高溫隧道窯的設計與應用

高溫隧道窯的設計與應用：

1主要技術參數與經濟指標

該隧道窯為明焰間隙燃燒、間歇進車，燒成產品為剛玉莫來石質耐火磚，全窯長度50m，窯內寬度1.5m，窯車臺面至窯頂高度0.95/0.75m,窯內容窯車25輛，每輛窯車碼裝2個磚垛，燒成溫度1650℃，燒成周期46h，燃料為天然氣，噸磚能耗為1500kcal，窯溫及壓力為自動控制，控溫精度≤±2℃．

2 窯爐主體結構及工作系統

整個窯爐主要包括窯爐主體結構、窯頭封閉氣幕及排煙系統、攪拌風系統、燃燒系統、窯尾冷卻系統、車下冷卻風系統、余熱利用系統、窯車、自動控制系統等，如圖1所示。本窯在窯體結構、高溫熱風助燃、余熱利用和自動控制方面采用了部分新技術，與傳統高溫窯爐相比較，具有高溫燒成控制精度高、節能效果顯著等特點。

2．1 窯爐主體結構

窯體鋼結構采用型鋼加固立柱，外表面裝飾為優質鋼板烤漆處理。本窯全長50m，分為預熱帶、燒成帶和冷卻帶3部分。燒成帶內襯采用剛玉莫來石磚，向外依次是高溫輕質隔熱磚、隔熱填料、無石棉硬硅鈣板等。窯頂結構為拱形，為了減少拱頂的高溫膨脹，其內襯應選用密度略低、膨脹系數較小且與燒成帶同質的耐火磚。在預熱帶拱頂砌筑3道交錯式折流板，使拱腳以上部分的熱氣流向下折流，既減少了預熱帶的上下溫差，又不會過多地影響排煙抽力。由于拱頂的橫推力較大，傳統隧道窯拱腳磚外側均用重質磚砌筑，此部位隔熱性較差。本設計拱腳磚外側采用質平板磚間隔一定距離側立放置，平板磚之間填充輕質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，使用過程中開裂，使用壽命短，更換比較麻煩。該窯的燒嘴磚在制作時分割成4塊，然后砌筑拼湊成整體，大大延長了燒嘴磚的使用壽命。傳統高溫隧道窯在生產運行一段時間后，其燒成帶兩側內墻因高溫膨脹會不同程度地向窯內凸出。為了克服這一問題。將燒成帶的窯墻內襯耐火磚設計成嚙合結構，使用結果證明，窯墻基本無內凸現象。

2．2 窯頭封閉氣幕及排煙系統

為了保持窯內壓力穩定，避免燒成溫度波動，該窯的窯頭窯尾均不設窯門，而在窯頭兩側墻及窯頂各設置一道氣幕風罩，采用抽風形式作為封閉氣幕，改變傳統的窯門及吹風封閉氣幕形式，也有利于產品干凈入窯燒成。排煙系統采用窯內多點排煙和窯外風機集中排煙的形式。在預熱帶的兩側窯墻上，設置多對排煙口。排煙口位于窯墻靠近窯車臺面處。同時，通過調節排氣口的開度來調整預熱帶的溫度曲線。每個排煙口的外側設有冷風稀釋口，必要時可吸入部分窯外空氣來降低排煙溫度。

2．3 攪拌風系統

傳統隧道窯預熱帶因氣體分層而導致上下溫差較大。本設計除了采取窯頂板流析和窯內多點排煙措施外，在預熱帶兩側墻上部還設有攪拌風系統，通過風機抽入環境冷風，經總管、支管、球閥后，進入窯的上部通道，攪拌氣流，阻止氣流分層，從而減少預熱帶上下溫差。入風口小而多，兩側交錯布置。

2．4 燃燒系統

由于燒成制品的高溫恒時間要求較長，因而本設計中燒成帶占窯體總長度的比例略大，布置的燒嘴數量也略多，通過改變點燃的燒嘴數量和部位來調節燒成帶高溫點的位置和高溫恒溫時間，可以適應不同配方產品的燒成工藝要求，具有更大的燒成工藝適應性和靈活性。

燒嘴沿窯的兩側交錯布置且正對窯車磚垛之間的燃燒通道，因此，高速燃燒氣流不會相對流動，互相干擾，而是在窯內的水平和垂直方向產生一定的循環，使窯內溫度均勻一致。不在窯體側墻上設置燃燒室，而采用在窯內制品間直接燃燒的方式，可使側墻結構更簡單，能充分隔熱保溫。

需要說明的是，該窯的燃燒方式與傳統隧道窯有很大的區別。傳統高溫隧道窯即使不設燃燒室，燒嘴磚的內腔也較大，助燃風絕大部分甚至全部是通過燒嘴或燃燒室燒嘴磚進入窯內助燃的，助燃風的換熱主要靠通過金屬換熱器或窯體空心拱和空心墻來實現，換熱溫度最 高達到1000℃，低的只有200~300℃；而且采用窯爐砌體換熱方式的助燃風壓力不高，還容易造成窯體透風、漏氣。本設計的新型高溫窯無燃燒室，燒嘴磚也較短且內、腔較小，只有極少部分冷風通過燒嘴進入窯內，起冷卻燒嘴和助吹作用，絕大部分助燃風來自冷卻帶鼓入的冷卻風。冷卻制品后的熱風到達燒成帶后，其溫度接近或達到最 高溫度。顯而易見，此窯的節能效果是顯著的，并且高溫升溫和高溫恒溫操作較容易。

2．5 窯尾冷卻系統

該窯在窯尾兩側墻及窯頂各設置一道冷風口，由風機向窯內鼓入大量冷風冷卻制品。此外，還在冷卻帶兩窯車接頭處兩側窯墻的上下交錯布置數對高速低流量冷風吹管，吹入的冷風在窯車接頭處形成一個冷卻斷面，有助于整個制品橫斷面均勻冷卻。冷卻制品后的熱風大部分運動到燒成帶助燃，剩余部分經冷卻帶窯墻排風口由抽熱風機抽出，送至干燥窯用。

2．6 車下冷卻風系統

該窯屬高溫窯，為防止車下溫度過高，車下設有冷卻風系統。在燒成帶和冷卻帶窯車下部設置吹風管，向車下吹入冷空氣，經過窯墻底部排風口，利用內外排風口高差形成的自然抽力排除。

2．7 余熱利用系統

本設計余熱利用系統包括4部分：冷卻帶部分冷卻熱風、車下冷卻風、窯墻窯頂外表面散熱冷卻風和煙氣換熱風。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入空心墻內，與窯頂換熱風混合，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部分余熱風均送至干燥窯，可完全滿足制品烘干需要。

2．8 窯車

窯車采用型鋼制作加工而成，軸承采用高溫軸承，最 高耐溫300℃，車體耐火材料為：車臺面磚選用抗熱震性好的燒結莫來石磚，干砌；周邊選用嚙合磚砌筑；中間選用隔熱磚砌筑。車臺面磚干砌的優點在于可大大減少窯車檢修次數，延長窯車使用壽命。

2．9 自動控制系統

該窯的自動控制系統包括溫度控制、壓力控制和安全報警。

燒成溫度采用計算機控制，包括電腦、AI人工智能調節儀、電磁閥、電動執行器和熱電偶等，并配置數據采集卡和機內機外的隔離器件，利用計算機專用工控軟件包進行編程開發。溫度由熱電偶來檢測，火爭焰由電動執行器來調節，它們都由電腦和AI人工智能調節儀按設定的燒成曲線進行控制。計算機控制系統不僅能實現對窯爐溫度的自動控制。還能實現對窯爐各系統的綜合控制，并能自動記錄、打印及畫面語言提示；另外，計算機還能根據燒成要求模擬并儲存多種燒成制度曲線，同時燒成曲線的參數可按需要隨時修改。

窯壓控制通過變頻控制排煙風機、冷卻風機和熱風抽出風機來實現。窯內壓力信號和風機主管道的壓力信號由壓力變送器采集后，送至各自的AI智能調節儀，進行自動變頻調整風機轉速，控制精度高，且省電。利用1臺壓力變送器通過手動切換可測得窯內多個部位的壓力信號而手操作器和變頻器均可切換到人工操作環境，以便于進行工藝摸索，以及應付突發事件。

該窯用的燃料為天然氣，為了保證供氣安全，在供氣主管路上設有電磁總閥，各環管上也設有區間電磁閥。當系統停電時，電磁閥自動切斷氣路，防止天然氣進入窯內；當風機系統出現故障時，報警系統發出報警信號，同時電磁閥自動切斷氣路，確保安全。

3 結語

所設計的新型高溫隧道窯在窯體結構和燃燒方式上采用了獨特的新技術，性能先進可靠，一次調試成功并投入正常運行。投產后，窯的各項技術經濟指標均達到了設計要求，節能效果顯著，值得有關生產廠家新建或改造高溫隧道窯時采用或借鑒。