摘要 超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯為拱頂結(jié)構(gòu)的單通道燒成窯，采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)單元分段預(yù)制，現(xiàn)場組裝制造。余熱、干燥風(fēng)管統(tǒng)籌布局，分配控制靈活。采用PID結(jié)合PLC自動控制窯況變量，選擇小流量、多燒嘴燃燒系統(tǒng)，具有燃燒完全、截面溫差小、對低熱值的水煤氣（5000kW/Nm3）有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，是節(jié)能、減排、清潔生產(chǎn)的首選窯爐設(shè)備。

關(guān)鍵詞 輥道窯，超寬體，低熱值，節(jié)能，拱頂

1引言

近年來，隨著國際石油價格不斷攀升及人類環(huán)保意識的提高，用戶對窯爐生產(chǎn)廠家提出了更高的要求，促使窯爐生產(chǎn)廠家在進(jìn)行輥道窯創(chuàng)新時，以“節(jié)能、降耗、減排、環(huán)?！弊鳛樵O(shè)計的準(zhǔn)則，保證新開發(fā)的產(chǎn)品符合國家的節(jié)能、環(huán)保政策及滿足用戶的需求。

2超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯的技術(shù)特點(diǎn)

超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯在技術(shù)上強(qiáng)化了燃燒空間的科學(xué)性、燃燒過程的合理性、窯爐熱工的穩(wěn)定性，減少了耗用燃料；強(qiáng)化絕熱保溫，回收利用余熱，提高完全燃燒程度，減少了熱能消耗，也減少了煙氣有害成分的排放；強(qiáng)化自動控制的系統(tǒng)工程，提高全窯運(yùn)行操控和管理的自動化水平。

2.1 選擇拱型結(jié)構(gòu)，使燃燒空間科學(xué)合理

輥道窯的平頂結(jié)構(gòu)在窯體不太寬、燒嘴射程合理的普通窯型上，具有橫截面溫差小的優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著窯體的加寬，燒成速度的加快，特別是燃料熱值偏低的情況下，輥道窯的平頂結(jié)構(gòu)對窯內(nèi)橫截面溫度的均勻性已明顯不利，主要是中間溫度比左右兩側(cè)低。如何改善截面溫差，通常的做法是增加截面中部的熱量。經(jīng)過反復(fù)論證，根據(jù)隧道窯拱頂熱量分布的原理，選擇把寬體窯的窯頂由平頂結(jié)構(gòu)改為拱頂結(jié)構(gòu)。這樣做一方面可以擴(kuò)大拱頂部位的燃燒空間，增加截面中間部位的熱力；另一方面，拱頂內(nèi)弧面有利于截面中部獲得更多的熱輻射傳導(dǎo)；三是克服平窯頂存在的截面熱氣流死角，可大大改善截面的溫度均勻性。在拱頂結(jié)構(gòu)的研制過程中，進(jìn)一步研究和完善了以下兩個問題：

(1) 拱頂?shù)母叨龋ㄍ黄穑?yīng)該控制在哪個合適的范圍？拱頂?shù)母叨炔皇窃礁咴胶?。筆者在參考了有關(guān)設(shè)計資料和經(jīng)驗后，再通過實驗，得出一般控制在300～400mm范圍內(nèi)最佳。生產(chǎn)實踐證明，其拱頂弧度控制為60°時最合理。

(2) 拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)安全性應(yīng)如何解決？拱頂?shù)牧W(xué)特性，既有向下的重力，還有向兩邊拱腳的橫向分力。在冷熱態(tài)轉(zhuǎn)換時，還伴有熱膨脹、冷收縮的應(yīng)力。特別是寬體窯，跨度大，窯墻薄，溫度高，還有輥棒傳動過程的震動等因素，都會對拱頂?shù)陌踩詭碛绊?。為了解決拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)安全性問題，在結(jié)構(gòu)上，首先設(shè)計好拱的弧型，使鍥型磚和拱腳磚相吻合；在拱頂磚選材方面，在保證耐高溫及絕熱的基礎(chǔ)上，選用莫來石質(zhì)的輕質(zhì)拱頂磚；在砌筑施工上采用耐高溫的高溫粘結(jié)劑砌筑。

2.2 PID結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，功能強(qiáng)大

本項目的研究內(nèi)容是選擇一套結(jié)構(gòu)簡單、自控靈活、執(zhí)行精準(zhǔn)，兼?zhèn)浔O(jiān)控和管理功能、運(yùn)行可靠的自控模式，并設(shè)計成方便使用的方案。筆者集合多年陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)和窯爐制造的實踐經(jīng)驗，經(jīng)過反復(fù)對比，選定了PID結(jié)合PLC的自控模式。通過實驗，確定以單回路分散式控制為主要系統(tǒng)。這樣的組合完全滿足了變量多輸入輸出信號的自控要求，所需的零部件完全可靠。由于窯爐很長，燒嘴很多，要控制的輸入輸出信號非常多，如果太多信號都要連鎖控制，系統(tǒng)會變得非常復(fù)雜和龐大，在日常操作、運(yùn)行管理，以及制造成本等方面都不合算。新的自控系統(tǒng)由以下部分組成：

(1) 全窯溫度系統(tǒng)由PID組成自動控制系統(tǒng)(以328m長的窯為例，設(shè)有56組調(diào)節(jié)回路，控制燒嘴456支)。各個獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一個溫度控制表、一個電動執(zhí)行器、多個燃料控制開關(guān)、一支熱電偶及8～12支燒嘴。

(2) 全窯壓力系統(tǒng)由多點(diǎn)連鎖控制，其中：急冷段的溫度由獨(dú)立的PID系統(tǒng)控制變頻器和急冷風(fēng)機(jī)；排煙、助燃、尾冷、余熱等風(fēng)機(jī)的控制由連鎖、變頻器控制。

(3) 傳動電機(jī)（群）的控制系統(tǒng)，采用PLC控制。

(4) 作為全窯的監(jiān)控系統(tǒng)，采用上位管理微機(jī)，采用一塊模擬板全面地反映和管理全窯的工況，如風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。

這樣的新組合系統(tǒng)具有多項優(yōu)越性：

首先，抗干擾能力強(qiáng)：對干擾有較強(qiáng)的克服能力和校正作用。

操控能力強(qiáng)：多個系統(tǒng)獨(dú)立自動調(diào)節(jié)，信號響應(yīng)速度快，溫度達(dá)標(biāo)迅速，到位飄移時間短，控制精確度高。

管理能力強(qiáng)：實時監(jiān)控，以表格、圖象、數(shù)字的顯示全面地反映全窯工況、記錄、儲存以及報警。為操作人員、工程技術(shù)人員評估窯況、分析事故、總結(jié)尋優(yōu)以及對操作者違規(guī)的警示給予及時、有效的幫助。

2.3 余熱風(fēng)管系統(tǒng)統(tǒng)籌布局，充分利用余熱

輥道窯余熱利用的途徑有多種，在窯墻內(nèi)埋設(shè)熱風(fēng)管，提高助燃熱風(fēng)溫度；利用窯頭煙氣，作干燥窯熱源；將窯尾冷卻帶熱風(fēng)供干燥窯用，同時將窯尾余熱直接烘干成品。現(xiàn)在新建的窯爐基本上都采用以上措施來利用余熱，而本項目要研究的是在同樣的方法上更充分地利用余熱。窯頭煙氣由于濕氣重，有腐蝕性、有刺激氣味，局限了利用量。為了加大利用比例，我們采取了加強(qiáng)干燥窯的密封和抽濕裝置，減少刺激性氣體溢出；在干燥窯窯頂部位采用吊瓷質(zhì)磚的辦法，減少了落臟，又防腐蝕；在所有風(fēng)管的保溫措施上，選用了更好的珍珠巖漿料涂抹保溫；在輥道窯余熱風(fēng)管的布局上，將干燥窯的熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管作了統(tǒng)籌安排，能夠靈活調(diào)節(jié)將窯頭濕熱煙氣、窯尾干熱氣體按需要分別供給干燥窯的各個部位，既保證了干燥需要的熱量，也滿足了工藝的要求，創(chuàng)造了充分利用余熱的最好效果。

2.4 小流量多燒嘴燃燒系統(tǒng)，可調(diào)性強(qiáng)

燒嘴的燃燒混合結(jié)構(gòu)形式十分重要，混合均勻與否，對燃燒完全程度有很大影響，直接影響燃料的消耗和煙氣的污染物成分。本研究采用了仿“漢索夫型”高速等溫?zé)?，具有噴出速度高，射程合理，混合擴(kuò)散，燃燒完全的特點(diǎn)。每個燒嘴發(fā)熱量為167200kJ/h，有自動點(diǎn)火、火焰監(jiān)控、燃燒控制等自控功能。

由既要達(dá)到完全燃燒又要靈活控制的效果出發(fā)，筆者研究了燒嘴的排布。在吸取了第六代節(jié)能窯成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整小流量多燒嘴燃燒系統(tǒng)，形成小流量、分散、密布的特點(diǎn)。在預(yù)熱帶后段由節(jié)距 2160mm，27支輥棒組成，配燒嘴12支；燒成帶前段由節(jié)距2160mm，27支輥棒組成，配燒嘴8支，特別在燒成段的高溫帶采取縮小節(jié)距的措施，由節(jié)距1840mm，23支輥棒組成一節(jié)，配燒嘴8支。這樣的溫度場更加均勻，使燃燒系統(tǒng)可調(diào)性強(qiáng)，操作簡便，燃燒更加完全。為了確保安全、可靠，氣站設(shè)有壓力表、蝶閥、過濾器、斷電切斷閥、放散閥，防爆裝置等安全設(shè)備，停電時自動關(guān)閉電磁總閥。燃?xì)夤苈分鞴芘c分管之間，組與組之間采用法蘭連接，窯爐兩側(cè)供氣支管末端采用法蘭和盲板封頭，有利于煤氣管路系統(tǒng)的拆卸、維修和焦油處理。主管及每組控制區(qū)都有分離水管，可以分離水份。這種特殊工藝組合，滿足了瓷質(zhì)拋光磚、釉面磚等不同產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，特別適用于低熱值燃料的要求。

另外，燒成帶窯墻以莫來石磚、纖維氈、板為主，窯拱頂用鍥型磚砌筑再鋪珍珠巖漿料。同時加強(qiáng)窯體的密封，在不同類型的膨脹節(jié)上用不同的陶瓷纖維，消除窯爐點(diǎn)火停火產(chǎn)生的應(yīng)力和裂縫。通過全面的改進(jìn)，使窯體散熱進(jìn)一步減少，表面溫度進(jìn)一步降低，保證了溫升不超過50℃的要求。

3超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯的技術(shù)參數(shù)

窯體由若干節(jié)A3碳鋼材料焊制成框架，外壁以冷軋鋼板保護(hù)，內(nèi)壁以隔熱耐火磚砌筑，頂部以鍥形隔熱耐火磚砌筑（冷卻帶以標(biāo)形磚吊頂）的可移動的模數(shù)單元（窯箱）組成。

3.1技術(shù)參數(shù)(如表所示)

3.2 制造工藝流程

3.3 傳動系統(tǒng)

（1） 輥棒旋轉(zhuǎn)由各個驅(qū)動單元的調(diào)速電機(jī)傳動鏈條帶動45°斜齒輪以強(qiáng)制方式傳動，新的盒子型結(jié)構(gòu)可將齒輪浸泡在潤滑油槽內(nèi)，以保證傳動的穩(wěn)定性和可靠性。每若干個驅(qū)動單元配一個變頻器調(diào)節(jié)速度，并由電腦依次直接控制。

（2） 電機(jī)和輥棒可選擇正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和和往返擺動三種工作狀態(tài)，在電機(jī)故障、疊磚或出現(xiàn)其它故障時，可以自動切換到擺動狀態(tài)上。此外，在高溫區(qū)輥棒可以前后差速旋轉(zhuǎn)，防止了輥棒因蠕動后彎曲，也提高了輥棒的自潔能力。

（3） 系統(tǒng)也能自動切換到一般電力供應(yīng)和備用電力供應(yīng)狀態(tài)上，還可選擇不通過變頻器的直接驅(qū)動功能。

3.4 管路系統(tǒng)

（1） 排煙系統(tǒng)由四臺鍋爐引風(fēng)機(jī)（二開二備），分別從窯頂和底部多道排煙口將窯內(nèi)煙氣抽出匯入總管，煙氣通過排煙風(fēng)機(jī)及風(fēng)管送到干燥窯前部，多余煙氣排空。每根支管設(shè)有手動調(diào)節(jié)閘閥來調(diào)節(jié)排煙量，控制窯內(nèi)負(fù)壓。

（2） 助燃系統(tǒng)由二臺鼓風(fēng)機(jī)及助燃主管、支管組成。助燃系統(tǒng)利用余熱，引風(fēng)口同時與余熱主管道及外界連接。利用余熱助燃，適當(dāng)配置外界冷風(fēng)，既安全又節(jié)能，助燃風(fēng)還可設(shè)置成均勻分布的三段，以保證助燃風(fēng)壓力均勻。

（3） 冷卻系統(tǒng)包括急冷、緩冷、終冷、余熱回收四個部分：

急冷由高壓離心鼓風(fēng)機(jī)通過總管、支管、手動球閥，直接將窯外冷空氣經(jīng)不銹鋼管再通過細(xì)孔高速打入窯內(nèi)。急冷采用變頻調(diào)速、PID智能控制。

急冷之后是緩冷，它通過抽熱風(fēng)機(jī)將環(huán)境空氣吸入窯內(nèi)導(dǎo)熱鋼管，并將換熱后的熱空氣送入干燥窯內(nèi)，冷空氣在換熱過程中使制品得到間接的冷卻，讓制品安全度過573℃的晶型轉(zhuǎn)換階段。

緩冷之后是終冷，為了加強(qiáng)冷卻效果，在終冷前還配置有直冷裝置，由外界直接引入環(huán)境空氣送入冷卻產(chǎn)品，由熱風(fēng)機(jī)將熱量均勻抽出達(dá)到降溫效果。終冷段設(shè)在窯尾，它通過軸流風(fēng)機(jī)，送入大量的冷空氣，達(dá)到快冷制品的目的。

抽熱吸口設(shè)于冷卻帶，熱風(fēng)從不同的抽風(fēng)口經(jīng)由支管、閥門和熱風(fēng)總管，通過鍋爐引風(fēng)機(jī)抽出送入干燥窯，烘干坯體。

4質(zhì)量特性

按照Q/ZY1-2007標(biāo)準(zhǔn)對“超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯”項目進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)中的12項次的性能要求，對基本參數(shù)、外觀結(jié)構(gòu)、窯體砌筑質(zhì)量、機(jī)架安裝要求、輥棒安裝要求、磚坯跑偏度、排煙溫度、表面溫升、噪聲、燃料系統(tǒng)壓力、安裝及空運(yùn)轉(zhuǎn)要求的61條進(jìn)行了檢測。其中單位制品能耗為490kCal/kg瓷（2048 kJ/kg瓷），窯爐橫斷面溫差4℃，窯爐壁表面平均溫升為48℃，燒成合格率＞99%。

5結(jié) 論

超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯具有能耗低、橫截面溫差小、自控精確、燃燒充分、余熱利用率高等特點(diǎn)，符合節(jié)能減排及清潔生產(chǎn)的原則，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

這是從源頭節(jié)約燃料，從過程提高燒成制品質(zhì)量，從末端再利用余熱的結(jié)果，是陶瓷生產(chǎn)企業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展所急需的新型輥道窯，特別適用于今天大量使用發(fā)生爐煤氣作為燃料的企業(yè)。它的開發(fā)成功，將促進(jìn)陶瓷裝備行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。