黃岡市中聯(lián)窯爐設(shè)備有限公司專(zhuān)業(yè)提供稀土窯爐、金屬鎂窯爐、陶瓷窯爐、耐火材料窯爐等窯爐設(shè)計(jì)、窯爐制造、窯爐安裝調(diào)試等一體化服務(wù)!
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(chē),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(chē)臺(tái)面至窯頂高度0.95/0.75m,窯內(nèi)容窯車(chē)25輛,每輛窯車(chē)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(chē)下冷卻風(fēng)系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、窯車(chē)、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(kāi)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(mén),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(mén)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(chē)臺(tái)面處。同時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)排氣口的開(kāi)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)下冷卻風(fēng)系統(tǒng)
該窯屬高溫窯,為防止車(chē)下溫度過(guò)高,車(chē)下設(shè)有冷卻風(fēng)系統(tǒng)。在燒成帶和冷卻帶窯車(chē)下部設(shè)置吹風(fēng)管,向車(chē)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(chē)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(mǎn)足制品烘干需要。
2.8 窯車(chē)
窯車(chē)采用型鋼制作加工而成,軸承采用高溫軸承,最 高耐溫300℃,車(chē)體耐火材料為:車(chē)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(chē)臺(tái)面磚干砌的優(yōu)點(diǎn)在于可大大減少窯車(chē)檢修次數(shù),延長(zhǎng)窯車(chē)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(zhuān)用工控軟件包進(jìn)行編程開(kāi)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(huà)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。
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