高溫隧道窯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高溫隧道窯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用：

1主要技術(shù)參數(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該隧道窯為明焰間隙燃燒、間歇進(jìn)車，燒成產(chǎn)品為剛玉莫來(lái)石質(zhì)耐火磚，全窯長(zhǎng)度50m，窯內(nèi)寬度1.5m，窯車臺(tái)面至窯頂高度0.95/0.75m,窯內(nèi)容窯車25輛，每輛窯車碼裝2個(gè)磚垛，燒成溫度1650℃，燒成周期46h，燃料為天然氣，噸磚能耗為1500kcal，窯溫及壓力為自動(dòng)控制，控溫精度≤±2℃．

2 窯爐主體結(jié)構(gòu)及工作系統(tǒng)

整個(gè)窯爐主要包括窯爐主體結(jié)構(gòu)、窯頭封閉氣幕及排煙系統(tǒng)、攪拌風(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、窯尾冷卻系統(tǒng)、車下冷卻風(fēng)系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、窯車、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，如圖1所示。本窯在窯體結(jié)構(gòu)、高溫?zé)犸L(fēng)助燃、余熱利用和自動(dòng)控制方面采用了部分新技術(shù)，與傳統(tǒng)高溫窯爐相比較，具有高溫?zé)煽刂凭雀?、?jié)能效果顯著等特點(diǎn)。

2．1 窯爐主體結(jié)構(gòu)

窯體鋼結(jié)構(gòu)采用型鋼加固立柱，外表面裝飾為優(yōu)質(zhì)鋼板烤漆處理。本窯全長(zhǎng)50m，分為預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶3部分。燒成帶內(nèi)襯采用剛玉莫來(lái)石磚，向外依次是高溫輕質(zhì)隔熱磚、隔熱填料、無(wú)石棉硬硅鈣板等。窯頂結(jié)構(gòu)為拱形，為了減少拱頂?shù)母邷嘏蛎?，其?nèi)襯應(yīng)選用密度略低、膨脹系數(shù)較小且與燒成帶同質(zhì)的耐火磚。在預(yù)熱帶拱頂砌筑3道交錯(cuò)式折流板，使拱腳以上部分的熱氣流向下折流，既減少了預(yù)熱帶的上下溫差，又不會(huì)過(guò)多地影響排煙抽力。由于拱頂?shù)臋M推力較大，傳統(tǒng)隧道窯拱腳磚外側(cè)均用重質(zhì)磚砌筑，此部位隔熱性較差。本設(shè)計(jì)拱腳磚外側(cè)采用質(zhì)平板磚間隔一定距離側(cè)立放置，平板磚之間填充輕質(zhì)隔熱磚和散狀隔熱料，可有效提高該部位的隔熱性能。

高溫窯對(duì)燒嘴磚的要求比較苛刻。由于整體式燒嘴磚冷熱端溫差較大，使用過(guò)程中開裂，使用壽命短，更換比較麻煩。該窯的燒嘴磚在制作時(shí)分割成4塊，然后砌筑拼湊成整體，大大延長(zhǎng)了燒嘴磚的使用壽命。傳統(tǒng)高溫隧道窯在生產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，其燒成帶兩側(cè)內(nèi)墻因高溫膨脹會(huì)不同程度地向窯內(nèi)凸出。為了克服這一問(wèn)題。將燒成帶的窯墻內(nèi)襯耐火磚設(shè)計(jì)成嚙合結(jié)構(gòu)，使用結(jié)果證明，窯墻基本無(wú)內(nèi)凸現(xiàn)象。

2．2 窯頭封閉氣幕及排煙系統(tǒng)

為了保持窯內(nèi)壓力穩(wěn)定，避免燒成溫度波動(dòng)，該窯的窯頭窯尾均不設(shè)窯門，而在窯頭兩側(cè)墻及窯頂各設(shè)置一道氣幕風(fēng)罩，采用抽風(fēng)形式作為封閉氣幕，改變傳統(tǒng)的窯門及吹風(fēng)封閉氣幕形式，也有利于產(chǎn)品干凈入窯燒成。排煙系統(tǒng)采用窯內(nèi)多點(diǎn)排煙和窯外風(fēng)機(jī)集中排煙的形式。在預(yù)熱帶的兩側(cè)窯墻上，設(shè)置多對(duì)排煙口。排煙口位于窯墻靠近窯車臺(tái)面處。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)排氣口的開度來(lái)調(diào)整預(yù)熱帶的溫度曲線。每個(gè)排煙口的外側(cè)設(shè)有冷風(fēng)稀釋口，必要時(shí)可吸入部分窯外空氣來(lái)降低排煙溫度。

2．3 攪拌風(fēng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)隧道窯預(yù)熱帶因氣體分層而導(dǎo)致上下溫差較大。本設(shè)計(jì)除了采取窯頂板流析和窯內(nèi)多點(diǎn)排煙措施外，在預(yù)熱帶兩側(cè)墻上部還設(shè)有攪拌風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)抽入環(huán)境冷風(fēng)，經(jīng)總管、支管、球閥后，進(jìn)入窯的上部通道，攪拌氣流，阻止氣流分層，從而減少預(yù)熱帶上下溫差。入風(fēng)口小而多，兩側(cè)交錯(cuò)布置。

2．4 燃燒系統(tǒng)

由于燒成制品的高溫恒時(shí)間要求較長(zhǎng)，因而本設(shè)計(jì)中燒成帶占窯體總長(zhǎng)度的比例略大，布置的燒嘴數(shù)量也略多，通過(guò)改變點(diǎn)燃的燒嘴數(shù)量和部位來(lái)調(diào)節(jié)燒成帶高溫點(diǎn)的位置和高溫恒溫時(shí)間，可以適應(yīng)不同配方產(chǎn)品的燒成工藝要求，具有更大的燒成工藝適應(yīng)性和靈活性。

燒嘴沿窯的兩側(cè)交錯(cuò)布置且正對(duì)窯車磚垛之間的燃燒通道，因此，高速燃燒氣流不會(huì)相對(duì)流動(dòng)，互相干擾，而是在窯內(nèi)的水平和垂直方向產(chǎn)生一定的循環(huán)，使窯內(nèi)溫度均勻一致。不在窯體側(cè)墻上設(shè)置燃燒室，而采用在窯內(nèi)制品間直接燃燒的方式，可使側(cè)墻結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，能充分隔熱保溫。

需要說(shuō)明的是，該窯的燃燒方式與傳統(tǒng)隧道窯有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)高溫隧道窯即使不設(shè)燃燒室，燒嘴磚的內(nèi)腔也較大，助燃風(fēng)絕大部分甚至全部是通過(guò)燒嘴或燃燒室燒嘴磚進(jìn)入窯內(nèi)助燃的，助燃風(fēng)的換熱主要靠通過(guò)金屬換熱器或窯體空心拱和空心墻來(lái)實(shí)現(xiàn)，換熱溫度最 高達(dá)到1000℃，低的只有200~300℃；而且采用窯爐砌體換熱方式的助燃風(fēng)壓力不高，還容易造成窯體透風(fēng)、漏氣。本設(shè)計(jì)的新型高溫窯無(wú)燃燒室，燒嘴磚也較短且內(nèi)、腔較小，只有極少部分冷風(fēng)通過(guò)燒嘴進(jìn)入窯內(nèi)，起冷卻燒嘴和助吹作用，絕大部分助燃風(fēng)來(lái)自冷卻帶鼓入的冷卻風(fēng)。冷卻制品后的熱風(fēng)到達(dá)燒成帶后，其溫度接近或達(dá)到最 高溫度。顯而易見(jiàn)，此窯的節(jié)能效果是顯著的，并且高溫升溫和高溫恒溫操作較容易。

2．5 窯尾冷卻系統(tǒng)

該窯在窯尾兩側(cè)墻及窯頂各設(shè)置一道冷風(fēng)口，由風(fēng)機(jī)向窯內(nèi)鼓入大量冷風(fēng)冷卻制品。此外，還在冷卻帶兩窯車接頭處兩側(cè)窯墻的上下交錯(cuò)布置數(shù)對(duì)高速低流量冷風(fēng)吹管，吹入的冷風(fēng)在窯車接頭處形成一個(gè)冷卻斷面，有助于整個(gè)制品橫斷面均勻冷卻。冷卻制品后的熱風(fēng)大部分運(yùn)動(dòng)到燒成帶助燃，剩余部分經(jīng)冷卻帶窯墻排風(fēng)口由抽熱風(fēng)機(jī)抽出，送至干燥窯用。

2．6 車下冷卻風(fēng)系統(tǒng)

該窯屬高溫窯，為防止車下溫度過(guò)高，車下設(shè)有冷卻風(fēng)系統(tǒng)。在燒成帶和冷卻帶窯車下部設(shè)置吹風(fēng)管，向車下吹入冷空氣，經(jīng)過(guò)窯墻底部排風(fēng)口，利用內(nèi)外排風(fēng)口高差形成的自然抽力排除。

2．7 余熱利用系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)余熱利用系統(tǒng)包括4部分：冷卻帶部分冷卻熱風(fēng)、車下冷卻風(fēng)、窯墻窯頂外表面散熱冷卻風(fēng)和煙氣換熱風(fēng)。由于高溫窯外表面溫度較一般隧道窯略高，為了充分利用余熱，在高溫帶窯頂蓋有型鋼支撐的波紋板，與外層拱頂形成換熱空間；窯墻外層砌成空心墻，冷空氣自靠近地面的一排小孔進(jìn)入空心墻內(nèi)，與窯頂換熱風(fēng)混合，集中抽出。在窯外排煙總管道上裝有金屬換熱器，可充分利用煙氣的部分余熱。以上4部分余熱風(fēng)均送至干燥窯，可完全滿足制品烘干需要。

2．8 窯車

窯車采用型鋼制作加工而成，軸承采用高溫軸承，最 高耐溫300℃，車體耐火材料為：車臺(tái)面磚選用抗熱震性好的燒結(jié)莫來(lái)石磚，干砌；周邊選用嚙合磚砌筑；中間選用隔熱磚砌筑。車臺(tái)面磚干砌的優(yōu)點(diǎn)在于可大大減少窯車檢修次數(shù)，延長(zhǎng)窯車使用壽命。

2．9 自動(dòng)控制系統(tǒng)

該窯的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括溫度控制、壓力控制和安全報(bào)警。

燒成溫度采用計(jì)算機(jī)控制，包括電腦、AI人工智能調(diào)節(jié)儀、電磁閥、電動(dòng)執(zhí)行器和熱電偶等，并配置數(shù)據(jù)采集卡和機(jī)內(nèi)機(jī)外的隔離器件，利用計(jì)算機(jī)專用工控軟件包進(jìn)行編程開發(fā)。溫度由熱電偶來(lái)檢測(cè)，火爭(zhēng)焰由電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)，它們都由電腦和AI人工智能調(diào)節(jié)儀按設(shè)定的燒成曲線進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐溫度的自動(dòng)控制。還能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，并能自動(dòng)記錄、打印及畫面語(yǔ)言提示；另外，計(jì)算機(jī)還能根據(jù)燒成要求模擬并儲(chǔ)存多種燒成制度曲線，同時(shí)燒成曲線的參數(shù)可按需要隨時(shí)修改。

窯壓控制通過(guò)變頻控制排煙風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)抽出風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。窯內(nèi)壓力信號(hào)和風(fēng)機(jī)主管道的壓力信號(hào)由壓力變送器采集后，送至各自的AI智能調(diào)節(jié)儀，進(jìn)行自動(dòng)變頻調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制精度高，且省電。利用1臺(tái)壓力變送器通過(guò)手動(dòng)切換可測(cè)得窯內(nèi)多個(gè)部位的壓力信號(hào)而手操作器和變頻器均可切換到人工操作環(huán)境，以便于進(jìn)行工藝摸索，以及應(yīng)付突發(fā)事件。

該窯用的燃料為天然氣，為了保證供氣安全，在供氣主管路上設(shè)有電磁總閥，各環(huán)管上也設(shè)有區(qū)間電磁閥。當(dāng)系統(tǒng)停電時(shí)，電磁閥自動(dòng)切斷氣路，防止天然氣進(jìn)入窯內(nèi)；當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)電磁閥自動(dòng)切斷氣路，確保安全。

3 結(jié)語(yǔ)

所設(shè)計(jì)的新型高溫隧道窯在窯體結(jié)構(gòu)和燃燒方式上采用了獨(dú)特的新技術(shù)，性能先進(jìn)可靠，一次調(diào)試成功并投入正常運(yùn)行。投產(chǎn)后，窯的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，節(jié)能效果顯著，值得有關(guān)生產(chǎn)廠家新建或改造高溫隧道窯時(shí)采用或借鑒。