高溫隧道窯穩定工況研究

楊忠德，白曉虎，陶玕，劉德嵩，趙 鵬，沈 朋

(安徽海螺暹羅耐火材料有限公司,安徽 蕪湖 241000)

某公司于2012年由某單位承建投產兩條高溫隧道窯，最高設計溫度1 800 ℃，采用西門子S7-400PLC來實現隧道窯的溫度、壓力和流量的控制，并實現了窯車的全自動轉運。自建成投產以來，整體運行穩定，窯體結構穩固，未進行過大修；控制系統運行平穩，靈活可靠。但由于隧道窯使用年限較長，自2019年以來，逐漸出現窯內磚垛位置偏差、火焰掃磚、燒成溫度控制不穩、氣耗偏高等異常情況。針對這些問題，燒成工段員工經過分析試驗和一系列調整，使以上問題得到徹底解決，隧道窯產能得到充分發揮。

1 隧道窯存在問題及分析

(1)自2019年以來，高溫隧道窯逐漸出現了窯內磚垛位置偏離火道現象，雖然經過調整窯頭推車機限位開關仍未能糾正，由于磚垛位置偏離火道，導致火道位置的成品磚出現火焰掃磚情況，影響了產品的外觀；

(2)燒成帶溫度控制不穩，出現波動，同時單位產品能耗也有所上升；

(3)第3個問題是推車速率增加時，出現產品欠燒現象。

磚垛位置偏離火道及火焰掃磚現象原因分析：隧道窯在長期運行過程中，窯車磚逐漸膨脹，雖然窯車磚設計采用了鎖扣結構，仍未能完全阻止窯車襯磚的變形。隨著使用時間的延長，導致窯車與窯車接觸時出現磚頂磚情況，窯車實際外形尺寸大于理論尺寸。經過實測，是然每輛窯車的變形量僅為3～5mm，但是由于窯內窯車有52輛，致使窯車總長度明顯增加，出現燒成帶磚垛位置與火道不相符，火焰掃磚。

燒成帶溫度控制不穩，出現波動，同時單位產品能耗上升原因分析：燒成帶溫度不穩的原因在于窯內氣流不穩定，隧道窯的壓力制度與燒成制度不相適應；窯內氣流不穩定，燒嘴燃燒產生的煙氣受到了阻擋，是由于磚垛位置與火道不相符，導致火焰相對偏離了火道，火焰直接吹掃到制品表面，形成火焰印痕。并且導致天然氣未能完全燃燒，燃耗上升。

推車速率增加時，產品欠燒原因分析：推車速度增加時，窯內制品向前運行速度加快，為保證制品升溫速度的需要，要求煙氣傳遞給制品的熱量相應增加，此時應加大煙氣流量或者提高煙氣的溫度。如果未能及時調整，則由于產品在預熱帶吸收的熱量不足，溫度偏低，導致在燒成帶無法按預定的燒成曲線完全燒成，出現欠燒現象。

2 改進措施

2.1 窯車尺寸的控制

由于單臺隧道窯窯車襯磚的膨脹量較小，難以憑肉眼觀察出來，在窯外測量時又缺乏基準，導致在一段時間內無法準確找到磚垛偏離火道的真正原因。在生產過程中，通過不斷調整液壓推車機推頭位置，以及制品碼垛方位置的措施，都無法徹底解決火焰掃磚現象。后通過生產現場的長期觀察、分析，最終確定是窯車襯磚膨脹導致窯車無法靠近，窯車襯磚之間預留的25 mm寬間隙已經完全消失，窯內窯車因膨脹累積的誤差導致磚垛偏離火道。因此，公司決定對所有窯車襯磚進行拆卸大修，窯車尺寸恢復后，窯內窯車累積總長度縮短了160 mm，窯內磚垛位置恢復正常，制品表面出現的火焰掃磚情況完全消除。

2.2 窯內壓力制度的優化

這2座隧道窯的燒成帶是從23#到34#車位，采用正壓控制，零壓車位設定在23#車位，燒成帶壓力始終控制為微正壓。在實際生產過程中，隧道窯燒成產品品種較多，燒成的溫度曲線經常進行調節，操作人員發現將零壓車位始終固定在23#車位會影響某些產品的燒成成品率，出現欠燒現象。經過長期調整，我們發現，在不改變磚垛碼垛方式的前提下，適當的調整窯頭排煙風機轉速，將0壓車位后移2～3個車位，增大窯內抽力，從而增加燒成帶前段溫度，可以使耐火磚保溫時間充足，完全消除部分產品欠燒現象。實驗證明，0壓車位每后移一個車位，23#車位溫度將上升20～30 ℃，也起到很好的磚坯的預燒作用。進行此操作要注意觀察排煙溫度的上升情況，不宜過高。

2.3 燒嘴控制方式的調整

隧道窯由于窯體結構的原因，建設之初確定的燃燒控制方式是助燃風總流量與天然氣總流量按比例調節，分區天然氣流量與該區的4個測溫點中的第二高點聯鎖控制，分區的助燃風流量手動控制。在實際生產過程中，這種控制方式有很大優點，為公司產品的能耗控制發揮了十分積極的作用。但是由于分區助燃風流量為手動控制，在生產過程中由于生產制度的變化時常會出現天然氣和助燃空氣比例出現偏差的情況。有時燃氣過多造成燃氣不完全燃燒，導致局部燒成溫度偏低的情況；有時助燃風量明顯偏高，導致燒成帶煙氣氧含量明顯升高。為此，操作人員發現，在實際生產中不能完全依靠自動控制系統進行調節，還需要經常現場觀察各個燒嘴的火焰燃燒情況，必要時可將部分車位天然氣控制調至手動模式，手動減少天然氣的流量，并適當調節該車位的助燃空氣流量進行匹配，待該車位溫度相對穩定后再投入自動。

2.4 空燃比的調整

由于該隧道窯運行時間已經超過8年，期間始終未進行大修，窯體各部位狀況均有所變化，助燃空氣流量測量儀表也逐漸出現偏差情況。在隧道窯運行的前幾年，全窯的空燃比始終控制在10∶1的狀況，運行效果良好。近2年來，觀察燒嘴火焰燃燒狀況，發現火焰有不同程度的發散、“飄火”現象，通過對助燃風量的手動調整，并且將全窯的空燃比逐漸減小為8∶1時，燒成帶富氧量可控制在2%左右，燒嘴火焰剛性較強，爐膛明亮，燃燒效果良好，噸磚平均氣耗降低2～3 m3/t(標準)。

3 改進效果

通過隧道窯窯車襯磚進行大修，對隧道窯壓力制度、燒嘴控制方式和全窯空燃比的調整，消除了生產過程中出現的各種不利因素，隧道窯的運行效果得到了明顯的改善，產品成品率由97%提高到98%以上，噸產品平均氣耗也降低2～3 m3(標準)，對后續隧道窯的操作具有指導意義。