高效節(jié)能干燥裝備和技術(shù)的研究應(yīng)用

熊亮　陶志堅(jiān)　林小平

摘 要：干燥，是陶瓷磚生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備。隨著國家節(jié)能環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，執(zhí)行力度已不斷加大，干燥器的節(jié)能、高效和優(yōu)化設(shè)計(jì)也被提到重要的議事日程上。本文將從不同的角度介紹兩種高效節(jié)能干燥器的應(yīng)用，希望陶瓷企業(yè)能根據(jù)自身情況進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到利益最大化。

關(guān)鍵詞：高效節(jié)能；六層自循環(huán)干燥器；立干器；利益最大化

1 引言

干燥，是陶瓷磚生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是僅次于燒成的高能耗熱工裝備之一。隨著國家節(jié)能環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，執(zhí)行力度已不斷加大，干燥器的節(jié)能、高效和優(yōu)化設(shè)計(jì)也被提到了重要的議事日程上。本文試圖從陶瓷磚不同產(chǎn)量的角度，研究與之更加適應(yīng)的高效節(jié)能干燥器，進(jìn)而推動(dòng)干燥工序的優(yōu)化。

2 六層輥道式自循環(huán)干燥器

近年來，尤其是近四年，國內(nèi)的陶瓷磚產(chǎn)量發(fā)生了翻天覆地的變化。比如拋光地磚，國內(nèi)的新增生產(chǎn)線普遍追求大產(chǎn)量，單線已從15，000m2/天發(fā)展到45，000m2/天甚至更大產(chǎn)量。燒成方面，每排進(jìn)3片拋光磚（800 mm×800 mm）的3.1 m寬體窯裝備和技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)量方面容易滿足；而干燥，由于受到坯體強(qiáng)度、干燥速度等因素的制約，急需研究一種新的大產(chǎn)量干燥器。在這種情況下，通過廣東摩德娜科技股份有限公司研發(fā)人員的共同努力，六層輥道式自循環(huán)干燥器（以下簡稱六層）應(yīng)運(yùn)而生。如圖1、圖2所示。

該干燥器有哪些特點(diǎn)呢？本文將著重介紹六層窯爐的顯著特點(diǎn)。

2.1 “自循環(huán)”結(jié)構(gòu)，干燥效率高

六層自循環(huán)干燥器設(shè)計(jì)成2.8 m或3.5 m模數(shù)段，每段采用一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)，將濕熱空氣不斷抽出干燥器，經(jīng)燃燒機(jī)或窯爐產(chǎn)品冷卻的余熱補(bǔ)充少許熱量后，再送到干燥器內(nèi)。由于大部分熱風(fēng)在干燥器內(nèi)不斷循環(huán)使用，僅有少量濕氣排出干燥器，該結(jié)構(gòu)不僅可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度，而且具有明顯的節(jié)能效果。此外，由于熱風(fēng)在短距離內(nèi)“自循環(huán)”，對流速度快，干燥器內(nèi)形成“刮風(fēng)”的效果，熱風(fēng)與坯體接觸充分，并能迅速帶走蒸發(fā)水，因此效率較高，干燥周期僅為30～40 min就可達(dá)到良好的干燥效果。而國內(nèi)常用的雙層輥道式干燥器（以下簡稱雙層）的周期一般為50～60 min，六層的干燥效率可提高40%以上。即使雙層也設(shè)計(jì)成自循環(huán)結(jié)構(gòu)，因其路線長（六層結(jié)構(gòu)緊湊，垂直布管，一根主管供六層，而雙層要加熱同樣產(chǎn)量的坯體，一根主管需要垂直布管后再水平布置3倍長度的主管），熱風(fēng)循環(huán)效果會(huì)大打折扣。

2.2 能耗低

當(dāng)單、雙層干燥器和六層都不利用窯爐冷卻余熱及煙氣時(shí)，六層燃耗僅為1，250kcal/kg水～1，600kcal/kg水，而國內(nèi)雙層干燥器的燃耗達(dá)到了2，000kcal/kg水～3，000kcal/kg水，通過比較，六層干燥坯體的單位燃耗低了50%左右。主要原因是自循環(huán)結(jié)構(gòu)提高了熱利用率、干燥速度快、排濕量少且排出溫度低、框體散熱面積小等幾個(gè)方面。如果將窯爐煙氣和冷卻余熱全部利用起來，該干燥器幾乎不使用燃料。

2.3 產(chǎn)量大

盡管不同結(jié)構(gòu)干燥器的產(chǎn)量都可增加，但實(shí)際情況卻不一樣，尤其是磚坯線速度和磚坯在干燥器內(nèi)與熱風(fēng)接觸的時(shí)間大不相同。比如，燒后拋光地磚產(chǎn)量為45，000m2/天時(shí)，干燥周期為40 min，六層的長度僅需108 m（內(nèi)寬3.2 m），即可達(dá)到50，000m2/天的毛坯，此時(shí)磚坯在干燥器運(yùn)行的線速度為2.7 m/min；而同樣內(nèi)寬的雙層，在同樣干燥周期的條件下，長度需324 m，磚坯在干燥器運(yùn)行的線速度為8.1 m/min，比六層快了3倍。磚坯運(yùn)行快，與輥棒磨損加大，產(chǎn)生機(jī)械破損的機(jī)率增加；而熱風(fēng)與坯體接觸時(shí)間短，干燥效率下降。因此，陶瓷企業(yè)使用雙層干燥器時(shí)，一般會(huì)通過延長干燥時(shí)間的方式進(jìn)行干燥，但效率較低，產(chǎn)量下降，達(dá)到六層同樣的產(chǎn)量，必須加長干燥器，占地多。

2.4 自動(dòng)化程度高

該干燥器不僅自動(dòng)控制溫度、濕度、風(fēng)壓和磚坯進(jìn)出，而且利用一系列傳感器、PLC、電腦和傳動(dòng)裝置，根據(jù)磚坯進(jìn)、出狀況，“自動(dòng)”調(diào)整參數(shù)適應(yīng)磚坯量變化的"空窯"管理技術(shù)，確保干燥質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)，還可以自動(dòng)計(jì)算單位產(chǎn)品能耗變化情況，隨時(shí)提醒操作人員及時(shí)調(diào)整。

窯爐磚坯運(yùn)行狀態(tài)，如圖3所示。

2.5 節(jié)省場地

與雙層相比，在同樣內(nèi)寬、相同干燥周期的情況下，六層的占地面積比雙層少50%。由于六層將風(fēng)管設(shè)計(jì)到干燥器內(nèi)部兩側(cè)，不僅外形美觀，而且場地更省。

2.6 安排生產(chǎn)靈活

由于目前單線產(chǎn)量大，為了適應(yīng)不同銷量、不同品種的訂單，在工藝布局時(shí)先將壓機(jī)分組，再將壓制的磚坯輸送到干燥器的某層，干燥后分別送到窯爐截面的不同位置（每組壓機(jī)生產(chǎn)的品種在窯爐截面位置相對固定），這樣可以保證產(chǎn)品色澤、變形量相對一致。

以9臺(tái)壓機(jī)、日產(chǎn)45，000 m2的拋光地磚單線為例，其平面布置如圖4、圖5所示.

壓機(jī)1壓制之后的磚坯通過輥臺(tái)2、橫向連接線3進(jìn)入六層干燥器，每3臺(tái)壓機(jī)為一組，其磚坯只進(jìn)其中的2層。磚坯出干燥器后，每2層的坯體分別集中到三條輸送線，經(jīng)過裝飾后入窯。由圖4可以看出，輸送線a、b、c進(jìn)入窯爐橫截面位置分別為右、中、左（面對窯頭），是相對固定的。生產(chǎn)時(shí)，既可安排所有壓機(jī)生產(chǎn)一個(gè)品種，也可以安排每3臺(tái)壓機(jī)生產(chǎn)一個(gè)品種，安排生產(chǎn)非常靈活，對銷售量的限制相對較小。除此之外，每3臺(tái)壓機(jī)的磚坯進(jìn)入干燥器的哪一層、窯爐的哪個(gè)位置比較明顯，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)，容易查找原因。

3 立式干燥器

目前，立式干燥器（簡稱立干器，下同）在國外一些發(fā)達(dá)國家（如意大利、西班牙、美國等）和一些發(fā)展中國家（如印度、印尼、巴西等）大量使用。實(shí)踐證明，立干器在能耗、占地面積、操作環(huán)境等方面優(yōu)勢突出，使用效果較好。如圖6所示。

3.1 結(jié)構(gòu)

（1） 鋼架主體

立干器的鋼架主體和輥道式干燥器（即臥式）主體一樣，是整個(gè)干燥器的骨架，絕大部分部件和其他設(shè)備都布置到主框架上。立干器的高度超過8.5m。

（2） 喂磚和卸磚系統(tǒng)

立干器的喂磚和卸磚系統(tǒng)等同于輥道式干燥器的進(jìn)窯機(jī)和出窯機(jī)，起到了裝載和卸載磚坯的作用。這種裝卸系統(tǒng)采取的傳動(dòng)方式與目前許多陶瓷廠用的儲(chǔ)坯車循環(huán)系統(tǒng)是一樣的，以小輥棒傳動(dòng)（外徑一般為25 mm的鋼棒）。當(dāng)磚坯來到入口時(shí)，干燥器儲(chǔ)坯籠（相當(dāng)于“吊籃”，籃內(nèi)有多層鋼棒，一般為12層）的某一層與輥臺(tái)同水平面，傳動(dòng)裝置會(huì)自動(dòng)地將傳動(dòng)卡頭插入輥棒內(nèi)，從而帶動(dòng)儲(chǔ)坯籠輥棒傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝坯、卸坯同步進(jìn)行。儲(chǔ)坯籠上升或下降過程中以層間距為停頓間隔，每到一層，入口進(jìn)坯，出口卸坯。

（3） 供熱風(fēng)及排濕系統(tǒng)

如圖6所示，大部分熱風(fēng)可以通過供熱循環(huán)風(fēng)機(jī)反復(fù)使用，由兩臺(tái)燃燒機(jī)自動(dòng)補(bǔ)充熱量，自動(dòng)控制溫度。立干器內(nèi)風(fēng)管上有多個(gè)分風(fēng)器導(dǎo)流，熱風(fēng)從每一層的一邊抽到另一邊后回到供熱風(fēng)機(jī)內(nèi)補(bǔ)充熱量再供入，相當(dāng)于每一層形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。排濕由單獨(dú)的小功率風(fēng)機(jī)控制（或自然排濕），并設(shè)計(jì)有濕度監(jiān)測系統(tǒng)，如圖7所示。

（4） 磚坯裝載回路系統(tǒng)

立干器的磚坯裝載回路系統(tǒng)是立干器承載和運(yùn)送磚坯的系統(tǒng)，相當(dāng)于輥道式（即臥式）的輥棒傳動(dòng)系統(tǒng)。但立干器的承載系統(tǒng)是由若干個(gè)儲(chǔ)坯籠組成，儲(chǔ)坯籠在立干器內(nèi)做行星回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（磚坯從立干器下部入口進(jìn)，在內(nèi)部繞一圈后從另一邊下部出），磚坯相對于儲(chǔ)坯籠是靜止的。

（5） 坯溫控制系統(tǒng)

主要用來控制坯體上釉線的溫度。此系統(tǒng)由一個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管路及若干個(gè)調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)流板組成，升溫由燃燒機(jī)供熱，降溫通過配冷風(fēng)?？蛻艨梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的工藝來選擇是否需要這個(gè)系統(tǒng)。

3.2 特點(diǎn)

（1） 占地面積小

生產(chǎn)拋光地磚時(shí)，每臺(tái)立干器的產(chǎn)量可達(dá)到8，000m2/天。當(dāng)陶瓷企業(yè)燒后產(chǎn)量為20，000m2/天時(shí)，可以選配3臺(tái)立式干燥器。單臺(tái)立干器的最大長度為10m，最大外寬為6.7m，占地面積為67m2，3臺(tái)立干器的占地面積為201m2。

廣東某陶瓷企業(yè)產(chǎn)量為20，000m2/天，采用的5層干燥器，占地面積為2.8m（長）×7.0m（寬，含抽輥空間）×21（節(jié)）=411.6m2，兩相比較，節(jié)約了51%的土地。如果與傳統(tǒng)的雙層或3層干燥器相比，省地優(yōu)勢更加明顯。

（2） 能耗低

立干器有效利用了高度空間，磚坯從一端的下部向上運(yùn)行，通過頂部后再下行到底部卸出。熱風(fēng)溫度增加后密度降低而上升，磚坯的溫度在運(yùn)行過程中自然逐步升高，不用太大的風(fēng)壓即可使熱風(fēng)布滿整個(gè)干燥室內(nèi)，因此風(fēng)機(jī)功率小，省電（抽濕集中到頂部，也可利用自然抽力）。使用循環(huán)風(fēng)不僅提高了了風(fēng)速，也減少了排濕量，加上立干器內(nèi)磚坯運(yùn)行周期一般在90min左右（比雙層干燥器還慢了50%），熱風(fēng)與磚坯熱交換時(shí)間長，因此燃耗低。

立干器的電耗一般為8.5kW/t磚，熱耗約1，250kcal/kg水，綜合能耗比輥道式干燥器低20%以上。

（3） 合格率高

磚坯被裝入儲(chǔ)坯籠后，一直保持與輥棒的相對靜止（磚坯不運(yùn)動(dòng)），所以干燥過程中，磚坯不受機(jī)械外力的影響。這樣也就減少了由于機(jī)械震動(dòng)而造成的干燥裂。從立干器投入使用的情況來看，基本不存在干燥開裂這一現(xiàn)象，因此合格率較高。

（4） 整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，調(diào)試容易

控制柜設(shè)有溫度和濕度監(jiān)測系統(tǒng)，調(diào)試人員可以直接從控制柜電腦中讀取和改變干燥參數(shù)?；静恍枰浆F(xiàn)場調(diào)整閥門，即使到現(xiàn)場距離也比較短，操作勞動(dòng)強(qiáng)度低。

（5） 工作環(huán)境良好

立干器熱風(fēng)管比輥道式干燥器少很多，操作人員無需在復(fù)雜的熱風(fēng)管路間進(jìn)行調(diào)試和保養(yǎng)工作，如圖8所示。

4 結(jié)語

從上述分析可以看出，六層輥道式干燥器和立干器都具有高效、節(jié)能、省場地等優(yōu)勢，值得大力推廣。但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，六層干燥器層數(shù)多產(chǎn)量大，非常適合陶瓷磚單線產(chǎn)量超過20，000m2/天的陶瓷生產(chǎn)線。而立式干燥器，由于利用地上和地下空間，高度受到限制，更加適合產(chǎn)量低于20，000m2/天的陶瓷磚生產(chǎn)線（若1條生產(chǎn)線采用3臺(tái)以上的立干器，布置難度大）。陶瓷企業(yè)需要根據(jù)各自的產(chǎn)量特點(diǎn)，選擇不同結(jié)構(gòu)的干燥裝備，這樣不僅可以優(yōu)化生產(chǎn)，而且可以使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化。