邊拱腳承受。當冷熱態進行轉換，無論是冷收縮還是熱膨脹，應力都會在此種條件下被強化，尤其是在具有跨度大、溫度高特征的寬體窯下，這種應力表現更為明顯，再加上輥棒的傳動過程，其產生的震動在結合應力的作用下，同樣會影響拱頂的安全性。為了最大程度的避免拱頂結構安全問題出現，應結合實際的輥道窯應用需求確定合適的拱弧形，這樣一來無論是拱腳磚還是楔型磚都將呈現出吻合特性。在砌筑輥道窯時選擇的粘結劑應具有耐高溫特性。

2.2PLC系統與PID相結合表現出強大功能

本項目最終選取的方便應用的方案應具有執行精準、操作方便以及結構簡單的特性，而PLC系統與PID相結合的方案，通過大量的試驗驗證后發現其表現出的多種特征均與期望設計值相吻合。應用這一系統不僅大大滿足了變量多輸入輸出信號的自控需求，即使在信號控制龐雜階段，無論是制造成本、運行管理還是日常操作均符合預期要求。這一系統主要有以下幾個部分組成：

控制輥道窯溫度的綜控系統（PID）具有自動控制功能，在328m的輥道窯中布設了56組回路，其中每個獨立的調節系統均包含熱電偶、燃料控制閥、電動執行器以及溫度控制表等[2];多點連鎖控制是輥道窯壓力系統的主要控制方案，其想要達到急冷段溫度控制目標需要依靠其中的急冷風機與單獨的PID控制系統，包括助燃、尾冷以及排煙等功能均由變頻器實現;控制輥道窯的傳動電機需要依靠以PLC為主的控制系統;輥道窯全過程監視需要依靠其中的上位管理微機，通過模擬板實現工況管理，例如風機狀態等均能在此系統下實時顯示。

這一系統在實際應用過程中顯示出多種優勢，主要體現在三個方面：

第一是由于其中所包含的多個獨立系統，因此系統的掌控性較強。系統會根據周圍的情況啟動判斷輥道窯狀態，實現自動調節功能。再加上其中的多個系統控制模塊使得信號傳輸效率高，很快的就能夠達到預定溫度，不僅時間較短，對其進行深入控制后表現出的精確度也較高;第二是其抵抗周圍不良因素干擾的能力較強，能夠自動判別干擾類型并及時制定應對方案，以對偏移數據進行自動校正;第三是由于該系統中的狀態顯示與監控設備較多，輥道窯中無論是狀態還是故障，都會以表格或是圖像的方式呈現給管理人員。全生產過程的情況均會記錄并儲存在綜控系統中，即使在有故障出現時也能夠即使報警，將不確定因素所帶來的風險降到最低[3]。呈現出的大量實時數據也為輥道窯的操作人員以及技術人員對輥道窯的狀態以及事故分析提供了基礎的數據條件，一旦操作者自身有違規操作，也能在系統的糾正下給予及時幫助。

2.3在余熱風管系統的協助下實現余熱的充分利用

充分利用輥道窯的余熱是優化輥道窯的主要目標，而最為常見的就是在其墻壁結構中埋設熱風管，用以最大程度的提高熱風溫度;在輥道窯的實際生產環節，窯頭出現的煙氣也將成為干燥窯的重要熱源，充分發揮其應用效果;利用其中的余熱能夠直接烘干成品，避免了資源浪費。當前所應用的窯爐想要利用余熱通常是通過以上幾種方式，但在利用的過程中由于余熱的特殊性也出現了不少問題。以煙氣為例，窯中產生的煙氣雖然具有烘干效果，但由于其產生環境較為特殊因此表現出了濕氣重、刺激性強的特征，限制了其后續使用條件。為避免煙氣利用環節不良現象的出現，在干燥窯中添加了具密封與抽濕使用特性的裝置，最大程度的降低了刺激性氣體的產出;而通過在窯頂采用吊瓷質磚，既避免了落臟現象的出現，也起到了耐腐蝕的作用;再加上風管保溫應用了珍珠巖漿料，大大提高了風管的保溫效果;在原本熱風管系統的基礎上，干燥窯熱風不僅能夠靈活調節窯頭濕熱煙氣，也能夠按照不同部分的實際需要將余熱供給到各個不為重，在充分利用余熱的同時也滿足了干燥需要，工藝要求被滿足的基礎上發揮了余熱應用的最佳效果。

2.4小流量多燒嘴系統的可調節性較強

燃燒是否完全與燃燒混合結構之間有著十分密切的聯系，其是否混合均勻是影響日常燃料消耗量以及產生煙氣中是否包含大量污染物的關鍵因素。而由于應用了具有高速等溫特性的燒嘴，不僅射程合理，無論是噴出速度還是混合擴散情況都與設計要求相符合。每一個燒嘴的發熱量均能夠達到每小時167200KJ的應用效果，其火焰監控與自動點火的功能更是提高燒嘴結構應用效果的重要內容。

想要最終達到燃料燃燒完全與系統靈活控制的目標，應在掌控燒嘴排布情況后在前幾代窯設計成功經驗的基礎上對多燒嘴燃燒系統進行不斷完善與優化，最終使得其具有小流量與分散的燒嘴排布特點。為提高系統應用的安全性與可靠性，應保證氣站中各項設備的完整性，例如斷電切斷閥門、過濾器、蝶閥以及壓力表等，這些設備的共同應用使得即使在停電的狀態下也能實現電磁總閥自動關閉的效果[4];由于在窯爐的兩端，供氣支管使用法蘭與盲板對末端進行封頭，因此即使有后續的維護與保養需要，這種結構的存在也使得這一工序變得十分方便;系統主管中的每一個控制區中都包含著分離水管，能夠將水分分離從而滿足不同類型瓷磚的生產需求，例如瓷質拋光磚或是釉面磚等，與低熱值燃料的應用需求相吻合。

由于輥道窯的燒成帶窯墻的結構構成材料主要為纖維氈以及莫來石磚，已經完成楔型磚砌筑操作的情況下鋪設預定層數的珍珠巖漿料，窯體密封的情況下，其中不同位置的膨脹節點處有著不同的陶瓷纖維，無論是點火還是?；穑瑧εc裂縫等不良現象的發生風險將會有明顯降低。在持續的窯體優化下，其表面的溫度將會得到進一步降低，即使有溫度升高情況出現，也不會超過50攝氏度。

3 技術參數

3.1工藝流程

圖1 制造工藝流程圖。

3.2傳動系統

輥道窯中的輥棒旋轉動力以調速電動機為主，在各個驅動單元的傳動鏈條的作用下將齒輪以固定角度強制傳動。在盒子型結構中多個齒輪長期又潤滑油保護，繼而大大提升了傳動的穩定性與安全性。每個傳動單元都可以進行單獨控制，在計算機的連接下自由調節其中變頻器的調節速度;無論是電機還是輥棒，在不同的應用需求條件下都需要不止一種的工作狀態，這也是其可以正反轉與往返擺動特性的設定目的。若是有電機故障出現，電動機或是輥棒就可以迅速切換狀態。同時，前后的差速旋轉狀態特性使得輥棒彎曲等不良現象的發生風險被大大降低，輥棒本身的自潔能力也有了明顯提升;新式的傳動系統不僅能夠根據應用環境的不同自動切換電力供應狀態，還能夠不借助變頻器實現驅動操作。

3.3管路系統

管路系統可以將其分為排煙、助燃以及冷卻三個部分。排煙系統由四臺鍋爐引風機所組成，在將煙氣匯總到總管路內后，能夠根據不同部分的不同需要將煙氣送往輥道窯的各處，直至煙氣排空;助燃系統由支管、鼓風機以及助燃主管組成，其助燃功能的實現與余熱有著緊密聯系，在適當冷風的添加下助燃操作不僅安全，也能同時節省大量的能源消耗[5];冷卻系統中急冷、緩冷、終冷以及余熱回收四個部分所對應的系統結構有所不同，在高壓離心鼓風機與直冷裝置的作用下，按照不同的操作需求能夠實現不同的功能。

4 結 語

綜上所述，超寬體低熱值燃氣節能型輥道窯的應用優勢較為突出，其從根本上解決了燃料燃燒不充分以及余熱不能充分利用的問題，對于以爐煤氣為主要燃料的企業，其優化的成功與功能效果的完全發揮代表的是整個行業的進步。

參考文獻

[1] 龍威舜，馬超.基于易控組態軟件的陶瓷輥道窯控制系統設計[J].自動化應用，2019，（9）：33-36.

[2] 科達節能"高效節能發泡陶瓷輥道窯""超寬體智能型節能輥道窯"雙雙通過 省級新產品新技術鑒定[J].磚瓦，2019，（1）：76.

[3] 王鶴，李喜林.模糊 PID 控制器在輥道窯溫度控制中的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2018，（35）：3997.

[4] 熊燦光，王慧，曾令可等.燒制發泡陶瓷用窯爐[J].佛山陶瓷，2019，（10）：25-30.

[5] 張植豪，曾利云，楊柳等.基于粗糙集重要度的窯爐燒成溫度工藝參數約簡準則研究[J].機電工程技術，2018，47（8）：37-39，139.