82m隧道窯采用熱煤氣焙燒馬賽克的設(shè)計(jì)與應(yīng)用＊

吳 瑩 張啟民 郭選鈿

（1景德鎮(zhèn)窯爐學(xué)會(huì) 江西 景德鎮(zhèn) 333000）（2江西彩石燒裝飾材料有限公司 江西 宜春 336000）（3湖南醴陵七里牌窯爐工程公司 湖南 醴陵 412100）

82m隧道窯采用熱煤氣焙燒馬賽克的設(shè)計(jì)與應(yīng)用＊

吳 瑩1張啟民2郭選鈿3

（1景德鎮(zhèn)窯爐學(xué)會(huì) 江西 景德鎮(zhèn) 333000）（2江西彩石燒裝飾材料有限公司 江西 宜春 336000）（3湖南醴陵七里牌窯爐工程公司 湖南 醴陵 412100）

介紹了發(fā)生爐制熱煤氣焙燒馬賽克的82m隧道窯的窯體結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用效果。

熱煤氣 隧道窯焙燒馬賽克 節(jié)能效果

前言

江西彩石燒裝飾材料有限公司是由佛山市南海裝飾材料有限公司搬遷到江西的。是“石灣牌”、“彩石燒”牌碧玉瓷質(zhì)磚、水晶玻璃馬賽克的專業(yè)設(shè)計(jì)和制造企業(yè)。碧玉瓷質(zhì)磚曾二度獲國(guó)家質(zhì)量獎(jiǎng)——金質(zhì)獎(jiǎng)殊榮，連續(xù)13年榮獲全國(guó)同行業(yè)質(zhì)量評(píng)比第一名，并獲得多項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利和外觀設(shè)計(jì)專利。其品質(zhì)之卓越、屢見(jiàn)于國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)工程項(xiàng)目中，亦獲得香港房屋署注冊(cè)認(rèn)可，遠(yuǎn)銷于亞洲、歐洲、美洲、非洲等地。

碧玉瓷質(zhì)磚，以其極低的吸水率，兼?zhèn)渥匀还饷?、柔和光面、拋光臘面的光學(xué)效果，形成碧玉般的質(zhì)感，成為陶瓷錦磚的新一代產(chǎn)品，并具有不含放射性元素、不損害人體、硬度高、耐酸堿、永不褪色、表里如一等優(yōu)點(diǎn)，是高級(jí)別墅、高檔樓宇及公共場(chǎng)所等現(xiàn)代化或仿古建筑的理想裝飾材料。江西新廠建有一條長(zhǎng)度82m、窯寬1.5m的熱煤氣隧道窯，設(shè)計(jì)馬賽克日產(chǎn)量為5 000m2，燒成產(chǎn)品合格率＞97%。

1 主要技術(shù)參數(shù)

1）窯爐總長(zhǎng)度：82.25m；

2）預(yù)熱帶長(zhǎng)度及比例：28.82m，35.04%；

3）燒成帶長(zhǎng)度及比例：27.40m，33.31%；

4）冷卻帶長(zhǎng)度及比例：26.03m，31.65%；

5）窯內(nèi)寬度：預(yù)熱、冷卻帶為1.508m，燒成帶為1.74m；

6）窯內(nèi)高度：預(yù)熱、冷卻帶為1.15m，燒成帶為1.271m；

7）窯拱頂高：預(yù)熱、冷卻帶為0.202m，燒成帶為0.233m；

8）窯內(nèi)存車數(shù)量：47輛；

9）窯車尺寸：長(zhǎng)×寬×高＝1.75m×1.40m×0.734m；

10）煤氣噴嘴數(shù)量：12對(duì)；

11）煤氣噴嘴型式：熱煤氣低壓細(xì)流股噴嘴；

12）排煙孔數(shù)量：18對(duì)；

13）排煙方式：分散均布，排煙機(jī)＋煙囪；

14）生產(chǎn)品種：馬賽克；

15）燒成溫度：1 220～1 280℃（三角錐測(cè)），可調(diào)節(jié)；

16）推車速度：32～50min/車，可調(diào)節(jié)；

17）燒成時(shí)間：17～27h，可調(diào)節(jié)；

18）燒成周期：25～39h，可調(diào)節(jié)；

19）日產(chǎn)量：4 000～6 000m2/d，可調(diào)節(jié)；

20）煤氣熱值：（1 150～1 250）×4.18kJ/m3；

21）煤氣消耗量：1 000～1 750m3/h，；

22）耗煤：270～500kg/h；

23）匣缽尺寸：直徑×高度＝300mm×（75～110）mm；

24）通風(fēng)設(shè)備：排煙風(fēng)機(jī)助燃風(fēng)機(jī)各2臺(tái)變頻控制，急冷風(fēng)機(jī)2臺(tái)、熱風(fēng)抽出風(fēng)機(jī)3臺(tái)，窯尾風(fēng)機(jī)2臺(tái)、車下冷卻風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

2 煤氣發(fā)生爐

本煤氣發(fā)生爐為單段式熱煤氣爐，主要技術(shù)參數(shù)如下：

1）爐膛直徑：2.8m；

2）所用煤種：無(wú)煙煤；

3）煤塊粒度：20～50mm；

4）煤消耗量：270～500kg/h，可調(diào)節(jié)；

5）產(chǎn)氣量：1 000～1 750m3/h，可調(diào)節(jié)；

6）煤氣熱值：1 150～1 250×4.18kJ/m3；

7）出口溫度：400～500℃；

8）煤氣出口壓力：＜1 500Pa。

發(fā)生爐熱煤氣的產(chǎn)生是將氣化劑連續(xù)通入發(fā)生爐內(nèi)，使之與其中的煤炭起反應(yīng)生成熱煤氣。氣化劑是空氣和水蒸氣的混合物即飽和蒸氣。在發(fā)生爐中煤炭由上部加入，氣化劑由爐底送入，呈逆向運(yùn)動(dòng)。爐中的煤炭層由上至下分為干燥干餾層、還原層、氧化層、灰層。發(fā)生爐熱煤氣是將出爐的高溫煤氣（溫度為400～500℃）經(jīng)過(guò)一個(gè)落灰斗重力沉降和干法旋風(fēng)除塵器，用管道送到用戶，煤氣無(wú)法加壓，壓力較低。所以，要求煤氣站建在窯靠近燒成帶的旁邊，距離一般不超過(guò)20m。熱煤氣屬非清潔燃料，熱值也不高，煤氣中有一半以上是廢氣，CO2＋N2＞60%，一小半是可燃?xì)怏w。因?yàn)槔昧嗣簹獾娘@熱，所以節(jié)能效果好。熱煤氣的化學(xué)成分為：CH4為0.4%、H2為12%～18%、CO為22%～26%、CO2為5%～8%、O2為0.5%、N2為55%。采用熱煤氣的隧道窯煤氣站十分重要，窯爐調(diào)節(jié)好以后，完全靠煤氣站來(lái)燒窯，所以，穩(wěn)定氣壓和煤氣質(zhì)量是確保窯爐生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵。單段熱煤氣站工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 單段熱煤氣站工藝流程圖

3 隧道窯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 老窯變新窯

本窯是利用從佛山買來(lái)的2條隧道窯的舊耐火磚和設(shè)備，重新設(shè)計(jì)1條新窯。所以，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量采用老窯的耐火磚材料，除高溫燃燒室拱磚采購(gòu)新耐火磚外，其余要求大部分用老磚，僅補(bǔ)充少量的異形磚，節(jié)省投資。

3.2 窯車和雙曲封結(jié)構(gòu)

由于老窯為單曲封結(jié)構(gòu)，窯車使用多年，造成車架燒成損壞變形嚴(yán)重，無(wú)法使用，僅利用車輪總成進(jìn)行檢修，現(xiàn)場(chǎng)重新焊接車架鋼結(jié)構(gòu)，由原來(lái)長(zhǎng)度1.37m加長(zhǎng)到1.75m，因匣缽直徑為300mm，使車面上橫向可以裝4缽，縱向可以裝5缽產(chǎn)品，即每車平面上可裝20缽。新窯設(shè)計(jì)時(shí)就改為雙曲折密封結(jié)構(gòu)，減少熱氣流下竄，延長(zhǎng)窯車使用壽命。

3.3 擋火檔和攪拌風(fēng)

傳統(tǒng)隧道窯預(yù)熱帶因氣體分層導(dǎo)致上下溫差較大。本設(shè)計(jì)為了解決溫差大的問(wèn)題，采取了在窯車上設(shè)置底火道和窯頂設(shè)置8道擋火檔的措施，預(yù)熱帶共設(shè)3檔，分別設(shè)置在4＃、8＃、12.5＃車位處的伸縮縫上。在燒成帶也設(shè)3檔，分別在16.5＃、20＃、24.5＃車位處的伸縮縫上。冷卻帶設(shè)2檔，分別在32＃、38.5＃車位處。擋火檔用直徑為50mm高鋁瓷管做成，施工時(shí)，將該處的伸縮縫做成寬度為100mm，用直徑為50mm高鋁瓷管4～5支，排列在拱弦之上，底部墊一塊T3粘土磚（高為65 mm），在拱腳磚處用耐火磚擋住，防止瓷管位移，拱頂磚膨脹不受影響。擋火檔可有效地阻止上部火焰流動(dòng)速度，使其向下部流動(dòng)，減小上下溫差。

在12.5?！?6.5＃車位處，用助燃熱風(fēng)作攪拌氣幕，交叉布置，一邊4道，一邊5道，從窯車上部打入，一方面阻止燒成帶熱氣流往預(yù)熱帶，另一方面強(qiáng)制攪拌，因排煙孔設(shè)在窯車面上有抽力，使上部熱氣流往窯車下部走。

3.4 熱風(fēng)助燃的燃燒系統(tǒng)

馬賽克產(chǎn)品因不上釉，可以用匣缽疊起來(lái)裝燒，裝載密度非常大，所以，產(chǎn)品在高溫恒溫時(shí)間較長(zhǎng)。因而，在窯長(zhǎng)已確定的情況下，本設(shè)計(jì)中預(yù)熱帶和燒成帶的比例略大一些，占68.35%，其中預(yù)熱帶占35.04%，燒成帶占33.31%，冷卻帶占31.65%。同時(shí)主要由于廠房限制，如果不受限制，窯長(zhǎng)做成120m非常理想，產(chǎn)量和質(zhì)量都可以大幅度提高，產(chǎn)品出窯溫度也可以降低（佛山老窯110m長(zhǎng)還不夠理想）。

本窯燃料為發(fā)生爐熱煤氣，布置煤氣噴嘴的數(shù)量也略多一點(diǎn)，可以通過(guò)改變點(diǎn)燃燒嘴的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)燒成帶的高溫點(diǎn)的位置和高溫恒溫時(shí)間長(zhǎng)短，可以滿足在產(chǎn)量增加和減少的情況下也能獲得理想的燒成質(zhì)量和顯著的節(jié)能效果，具有更大的燒成工藝適應(yīng)性和靈活性。

低壓煤氣燒嘴沿窯的兩側(cè)對(duì)稱布置，正對(duì)窯車上的磚垛之間的燃燒通道。因此，燃燒氣流在燃燒室充分混合后進(jìn)入窯道在窯內(nèi)制品間直接燃燒的方式，使熱氣流往窯車下火道行走，上部火道被擋火檔擋住，流速變慢，可有效地減小上下溫差。

噴嘴前設(shè)置一個(gè)很大的燃燒室，噴嘴磚是喇叭口，助燃風(fēng)大部分通過(guò)噴嘴磚進(jìn)入燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒室出口直接與窯道相連，燃燒后的熱氣流直接進(jìn)入窯內(nèi)加熱產(chǎn)品。

助燃風(fēng)的換熱主要靠一個(gè)設(shè)在冷卻帶的耐熱鋼換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，熱風(fēng)溫度為150～250℃，用1臺(tái)高壓離心風(fēng)機(jī)強(qiáng)行鼓入冷風(fēng)，通過(guò)換熱器到設(shè)在窯頂上的2支助燃風(fēng)管，因?yàn)槭菬犸L(fēng)，助燃風(fēng)管較大，助燃風(fēng)壓在1 200～1 500Pa，2支助燃風(fēng)管布置在窯頂上，保溫性能好，由于本窯采用了熱煤氣，利用了煤氣的顯熱，又增加了熱風(fēng)助燃，加熱段的比例又略大一些，所以，本窯熱利用率高，排煙溫度又不高，節(jié)能效果非常顯著。

3.5 低壓細(xì)流股熱煤氣噴嘴

本窯是利用老廠折下來(lái)的舊噴嘴，此噴嘴為低壓細(xì)流股熱煤氣噴嘴。該噴嘴以未經(jīng)清洗的熱煤氣為燃料，助燃空氣以多流股旋向噴出與煤氣混合，空氣和煤氣混合均勻，故火焰較短，容易獲得高溫區(qū)，由于空氣壓力比煤氣壓力高，空氣高速噴出時(shí)，將熱煤氣按比例吸入，故具有一定的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。即風(fēng)帶氣的方式燃燒，燒成帶空間大，氣體幅射層厚度加大，燃燒完全，溫度均勻，溫差小。

3.6 冷卻系統(tǒng)

由于窯長(zhǎng)的限制，冷卻帶為15個(gè)車位，所以設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)了急冷措施，安排3個(gè)車位使產(chǎn)品在高溫下急冷，產(chǎn)品發(fā)色好，又不開裂。急冷后安裝2.20m耐熱鋼換熱器，換熱器后7個(gè)車位為熱風(fēng)抽出段，把多余的熱風(fēng)送到泥餅干燥線上，干燥效果很好。窯尾4個(gè)車位為窯尾直接冷卻，除直接吹冷風(fēng)外，還設(shè)有一支放散管，把多余熱氣排掉。窯尾直冷風(fēng)除用于冷卻產(chǎn)品外，熱風(fēng)大部分被余熱風(fēng)機(jī)抽走，送進(jìn)3條泥餅干燥線，少量作2次高溫空氣補(bǔ)充到燒成帶，提高燒成溫度，幫助高溫區(qū)的煤氣充分燃燒，節(jié)能效果十分明顯。

3.7 車下冷卻風(fēng)系統(tǒng)

本窯在車下設(shè)有檢查坑道，在檢查坑道中設(shè)置冷卻風(fēng)系統(tǒng)，即在燒成帶和冷卻帶窯車下設(shè)置吹風(fēng)管，向車下吹入冷空氣，防止窯道熱氣流下竄，又冷卻了窯車。利用預(yù)熱帶的負(fù)壓區(qū)，將熱風(fēng)吸入排煙機(jī)帶走。

3.8 熱工測(cè)量和自動(dòng)控制

溫度測(cè)量，在窯頂沿長(zhǎng)度方向布置熱電偶13支，基本可以反映窯內(nèi)的溫度曲線，在儀表盤上有顯示。在每對(duì)燃燒室中間也設(shè)置了熱電偶可以及時(shí)反映燃燒室的溫度，可使溫度保持一致。

壓力測(cè)量：煙道負(fù)壓表測(cè)量壓力為－22～－25Pa；

助燃風(fēng)壓：助燃風(fēng)壓為1 200～1 500Pa；

由于排煙風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)功率大，調(diào)節(jié)頻繁，廠里采用了變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)，十分靈敏，也節(jié)電。

4 結(jié)論

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)存量十分豐富，如何直接利用它來(lái)為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，是我們科技人員要研究的課題。油和氣等清潔能源使用起來(lái)也方便，但價(jià)格不斷上漲，給企業(yè)帶來(lái)壓力。在建筑陶瓷行業(yè)和耐火材料行業(yè)，為了降低生產(chǎn)成本，在環(huán)保達(dá)標(biāo)的前提下直接使用煤炭，采用發(fā)生爐制煤氣是一種切實(shí)可行的辦法，特別是焙燒墻地磚、馬賽克、琉璃瓦等建陶產(chǎn)品和耐火材料，因?yàn)楣?jié)能，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，成本下降很多，國(guó)內(nèi)很多廠家已廣泛采用。

江西彩石燒裝飾材料有限公司，就是用發(fā)生爐制熱煤氣，在82m隧道窯中焙燒馬賽克，獲得可喜的效果。通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，該窯具有產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗低，每天可生產(chǎn)馬賽克為4 000～6 000m2，合格率達(dá)97%，煤炭消耗量為2.8～3.3kg/m2，節(jié)能效果顯著。

1 曾令可，劉春艷，鄧偉強(qiáng)，等.富氧燃燒技術(shù)在梭式窯中的應(yīng)用.全國(guó)性建材核心期刊——陶瓷，2008（1）：43～45

2 徐景福，亢鵬程.超長(zhǎng)寬體輥道窯燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.全國(guó)性建材核心期刊——陶瓷，2008（12）：38～41

3 汪桂鈞，張根栓，李建輝，等.輻射涂料在建陶行業(yè)窯爐節(jié)能中的應(yīng)用.全國(guó)性建材核心期刊——陶瓷，2008（12）：47～50

4 梁振海.高性能窯具應(yīng)用技術(shù)及工作壽命分析.全國(guó)性建材核心期刊——陶瓷，2008（8）：42～44

TQ174.6＋53.1

A

1002－2872（2012）10－0026－03

吳瑩（1940－），大專，高工；主要從事隧道窯的設(shè)計(jì)工作。