王忠文，張根栓，劉劍，談國強，劉艷

(1中國建筑材料科學研究總院，北京100024;2陜西科技大學材料科學與工程學院，陜西西安710021)

1 前言

我國瓷質磚行業(yè)要走可持續(xù)發(fā)展道路，必須遵循節(jié)約化生產途徑，把磚的厚度降下來，才可以實現節(jié)約資源和降低能耗的目標。薄型瓷質磚重量比現行瓷質磚的重量輕，但是其強度以及其他性能基本沒有改變。而且使用的原料減少了，能源使用有所節(jié)約，從而大大減少了對非金屬礦的開采，既保護了資源，減少了環(huán)境污染，又節(jié)約了生產成本。所以，薄型瓷質磚的研究開發(fā)對建筑陶瓷行業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用，瓷質磚薄型化是建材產業(yè)今后發(fā)展的趨勢。而薄型磚干燥和燒成中的彎曲變形等問題的解決，使新型輥道窯的設計和使用勢在必行。

2 節(jié)能輥道窯的設計

2.1 窯體結構設計

采用寬的段面扁平型框架結構，預熱帶、燒成帶窯頂采用隔熱磚加陶瓷纖維氈復合，平吊頂結構。急冷段窯頂采用陶瓷纖維折疊塊平吊，緩冷段窯頂采用纖維棉氈與礦渣棉復合疊塊。

窯墻結構采用U型耐火砌塊與纖維復合窯墻，與其它結構相比蓄熱量小，保溫效果較好，但陶瓷纖維長期使用后收縮粉化，其保溫能力降低。經過反復論證，結合引進幾家國外現代窯結構分析認為，采用輕質隔熱磚加硅酸鈣板，陶瓷纖維的復合結構更加合理。窯體均采用多層隔熱材料保溫，根據各段帶溫度的不同，選用不同材質的輕質耐火材料、隔熱磚、無石棉硅酸鈣板、陶瓷棉氈組成復合保溫層，以減少蓄散熱損失，將窯體散熱降到最低。以窯爐年定產，對窯爐的整體尺寸進行優(yōu)化設計。

窯體鋼結構（圖1）采用金屬框架分段預制，現場組裝，金屬框架采用優(yōu)質方管鋼，在焊接方管鋼架后，再全部鑲薄板經烤漆外殼，使窯體美觀耐用，窯體單元之間用螺栓連接，節(jié)與節(jié)之間留膨脹縫，窯下部采用滾珠活動結構，使窯體膨脹收縮均勻自由。

2.2 燃燒系統(tǒng)設計

燃燒系統(tǒng)的研究與設計是決定輥道窯性能的關鍵技術之一，為此確定如下研究方案：選用脈沖式燃燒器，其特點為全負荷燃燒、火焰噴射速度高，有一定橫向射流作用，對窯內氣體攪拌強烈，可加大制品的熱交換。燃空比調節(jié)系統(tǒng)結構簡單，易操作調整好后，運行時不需再調整。

脈沖燃燒控制采用的是一種間斷燃燒的方式[1，2]，使用脈寬調制技術，通過調節(jié)燃燒時間的占空比（通斷比）實現窯爐的溫度控制。燃料流量可通過壓力調整預先設定，燒嘴一旦工作，就處于滿負荷狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時的燃氣出口速度不變。當需要升溫時，燒嘴燃燒時間加長，間斷時間減?。恍枰禍貢r，燒嘴燃燒時間減小，間斷時間加長。采用脈沖燃燒可彌補燒嘴調節(jié)比低的缺陷，需要低溫控制時仍能保證燒嘴工作在最佳燃燒狀態(tài)。在使用高速燒嘴時，燃氣噴出速度快，使周圍形成負壓，將大量窯內煙氣吸人主燃氣內，進行充分攪拌混合，延長了煙氣在窯內的滯流時間，增加了煙氣與制品的接觸時間，從而提高了對流傳熱效率，另外，窯內煙氣與燃氣充分攪拌混合，使燃氣溫度與窯內煙氣溫度接近，提高窯內溫度場的均勻性，減少高溫燃氣對被加熱體的直接熱沖擊[3]。

設計選用的脈沖燒嘴 （圖2）包括燒嘴本體（1）、氣體通道（2）、爐膛（3）、燃料管（4）、氣體管道（10），送風管道（11）和排煙管道（12），設置在送風管道和排煙管道上的空氣和煙氣脈沖裝置（13），其改進之處在于：在所述燒嘴本體上，設置由作為空氣進入通道的旁路進氣管（5）和作為燃料進入通道的旁路進料管（6）組成的旁路燃燒裝置，旁路進氣管和旁路進料管通入爐膛（3）內。

本節(jié)能型輥道窯全窯共設78支燒咀，分12組進行控制，控制靈活方便、平穩(wěn)可靠。助燃風管路為304耐熱鋼，燃氣主管道均為成型無縫鋼管制作而成，閥門為密封良好的優(yōu)質銅球閥，燃氣經過氣路總成調壓后，壓力穩(wěn)定在6000—8000Pa，分別送到每組電磁閥等，最后到燒咀燃燒。其中預熱帶32只燒咀分4組進行控制。燒成帶46只燒咀分8組進行控制分別由電磁閥，電動執(zhí)行器控制，窯爐采用熱風進行助燃，所采用的熱風來自急冷后的余熱利用，并將助燃風管道埋設在砌體內部。為防止低溫區(qū)燃氣噴咀意外熄滅，預熱帶前部8只燒咀采用火焰監(jiān)測和自動控制。自動進行極短時間內連續(xù)點火，如點火失敗，電磁閥會馬上自動關閉并切斷電源，同時報警器報警提示從而保證窯爐的操作安全。

全窯設一套低壓系統(tǒng)并設有旁路，燃氣主管及支管均為無縫鋼管精心焊接而成。主要設備包括壓力表調壓閥，電磁閥，壓力開關、溢流放散閥等組成，各設備之間由法蘭連接，如圖3所示。

2.3 自動控制系統(tǒng)設計

窯爐熱工過程是一個很復雜的過程，難以建立精確的數學模型，為此，節(jié)能型輥道窯擬采用計算機與智能儀表相結合對窯爐各工況進行整體控制，使溫度壓力，氣氛及燃料按照燒成工藝要求得到及時準確的調節(jié)，使窯爐運行始終處于良好狀況。控制總柜如圖4所示。

圖5為溫度與壓力控制系統(tǒng)示意圖。溫度控制靠自控儀表實現，采用分散型控制，全窯分成多個自成體系的調節(jié)回路，各單獨的調節(jié)回路根據溫度設定值靠PID智能儀表自動調節(jié)燒成曲線。每個控制回路燒咀數不同，以確定較佳的工藝曲線。調整控制，部分采用上下燒咀分別控制，以方便調整上下溫差，使溫度控制精度在±3℃ 以內（指高溫區(qū)）。另附風機與傳動電機控制示意圖，如圖6所示。

2.4 余熱利用系統(tǒng)設計

窯爐排煙系統(tǒng)排出的熱量約占總熱量的14-20%，將排煙的熱量回收用做干燥窯干燥坯體的一部分熱量。急冷段設冷卻風套，冷卻風套出來的熱風做助燃風，助燃風溫度可達500℃以上，可節(jié)約大量能源。緩冷段抽出的熱風經管道送往干燥窯，用做坯體的干燥熱源。

3 結語

為貫徹落實國家節(jié)能減排的基本政策，加快節(jié)約型社會建設，強化企業(yè)的節(jié)能技術革新，實現“十一五”期間的節(jié)能目標。從提高陶瓷企業(yè)窯爐的熱能利用效率和節(jié)約能源提高效益出發(fā)，輥道窯熱能合理利用方面必然會得到越來越多的改善。優(yōu)化窯體設計，采用高速脈沖燒嘴以改革窯爐燃燒系統(tǒng)方式，提高窯爐余熱利用率，不斷提升窯爐的自動化控制，必然使輥道窯在節(jié)能自動化方面進一步提高，從而得到最佳的經濟效益。

[1]張長海.陶瓷工業(yè)熱工設備及熱工測量[M].武漢工業(yè)大學出版社，1988.

[2]孫晉濤.硅酸鹽工業(yè)熱工基礎[M].武漢理工大學出版社，2005.

[3]蔡立強.脈沖燃燒技術在工業(yè)窯爐中的應用[C].2005川渝地區(qū)自動化與電控技術年會.