五層自循環(huán)干燥器和寬體窯在陶瓷磚行業(yè)的研究應用＊

熊 亮 荊海山 吳俊良

（廣東摩德娜科技股份有限公司 廣東 佛山 528222）

前言

近年來，陶瓷磚的產(chǎn)量越來越大，拋光地磚的單條生產(chǎn)線產(chǎn)量已突破38000m2／d，磚的燒成燃耗僅為570kcal／kg磚左右（燃料為水煤氣），這在4年前是不可想象的（2009年新增拋光地磚生產(chǎn)線的產(chǎn)量約為15 000m2／d左右，燒成燃耗超過了700kcal／kg磚）。拋光地磚在產(chǎn)量、單位燃耗等方面取得巨大的突破，除了工藝配方改進的因素外，關鍵是節(jié)能寬體輥道窯和高效五層自循環(huán)干燥器技術的成熟。從2012年開始，這兩款新裝備已經(jīng)成為了行業(yè)熱門裝備和陶瓷企業(yè)新增生產(chǎn)線的首選，推動了陶瓷磚行業(yè)的健康發(fā)展。

在2010年及以前，拋光地磚寬體窯基本處于探索、研究、試用階段；2011年，有部分陶瓷企業(yè)選擇了寬體窯和多層干燥器，部分陶瓷企業(yè)開始關注；2012年，這兩項裝備逐步獲得了陶瓷行業(yè)的認可；2013年，寬體窯及多層干燥器在國內(nèi)陶瓷磚行業(yè)的銷售達到了巔峰。從廣東摩德娜科技股份有限公司（以下簡稱摩德娜公司）的業(yè)績也可以看到這一發(fā)展趨勢：2010年，寬體窯及配套裝備的銷售額占摩德娜公司銷售額的15.7%，2011年為16.2%，2012年達到了35.8%，2013年超過了70%。寬體窯和多層干燥器獲得了眾多陶瓷企業(yè)的青睞，其原因筆者分析如下：

1 技術特點

現(xiàn)以摩德娜公司高效五層自循環(huán)干燥器和節(jié)能寬體窯為例進行介紹。

1.1 多層干燥器

1.1.1 基本概念

通道超過2層的干燥器稱之為多層干燥器，拋光地磚產(chǎn)量超過20000m2／d的干燥器通常采用五層自循環(huán)干燥器，如圖1所示。

圖1 五層輥道式干燥器一側

1.1.2 技術特點

1.1.2.1 節(jié)能顯著

當單、雙層干燥器和五層自循環(huán)干燥器都不利用冷卻余熱及煙氣余熱時，五層自循環(huán)干燥器燃耗僅為1250～1600kcal／kg水，而國內(nèi)常規(guī)干燥器（一層或雙層）的燃耗為2500～3000kcal／kg水，兩者相比較，五層自循環(huán)干燥器干燥坯體的單位燃耗低50%左右，其主要原因是：自循環(huán)結構提高了熱利用率、干燥速度快、排濕量少且排出溫度低、框體散熱面積小等。如果將窯爐煙氣和冷卻余熱全部利用，該干燥器幾乎可以不使用燃料。

1.1.2.2 干燥效率高

在干燥800mm×800mm拋光地磚時，五層自循環(huán)干燥器的干燥周期可控制在30～40min，而國內(nèi)常規(guī)干燥器的干燥周期一般為50～60min，因此五層自循環(huán)干燥器的干燥效率可提高40%以上。

1.1.2.3 干燥缺陷少

與雙層干燥器相比，五層自循環(huán)干燥器內(nèi)的磚坯運行速度較慢（五層循環(huán)干燥器磚坯的線速度為雙層干燥器的2／5），受熱均勻且受熱時間長，幾乎沒有機械破損和開裂缺陷。當干燥800mm×800mm拋光地磚時，使用五層自循環(huán)干燥器的合格率可達99.5%以上，而采用國內(nèi)常規(guī)干燥器合格率一般在99%以下。

1.1.2.4 參數(shù)變化快

根據(jù)坯體特點，該干燥器的每個標準模數(shù)段在長度為2.8～4.9m處設置一個燃燒機和循環(huán)風機，整個干燥器設置1套或2套獨立的排濕系統(tǒng)，不僅每節(jié)的溫度可以自動調節(jié)，且每節(jié)熱風的濕度也可以通過排濕量靈活調節(jié)。該干燥器的參數(shù)變化后能夠快速穩(wěn)定，對于頻繁轉換產(chǎn)品的陶瓷企業(yè)具有明顯的優(yōu)勢。

1.1.2.5 生產(chǎn)穩(wěn)定性好

該干燥器設有燃燒機和循環(huán)風機獨立控制的供熱系統(tǒng)以及獨立的排濕系統(tǒng)，只使用部分冷卻余熱，窯爐與干燥器之間相互干擾少，生產(chǎn)過程中穩(wěn)定性較好。

1.1.2.6 占地面積小

該干燥器占地面積小，長度只有雙層干燥器的40%。除此之外，該干燥器將風管設計在內(nèi)部兩側，結構緊湊，外形美觀。

1.1.2.7 工作環(huán)境好，設備壽命長

五層自循環(huán)干燥器主要利用窯爐冷卻余熱（少部分使用煙氣），以濕熱氣體循環(huán)為主，因此干燥器內(nèi)的坯體不需要大正壓（一般為5Pa左右）、高溫度（一般在150℃左右）干燥，熱氣逸出量也較少。

而雙層干燥器一般在前段利用窯爐煙氣（含有一定濕度可達到高溫高濕，可以減少裂磚），后段利用冷卻余熱，依靠高正壓（20Pa以上）來縮小溫差，以高溫（最高達250℃）熱氣“慢燜干”（不循環(huán)）。其結果導致整個車間充滿刺鼻的煙氣，干燥器周圍的環(huán)境溫度較高，煙氣中的硫從干燥器泄漏出后不僅會迅速腐蝕金屬框架，還會腐蝕房屋的框架鋼材，致使工作環(huán)境比較惡劣。

1.2 節(jié)能寬體窯

1.2.1 基本概念

所謂寬體窯是相對概念，對于拋光地磚而言，是指通道的橫截面內(nèi)寬（高溫區(qū)兩側內(nèi)壁之間的距離）超過3m的窯爐，如圖2所示。

圖2 寬體窯出磚（每排3片800mm×800mm磚）

1.2.2 技術特點

1.2.2.1 產(chǎn)量高

與普通2.5m內(nèi)寬的窯爐（目前使用的主流拋光地磚舊生產(chǎn)線）相比較，內(nèi)寬超過3m的窯爐，每排可以進4片600mm×600mm磚（內(nèi)寬為2.5m的窯爐每排進3片），或者每排進3片800mm×800mm磚（內(nèi)寬為2.5m的窯爐每排進2片），在窯長和燒成周期相同的情況下，600mm磚的產(chǎn)量可以增加33.3%，800mm磚的產(chǎn)量可以增加50%，極大地提高了產(chǎn)能和效率。

1.2.2.2 節(jié)能措施多

將磚坯冷卻帶的大量熱空氣通過助燃風機進、出口“接力”加溫，提高助燃風溫度至250℃并實現(xiàn)自控，穩(wěn)定可靠；集成保溫新技術和新材料（如納米保溫絕熱材料）成功將窯墻厚度減薄了20%，外表溫度降低了5%；綜合燃耗可節(jié)省10%以上。

1.2.2.3 溫差小

設計出等溫高速燒嘴和縱橫交錯的多孔噴火分流器結構改變了火焰流向，縮小了燒成截面的溫差；并研發(fā)出自由移動的“急冷彎管”調節(jié)急冷區(qū)截面溫差技術，這些技術將窯內(nèi)的截面溫差控制在5℃以內(nèi)，解決了產(chǎn)品色差和變形等問題。

1.2.2.4 傳動好

除采用高強度高溫輥棒外，還利用“弧形”輥棒糾正磚坯走向，解決了因窯爐長和寬度加大后產(chǎn)生的磚坯擠壓和變形問題。

2 多層自循環(huán)干燥器與寬體窯連線搭配的運行情況

摩德娜公司以五層自循環(huán)干燥器和寬體窯連線搭配使用已有多年，綜合技術處于行業(yè)領先水平，尤其在拋光磚和全拋釉燒成方面，有很多的成功案例。多層干燥器與寬體窯連線搭配如圖3所示。

圖3 多層干燥器與寬體窯連線搭配

五層自循環(huán)干燥器與寬體窯連線搭配案例如下：

2.1 基本參數(shù)

五層自循環(huán)干燥器長50.4m，內(nèi)寬3.2m，2臺并排布置；窯爐長399m，內(nèi)寬3.15m。

2.2 運行參數(shù)

2.2.1 五層自循環(huán)干燥器

干燥周期為38min，干燥產(chǎn)品39000m2／d。

2.2.2 寬體窯

燒成周期為32.64min，干燥產(chǎn)品38500m2／d。

2.2.3 合格率

使用五層自循環(huán)干燥器的產(chǎn)品合格率為99.5%。

2.2.4 干燥器和窯爐綜合能耗

1）燃耗：燃料為水煤氣時，以800mm×800mm磚進行測算，煤耗為3.3kg煤／m2磚，每公斤煤氣化后約為3Nm3水煤氣，熱值為1450kcal／Nm3，磚燒后單重約為25kg／m2，單位綜合耗熱約為574.2kcal／kg磚（或82kgce／t磚）。

2）電耗：干燥電耗約為0.0035kW·h／kg磚，燒成電耗約為0.01kW·h／kg磚，綜合電耗為0.0135 kW·h／kg磚。

3 多層自循環(huán)干燥器與寬體窯連線搭配方案的顯著優(yōu)勢

為了降低生產(chǎn)和管理成本，各陶瓷磚企業(yè)在新增生產(chǎn)線時首先考慮的是單線產(chǎn)量因素。如拋光地磚，要求超過30000m2／d或產(chǎn)量更高（一些舊生產(chǎn)線產(chǎn)量僅為10000m2／d左右）。此時，多層干燥器和寬體窯以其產(chǎn)量大、效率高、布置緊湊等特點成為最佳組合，其主要優(yōu)勢如下：

3.1 產(chǎn)量高

寬體窯與普通2.5m內(nèi)寬的窯爐相比，800mm磚產(chǎn)量可增加1.5倍。而干燥器的層數(shù)越多，產(chǎn)量也越大。如五層自循環(huán)干燥器，在同樣內(nèi)寬、占地面積接近、相同干燥周期的條件下，比雙層干燥器（目前使用的主流拋光地磚舊生產(chǎn)線）的產(chǎn)量高2.5倍。

3.2 占地面積小

由于廠房結構、工藝路線不同，單條瓷磚生產(chǎn)線所有設備的占地面積和所用廠房也不相同。為了直觀，下面僅以窯爐和干燥器自身占地面積進行比較（輸送線及其功能設備除外）。

3.2.1 多層自循環(huán)干燥器與寬體窯搭配方案

以摩德娜公司設計、制造的日產(chǎn)800mm×800 mm拋光地磚38000m2的單線裝備為例：使用2臺五層自循環(huán)干燥器，單臺長度為50.4m，內(nèi)寬為3.2m，框架和風管（布置于框架內(nèi)兩側）占地寬度（含電機）為4.5m，2臺占地面積總計為453.6m2。

所使用窯爐為單層，長度為399m，內(nèi)寬為3.15 m，框架和兩側風管的占地寬度為6.01m，占地面積約為2398m2。

3.2.2 雙層干燥器與內(nèi)寬2.5m窯爐搭配方案

假設單線日產(chǎn)量達到38000m2，在相同干燥周期的條件下，若窯爐內(nèi)寬為3.2m，雙層干燥器長度將達到252m，框架和風管（布置于框架外兩邊）占地寬度為4.8m；占地面積約為1209.6m2。

假設窯爐為單層，窯內(nèi)寬度為2.5m，在相同燒成周期的條件下，要達到日產(chǎn)38000m2，那么窯爐長將達到598.5m（由于磚坯線速度將超過10m／min，因此目前難以達到這樣的長度），框架和風管占地寬度為5.36m（假設窯墻保溫層厚度相同），占地面積約為3 208m2。

3.2.3 兩種干燥器和窯爐搭配方案占地面積比較（見表1）

表1 兩種干燥器和窯爐搭配方案占地面積比較

從表1可以看出，多層干燥器與寬體窯搭配方案比雙層干燥器與窯內(nèi)寬度為2.5m窯搭配方案占地面積節(jié)省35.45%，如果加上輸送線等設備，節(jié)省面積將會更多。

除此之外，要達到高產(chǎn)量，雙層干燥器和窯內(nèi)寬度為2.5m窯爐長度都會很長，在相同干燥、燒成周期的條件下，磚坯運行線速度太快，不確定因素就會增加。如果采用兩條生產(chǎn)線，占地面積更大，投資和管理成本將會大幅增加。這在土地日益緊張且價格較高的地域，該方案的優(yōu)勢比較明顯。

3.3 節(jié)約能耗

目前，摩德娜公司生產(chǎn)的五層自循環(huán)干燥器以自循環(huán)結構為基礎，排放溫度低，熱量散失少，加上每層空間小，熱氣與產(chǎn)品接觸充分、均勻，熱散失也少，因此節(jié)能效果顯著。

而在相同產(chǎn)量的情況下，生產(chǎn)尺寸為800mm×800mm磚時，窯內(nèi)寬度為2.5m窯比寬體窯的長度要長50%，給傳動走磚帶來了較大難度。由于窯爐過長，高溫帶正壓大，熱損失嚴重，燃耗增加；而排煙區(qū)負壓較大，漏風嚴重，導致溫差增大。為了平衡窯壓，需選擇較高壓力的排煙風機，因此耗電量增加（見表2）。

從表2可以看出，多層干燥器與寬體窯搭配方案比雙層干燥器與窯內(nèi)寬度為2.5m窯搭配方案節(jié)能效果好。

表2 兩種方案能耗數(shù)據(jù)對比表

3.4 產(chǎn)品破損少

磚坯在運行中會出現(xiàn)一定比例的破損，尤其是在干燥過程中更為明顯。從上述計算可以看出，當單線拋光地磚的日產(chǎn)量達到38000m2時，2臺五層自循環(huán)干燥器的長度都為50.4m，而雙層干燥器長度為252 m。在相同條件下，五層自循環(huán)干燥器內(nèi)的磚坯線速度僅為雙層的20%。即使采用1臺五層自循環(huán)干燥器，其磚坯線速度也只有雙層的40%。運行速度慢，意味著磚坯之間撞擊力（磚坯與磚坯、磚坯與輥棒摩擦）減小，產(chǎn)品破損率降低。

3.5 操作人員勞動強度降低

在日常生產(chǎn)中，為了維護設備正常運轉，操作人員必須24h圍繞干燥器和窯爐不間斷巡視。按上述計算數(shù)據(jù)，在相同樣產(chǎn)量情況下，窯內(nèi)寬度為2.5m窯寬體窯比長1.5倍，雙層干燥器比五層自循環(huán)干燥器長2.5倍。采用此搭配降低了操作人員的勞動強度。

4 結語

多層干燥器與寬體窯搭配方案比雙層干燥器與窯內(nèi)寬度為2.5m窯搭配方案的綜合優(yōu)勢十分明顯，尤其是五層自循環(huán)干燥器搭配寬體窯。我們希望陶瓷企業(yè)多做比較，上新生產(chǎn)線時擇優(yōu)選擇干燥器和窯爐搭配方式；在條件允許時，及時淘汰現(xiàn)有產(chǎn)量低、能耗高、占地面積大、合格率低的舊產(chǎn)線上的干燥器和窯爐，加速陶瓷企業(yè)轉型升級。