超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯的工藝技術(shù)研究

陳水?！∨私ōh(huán)

摘 要：本文簡(jiǎn)述了超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯的技術(shù)特點(diǎn)，并就其技術(shù)參數(shù)與主要系統(tǒng)類型等進(jìn)行了深入分析，期望能為在節(jié)能減排的大環(huán)境下選擇合理的窯爐設(shè)備提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：超寬體;低熱值;燃?xì)夤?jié)能型;輥道窯;工藝技術(shù)

1 前言

石油價(jià)格的不斷提升使得人類的環(huán)保意識(shí)也在不斷提升，這就使得窯爐的諸多用戶對(duì)生產(chǎn)廠家提出了更多的要求。廠家應(yīng)在原輥道窯的基礎(chǔ)上進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新，保證其符合當(dāng)下節(jié)能降耗的大環(huán)境要求，使得經(jīng)過(guò)創(chuàng)新后的輥道窯與國(guó)家政策要求下的節(jié)能環(huán)?？谔?hào)相符，并保證其能夠在實(shí)際應(yīng)用時(shí)滿足用戶的基本需求。

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

由于這一輥道窯具有節(jié)能減排的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使得其在強(qiáng)化燃燒空間科學(xué)性、提高燃燒過(guò)程合理性以及穩(wěn)定性的同時(shí)，保證了材料在窯中處于充分燃燒狀態(tài)，不僅節(jié)省了大量燃料，也減少了不良?xì)怏w的排放量。再加上針對(duì)其系統(tǒng)控制進(jìn)行了自動(dòng)強(qiáng)化，該類輥道窯無(wú)論是操控水平還是管理水平都獲得了極大的發(fā)展，自動(dòng)化水平也有了明顯提升。

2.1拱形結(jié)構(gòu)使燃燒空間具有合理性

雖然原版的輥道窯由于其平頂結(jié)構(gòu)使得其具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，例如橫截面溫差較小，尤其是在燒嘴射程合理且窯體不寬的情況下這種特征將會(huì)更加明顯。但為了滿足更多需求，窯體加寬已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的燒成速度也就之間加快，在燃料熱值極低的情況下原本的平頂結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能凸顯出原本的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)影響橫截面溫度的均一性。在這種環(huán)境下顯示出橫截面中間溫度相較于兩邊溫度要低得多[1]。那么想要改善此種情況，保證截面溫度均一，首先要使截面中部的溫度升高。在經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)能夠在隧道窯拱頂熱量分布原理基礎(chǔ)上通過(guò)改變?cè)镜钠巾斀Y(jié)構(gòu)，使其變?yōu)楣绊斀Y(jié)構(gòu)后，其橫截面溫度相較以往有了極大變化。由于拱頂部位燃燒空間被明顯擴(kuò)大，這樣一來(lái)界面中間的部位熱力值將會(huì)更高，其存在的拱頂弧面有利于熱輻射傳導(dǎo)以及熱值增加。再加上原本的截面熱氣流死角在如此的窯頂結(jié)構(gòu)下被消除，因此有效保證了截面的溫度均一性。在對(duì)拱頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究后，其在保證應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上主要解決了以下的兩個(gè)問(wèn)題：

第一是拱頂高度的合適范圍。經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)輥道窯的突起高度應(yīng)控制在300～400mm之間才能獲得最佳的控制效果。在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在保證高度的同時(shí)，控制其拱頂弧度為60度時(shí)能夠起到最佳效果。

第二是保證拱頂結(jié)構(gòu)的安全性。拱頂力學(xué)特性下不僅應(yīng)有向下重力，同時(shí)橫向分力也由兩邊拱腳承受。當(dāng)冷熱態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，無(wú)論是冷收縮還是熱膨脹，應(yīng)力都會(huì)在此種條件下被強(qiáng)化，尤其是在具有跨度大、溫度高特征的寬體窯下，這種應(yīng)力表現(xiàn)更為明顯，再加上輥棒的傳動(dòng)過(guò)程，其產(chǎn)生的震動(dòng)在結(jié)合應(yīng)力的作用下，同樣會(huì)影響拱頂?shù)陌踩浴榱俗畲蟪潭鹊谋苊夤绊斀Y(jié)構(gòu)安全問(wèn)題出現(xiàn)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的輥道窯應(yīng)用需求確定合適的拱弧形，這樣一來(lái)無(wú)論是拱腳磚還是楔型磚都將呈現(xiàn)出吻合特性。在砌筑輥道窯時(shí)選擇的粘結(jié)劑應(yīng)具有耐高溫特性。

2.2PLC系統(tǒng)與PID相結(jié)合表現(xiàn)出強(qiáng)大功能

本項(xiàng)目最終選取的方便應(yīng)用的方案應(yīng)具有執(zhí)行精準(zhǔn)、操作方便以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特性，而PLC系統(tǒng)與PID相結(jié)合的方案，通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出的多種特征均與期望設(shè)計(jì)值相吻合。應(yīng)用這一系統(tǒng)不僅大大滿足了變量多輸入輸出信號(hào)的自控需求，即使在信號(hào)控制龐雜階段，無(wú)論是制造成本、運(yùn)行管理還是日常操作均符合預(yù)期要求。這一系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分組成：

控制輥道窯溫度的綜控系統(tǒng)（PID）具有自動(dòng)控制功能，在328m的輥道窯中布設(shè)了56組回路，其中每個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)均包含熱電偶、燃料控制閥、電動(dòng)執(zhí)行器以及溫度控制表等[2];多點(diǎn)連鎖控制是輥道窯壓力系統(tǒng)的主要控制方案，其想要達(dá)到急冷段溫度控制目標(biāo)需要依靠其中的急冷風(fēng)機(jī)與單獨(dú)的PID控制系統(tǒng)，包括助燃、尾冷以及排煙等功能均由變頻器實(shí)現(xiàn);控制輥道窯的傳動(dòng)電機(jī)需要依靠以PLC為主的控制系統(tǒng);輥道窯全過(guò)程監(jiān)視需要依靠其中的上位管理微機(jī)，通過(guò)模擬板實(shí)現(xiàn)工況管理，例如風(fēng)機(jī)狀態(tài)等均能在此系統(tǒng)下實(shí)時(shí)顯示。

這一系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中顯示出多種優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

第一是由于其中所包含的多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的掌控性較強(qiáng)。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)周圍的情況啟動(dòng)判斷輥道窯狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。再加上其中的多個(gè)系統(tǒng)控制模塊使得信號(hào)傳輸效率高，很快的就能夠達(dá)到預(yù)定溫度，不僅時(shí)間較短，對(duì)其進(jìn)行深入控制后表現(xiàn)出的精確度也較高;第二是其抵抗周圍不良因素干擾的能力較強(qiáng)，能夠自動(dòng)判別干擾類型并及時(shí)制定應(yīng)對(duì)方案，以對(duì)偏移數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)校正;第三是由于該系統(tǒng)中的狀態(tài)顯示與監(jiān)控設(shè)備較多，輥道窯中無(wú)論是狀態(tài)還是故障，都會(huì)以表格或是圖像的方式呈現(xiàn)給管理人員。全生產(chǎn)過(guò)程的情況均會(huì)記錄并儲(chǔ)存在綜控系統(tǒng)中，即使在有故障出現(xiàn)時(shí)也能夠即使報(bào)警，將不確定因素所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低[3]。呈現(xiàn)出的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也為輥道窯的操作人員以及技術(shù)人員對(duì)輥道窯的狀態(tài)以及事故分析提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)條件，一旦操作者自身有違規(guī)操作，也能在系統(tǒng)的糾正下給予及時(shí)幫助。

2.3在余熱風(fēng)管系統(tǒng)的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)余熱的充分利用

充分利用輥道窯的余熱是優(yōu)化輥道窯的主要目標(biāo)，而最為常見的就是在其墻壁結(jié)構(gòu)中埋設(shè)熱風(fēng)管，用以最大程度的提高熱風(fēng)溫度;在輥道窯的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，窯頭出現(xiàn)的煙氣也將成為干燥窯的重要熱源，充分發(fā)揮其應(yīng)用效果;利用其中的余熱能夠直接烘干成品，避免了資源浪費(fèi)。當(dāng)前所應(yīng)用的窯爐想要利用余熱通常是通過(guò)以上幾種方式，但在利用的過(guò)程中由于余熱的特殊性也出現(xiàn)了不少問(wèn)題。以煙氣為例，窯中產(chǎn)生的煙氣雖然具有烘干效果，但由于其產(chǎn)生環(huán)境較為特殊因此表現(xiàn)出了濕氣重、刺激性強(qiáng)的特征，限制了其后續(xù)使用條件。為避免煙氣利用環(huán)節(jié)不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，在干燥窯中添加了具密封與抽濕使用特性的裝置，最大程度的降低了刺激性氣體的產(chǎn)出;而通過(guò)在窯頂采用吊瓷質(zhì)磚，既避免了落臟現(xiàn)象的出現(xiàn)，也起到了耐腐蝕的作用;再加上風(fēng)管保溫應(yīng)用了珍珠巖漿料，大大提高了風(fēng)管的保溫效果;在原本熱風(fēng)管系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，干燥窯熱風(fēng)不僅能夠靈活調(diào)節(jié)窯頭濕熱煙氣，也能夠按照不同部分的實(shí)際需要將余熱供給到各個(gè)不為重，在充分利用余熱的同時(shí)也滿足了干燥需要，工藝要求被滿足的基礎(chǔ)上發(fā)揮了余熱應(yīng)用的最佳效果。

2.4小流量多燒嘴系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性較強(qiáng)

燃燒是否完全與燃燒混合結(jié)構(gòu)之間有著十分密切的聯(lián)系，其是否混合均勻是影響日常燃料消耗量以及產(chǎn)生煙氣中是否包含大量污染物的關(guān)鍵因素。而由于應(yīng)用了具有高速等溫特性的燒嘴，不僅射程合理，無(wú)論是噴出速度還是混合擴(kuò)散情況都與設(shè)計(jì)要求相符合。每一個(gè)燒嘴的發(fā)熱量均能夠達(dá)到每小時(shí)167200KJ的應(yīng)用效果，其火焰監(jiān)控與自動(dòng)點(diǎn)火的功能更是提高燒嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果的重要內(nèi)容。

想要最終達(dá)到燃料燃燒完全與系統(tǒng)靈活控制的目標(biāo)，應(yīng)在掌控?zé)炫挪记闆r后在前幾代窯設(shè)計(jì)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)多燒嘴燃燒系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善與優(yōu)化，最終使得其具有小流量與分散的燒嘴排布特點(diǎn)。為提高系統(tǒng)應(yīng)用的安全性與可靠性，應(yīng)保證氣站中各項(xiàng)設(shè)備的完整性，例如斷電切斷閥門、過(guò)濾器、蝶閥以及壓力表等，這些設(shè)備的共同應(yīng)用使得即使在停電的狀態(tài)下也能實(shí)現(xiàn)電磁總閥自動(dòng)關(guān)閉的效果[4];由于在窯爐的兩端，供氣支管使用法蘭與盲板對(duì)末端進(jìn)行封頭，因此即使有后續(xù)的維護(hù)與保養(yǎng)需要，這種結(jié)構(gòu)的存在也使得這一工序變得十分方便;系統(tǒng)主管中的每一個(gè)控制區(qū)中都包含著分離水管，能夠?qū)⑺址蛛x從而滿足不同類型瓷磚的生產(chǎn)需求，例如瓷質(zhì)拋光磚或是釉面磚等，與低熱值燃料的應(yīng)用需求相吻合。

由于輥道窯的燒成帶窯墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)成材料主要為纖維氈以及莫來(lái)石磚，已經(jīng)完成楔型磚砌筑操作的情況下鋪設(shè)預(yù)定層數(shù)的珍珠巖漿料，窯體密封的情況下，其中不同位置的膨脹節(jié)點(diǎn)處有著不同的陶瓷纖維，無(wú)論是點(diǎn)火還是?；穑瑧?yīng)力與裂縫等不良現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)有明顯降低。在持續(xù)的窯體優(yōu)化下，其表面的溫度將會(huì)得到進(jìn)一步降低，即使有溫度升高情況出現(xiàn)，也不會(huì)超過(guò)50攝氏度。

3 技術(shù)參數(shù)

3.1工藝流程

圖1 制造工藝流程圖。

3.2傳動(dòng)系統(tǒng)

輥道窯中的輥棒旋轉(zhuǎn)動(dòng)力以調(diào)速電動(dòng)機(jī)為主，在各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的傳動(dòng)鏈條的作用下將齒輪以固定角度強(qiáng)制傳動(dòng)。在盒子型結(jié)構(gòu)中多個(gè)齒輪長(zhǎng)期又潤(rùn)滑油保護(hù)，繼而大大提升了傳動(dòng)的穩(wěn)定性與安全性。每個(gè)傳動(dòng)單元都可以進(jìn)行單獨(dú)控制，在計(jì)算機(jī)的連接下自由調(diào)節(jié)其中變頻器的調(diào)節(jié)速度;無(wú)論是電機(jī)還是輥棒，在不同的應(yīng)用需求條件下都需要不止一種的工作狀態(tài)，這也是其可以正反轉(zhuǎn)與往返擺動(dòng)特性的設(shè)定目的。若是有電機(jī)故障出現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)或是輥棒就可以迅速切換狀態(tài)。同時(shí)，前后的差速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)特性使得輥棒彎曲等不良現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)被大大降低，輥棒本身的自潔能力也有了明顯提升;新式的傳動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同自動(dòng)切換電力供應(yīng)狀態(tài)，還能夠不借助變頻器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)操作。

3.3管路系統(tǒng)

管路系統(tǒng)可以將其分為排煙、助燃以及冷卻三個(gè)部分。排煙系統(tǒng)由四臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)所組成，在將煙氣匯總到總管路內(nèi)后，能夠根據(jù)不同部分的不同需要將煙氣送往輥道窯的各處，直至煙氣排空;助燃系統(tǒng)由支管、鼓風(fēng)機(jī)以及助燃主管組成，其助燃功能的實(shí)現(xiàn)與余熱有著緊密聯(lián)系，在適當(dāng)冷風(fēng)的添加下助燃操作不僅安全，也能同時(shí)節(jié)省大量的能源消耗[5];冷卻系統(tǒng)中急冷、緩冷、終冷以及余熱回收四個(gè)部分所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所不同，在高壓離心鼓風(fēng)機(jī)與直冷裝置的作用下，按照不同的操作需求能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，超寬體低熱值燃?xì)夤?jié)能型輥道窯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為突出，其從根本上解決了燃料燃燒不充分以及余熱不能充分利用的問(wèn)題，對(duì)于以爐煤氣為主要燃料的企業(yè)，其優(yōu)化的成功與功能效果的完全發(fā)揮代表的是整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。

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