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| 1800℃节能型燃油高温抽屉窑的开发 | |
| 沈阳市建筑材料设计研究院 牛志良 | |
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摘要：1800℃的高温抽屉窑是煅烧陶瓷制品的先进窑型，目前在国内还处于开发探索阶段。我们在经过国内外考察、调研、论证、设计等工作的基础上，已在沈阳陶瓷研究所完成了该窑的建设。其各项指标均达到设计要求。由于该窑采用先进的窑型结构及轻质低蓄热耐火材料的窑体；配高速喷咀的燃油系统；利用烟道余热的助燃风加温换热装置以及独到的窑车与窑体和烟道密封的冷却方式，使其与目前所用吊顶导焰窑相比,能耗指标减低80%,产量指标提高50%，质量也有了显著的提高。从根本上扭转了该类窑炉对所生产产品发展的制约。
关键词：节能 高温 抽屉窑
1 引言
1800℃高温抽屉窑在国内的开发设想产生于八十年代末，当时旨在替代耗能高、产量低、质量差的工业瓷吊顶导焰窑。开发的主要目的是：
1.1 通过采用先进的高温轻质耐火材料作为窑衬，来解决吊顶导焰窑窑墙过厚、蓄热量过大、耗能过高的不足。传统窑窑墙的厚度达一米，窑墙的蓄热量达40%；而抽屉窑墙厚度仅为0.4米，窑墙蓄热量还不到20%。
1.2 通过由窑内装卸产品改进为窑外装卸产品，使窑内烧成后的产品在200℃左右随窑车出窑后能马上将另一台装满待烧产品的窑车推入窑内，使窑内热能得以最大的利用，来解决窑炉装卸周期过长、热能浪费严重、操作工人劳动强度过大的不足,此项可减少热损失5%。
1.3 通过采用先进的高速喷嘴来解决窑内温度不均、燃油雾化不好、耗能过大及产品质量差的不足，此项可提高产品质量5～10个百分点，节约燃耗5％以上。
1.4 通过换热器用烟道余热加热助燃风, 来提高燃烧温度, 此项也可降低燃耗5～10%。
1.5 通过采用先进的窑具来提高窑炉装窑密度50%以上，传统窑炉的产品与窑具比为1：7，而抽屉窑的产品与窑具比仅为1：2.5。
通过以上各项措施的采用, 燃耗指标大幅下降, 以生产刚玉保护管为例；过去传统窑炉生产燃耗为10.42kg/m柴油， 现在采用的抽屉窑下降到2kg/m，节约8kg/m柴油。目前我国现有的数十个生产企业仍在采用传统窑炉生产，每年产量达300多万延长米。按现在每公斤柴油3元计算，则每年仅节约燃料费用就约7000多万元。再加上提高装窑密度，缩短烧成周期所增加的产量、质量的效益以及减少环境污染的潜在效益等都将是非常显著的。
2 高温抽屉窑的组成及特点
通过国内外的广泛调研论证，我们设计的抽屉窑由矩形窑体外护金属框架及窑车、窑具、燃油、雾化风、助燃风（包括换热器）、控制等系统组成。以下将就这几个系统所涉及到的突出问题做一介绍。
2.1窑体框架及窑车
由于此类窑炉采用轻质耐火材料，其复合窑墙根据不稳定传热计算验证的壁厚仅为400mm，其自身的强度较低，窑体无论是承受窑拱的横向力，还是重力以及升温过程中的产生的膨胀力都需要窑体外壁设置金属框架来承担，并通过一些耐热钢挂钩把耐火材料与框架连为一体，以此提高窑炉整体强度，同时还起着限制窑体在一定范围内膨胀和收缩所带来的影响。在窑体四周的框架要分别独立设置，留有调整的余量。
窑体框架钢结构材料的选用和结构形式的设计即要考虑到窑体及需要窑体框架支撑悬挂的风油管路所承受的重量，还要兼顾外形美观来提高窑炉的整体形象。
由于1800℃高温抽屉窑在高温时窑内压力较大，故在窑体膨胀缝处要错缝密封；在满足膨胀量的情况下，膨胀缝要尽量小一些，对一些2m3左右的小型窑可不设膨胀缝，但要在窑外框与窑体间的保温层考虑膨胀量。采用拱顶的窑炉还要注意拱脚梁的设置，它是窑拱质量的保证。
窑体的质量主要是由耐火材料决定的，目前应用于此类1800℃高温窑炉内衬的轻质耐火材料如氧化铝空心球砖、刚玉轻质砖等，其使用温度极限也是 1800 ℃，这就要求谨慎选择质量有保障的生产厂家进行采购，才能保障此窑的质量。
该类窑车较传统窑车不同的是在窑车中央设一排烟口，与车下烟道相连，由于此窑温度较高，烟道口上表面与窑车排烟口下面正常工作温度在游隙（1~2cm）处能够达到1000℃以上,这就要求必须在烟道内层用耐火材料隔断火燃，避免火焰直接接触窑车耐热钢结构。同时由于耐热钢结构是焊在窑车架上与窑车轮轴很近，其热量直接传送到轮内轴承上，极易造成窑车因轴承温度过高而在窑内抱死。故在此我们采取了一套相应的冷却措施，使其车下温度由不冷却的500℃以上降低到200℃的正常工作温度以下。
该套冷却方案的应用，解决了此类高温窑炉开发过程中的一个较大障碍。
2.2燃油系统
燃油系统主要由储油罐，过滤器、油流量计、齿轮油泵、调压阀、稳压罐、喷咀、调节阀门及管路等组成。
该系统关键问题在于选择合理的喷咀，这也是能否烧到1800℃高温的关键。由于此类窑炉由低温到高温，需要高速喷咀有较大的调节范围且在大幅的油量调整中始终保证燃油雾化良好，以使燃料充分燃烧。此外该喷咀的火燃高速喷射性能使其在喷射范围内所产生的温差很小，且具有较大的搅动作用，使其窑内各点温度非常均匀。在选择喷咀时还要考虑其热能能够满足在1600～1800℃区间的升温速率要求。
2.3助燃风系统及换热器的应用
此系统的关键问题就是利用烟道余热通过换热器加热助燃风，其目的是使喷咀燃油的雾化效果更好，并降低助燃风冷风进窑对温度的影响，从而加快升温速度、提高燃烧质量、降低环境污染、节约能耗。
我们所开发的高温抽屉窑换热器安装在窑下烟道内, 因为此处排烟温度较高并便于安装。换热后的助燃风温度300℃左右为宜，因为从喷咀雾化有利的角度400℃到600℃会更好，但排烟设备、换热器、以及送风管路等均需特殊处理。如一般耐热排烟风机也仅为350℃的使用温度极限，低于350℃，一些辅助设备不需进行特殊处理就能够满足。
2.4窑具的选择
目前，抽屉窑炉所使用的窑具大多采用体积较小且多为空心的砖柱、板面较大但板壁较薄的棚板及方形空心的横梁，其产品可根据外形需要实现码烧和吊烧。从理论上讲，1800℃窑炉在国内大生产使用的窑具只有刚玉质的，但无论是其蓄热，还是传导性能等都远不如重结晶碳化硅类窑具，虽然重结晶碳化硅类窑具一般是在2200～2300℃下重结晶烧结，可是在1800℃时高温氧化较严重，故使用周期较短。但由于重结晶碳化硅窑具的低蓄热、高传导及较好的几何形状以及采用此类窑具能使装窑的密度大符提高等特点，其附加值高的产品由于产量增加的效益与窑具成本相对比仍有优势。故1800℃窑炉在关键部位也采用此类窑具。
根据实践结果证明在此类窑炉上码烧产品宜采用刚玉质的砖柱、棚板；吊烧产品宜采用刚玉质的砖柱、重结晶碳化硅的横梁。
2.5控制系统
此类窑炉的控制系统一般由温度控制、助燃风压力控制、窑内压力控制等组成。控制的原理是：将窑上测温偶的信号（毫伏值）送到控制盘内温度控制显示仪表上与其仪表中设定的参数值相比较并反馈给油泵或阀门的执行结构来调整燃油流量，来控制温度；油量的变化通过流量计反馈给混合调节器，混合调节器根据其设定比例控制助燃风变化。窑压是由传感器将窑内压力信号反馈给窑压控制器，由其根据设定值控制烟道闸板的开度。
目前，国内窑炉自动控制的技术已经比较成熟，但控制系统的投入占窑炉的很大比例，一套先进的自动控制系统投资将近百万。由于窑炉的规模、容积大小不一，故所占的比例也不一样，窑炉越小，则控制系统的投资比例越大，所以在控制系统自动化程度的选用上，要结合窑炉的实际需要选用。如一些2～５M3的窑炉，如选择手动控制能够满足，这将节约很大一块投资，一般只需数万元即可完成。
3 结束语
1800℃高温抽屉窑在我国还属起步阶段，仍有许多问题需要尽快改进；如窑具等已经束缚了此类高温窑炉的发展，亟待国内外同行的进一步开发。随着加入WTO的临近，市场竞争会进一步激烈，企业如果没有先进的技术装备做后盾，则忧患无穷。
由于本文篇幅及本人掌握范围有限，定有很多未祥之处，还望有关领导、专家和同仁指正为盼。
参考文献
1 于丽达. 陶瓷设备热平衡计算. 北京：轻工业出版社，1990
2 宋耑. 陶瓷窑炉热工分析与模拟. 北京：轻工业出版社，1993
作者简介
牛志良，1960年10月出生。于1989年毕业于武汉工业大学硅酸盐专业，多年来主要从事陶瓷热工及建材项目的开发设计。现在沈阳建材设计研究院任副总工程师。曾经获得引进西德项目《陶瓷辊道窑瓷辊制备》、引进日本项目《中高档卫生洁具开发》及《磷石膏应用于纸面石膏板》等多项科技成果及奖励，还曾主持陶瓷、玻璃、水泥及新型墙体材料专业的数十个项目的可研、扩初及施工图的论证设计。所拟《1800℃节能型燃油高温抽屉窑的开发》论文获沈阳市硅酸盐学会2000年度论文一等奖。
11/3/2010 | |
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