隧道窑

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  隧道窑,是现代化的连续烧成陶瓷制品的热工设备,除陶瓷工业外,其它工业如耐火材料、磨料、磨具、砖瓦等生产,也广泛使用隧道窑。

  隧道窑始于1765年,当时只能烧陶瓷的釉上彩,到了1810年,有可以用来烧砖或陶器的,但是,都不够理想。从1906年起,才用来烧瓷胎。最初著名的隧道窑,是福基伦式,到了1910年以后,就渐渐有了许多改进的方式,其中苏联列宁格勒地方设计的最新式隧道窑,较为先进。 隧道窑一般是一条长的直线形隧道,其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶,底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧,构成了固定的高温带--烧成带,燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下,沿着隧道向窑头方向流动,同时逐步地预热进入窑内的制品,这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风,冷却隧道窑内后一段的制品,鼓入的冷风流经制品而被加热后,再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源,这一段便构成了隧道窑的冷却带。 在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵,连续地由预热带的入口慢慢地推入(常用机械推入),而载有烧成品的台车,就由冷却带的出口渐次被推出来(约1小时左右,推出一车)。

  隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较,具有一系列的优点。

  1、生产连续化,周期短,产量大,质量高。    2、利用逆流原理工作,因此热利用率高,燃料经济,因为热量的保持和余热的利用都很良好,所以燃料很节省,较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右。    3、烧成时间减短,比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天,而隧道窑约有20小时左右就可以完成。    4、节省劳力。不但烧火时操作简便,而且装窑和出窑的操作都在窑外进行,也很便利,改善了操作人员的劳动条件,减轻了劳动强度。    5、提高质量。预热带、烧成带、冷却带三部分的温度,常常保持一定的范围,容易掌握其烧成规律,因此质量也较好,破损率也少。    6、窑和窑具都耐久。因为窑内不受急冷急热的影响,所以窑体使用寿命长,一般5-7年才修理一次。 但是,隧道窑建造所需材料和设备较多,因此一次投资较大。因是连续烧成窑,所以烧成制度不宜随意变动,一般只适用大批量的生产和对烧成制度要求基本相同的制品,灵活性较差。


隧道窑热效率

  提高隧道窑热效率的方法很多,包括选用合适的燃料,改进窑炉结构,严格组织燃烧管理,窑具和匣钵轻量化以及采用合适的燃烧装置以提高窑内温度的均匀性,实现低温快速烧成,窑炉温度、压力、气氛等实现自动控制,加强窑炉隔热保温,因地制宜实现余热利用等,但具体采用和实施这些方案时必须考虑各方面的因素。

一、采用合适的燃料

  窑炉采用何种燃料烧成,不但关系到操作产品质量和环境保护,还与节约能源和降低成本有直接关系,因此对于燃料的选择必须十分慎重,燃料的热经济分析表明,烧煤各项技术经济指标都不如烧气体燃料。拿窑炉的热效率来说,烧炼焦煤气的最高,其次是重油,再其次是发生炉煤气,最低的是烧煤。人工直接烧煤时,燃料的利用系数最小,窑的热量消耗与燃料消耗最多。故从燃料的热经济性看,人工直接烧煤的热经济性最差,因此在我国目前的情况下,对于大型陶瓷厂例如年产1000万件以上的日用陶瓷厂来说,由烧煤改烧发生炉煤气,无论在经济上或生产技术管理上都是可取的。但对于中小型厂来说,还要考虑一次投资以及煤气的使用费用方面的问题。应综合考虑经济上是否有利。对于靠近煤产地的小型厂来说,以煤直接烧窑是可取的,当然若能在陶瓷厂比较集中的地方兴建公用的煤气站要比直接烧煤好得多。

二、尽量减小空气过剩系数

  严格组织燃烧管理,减少空气过剩系数是提高窑炉热效率的一个重要途径。由热平衡测算可知, 目前陶瓷工业窑炉中烟气离窑带走热量占总燃耗的1/3左右,间歇式窑炉在还原期有的出口处都红火,其排烟热损失比隧道窑更甚,而同外例如日本,排烟热损失已控制在燃耗的8一12%左右。烟气带走显热大的一个原因是燃烧时空气过剩系数。过大,烟气带走的热量Q烟=f(o·L烟),即当用同一种燃料时,Q烟只决定于。和排出烟气温度。当排出烟气温度相同时,o越大燃料的利用系数和窑的热效率就越低,增大了燃料消耗。我国目前的陶瓷窑炉操作均是凭经验控制,存在着烧还原焰时偏重,烧氧化焰时过氧的“稳妥”操作倾向。当烧还原焰寸偏重即还原气氛过浓,这势必导致烟气中CO过高,每增加10%C0,需多消耗1%的燃料。当燃氧化焰时,空气过剩系数过大,则烟气中的02:t曾加,理论计算结果指出,烟气中0:量每增1%,燃料消耗就要多增加2.6%,所以,严格控制燃烧时的空气过剩系数,对提高窑炉热效率有重要意义。因此,应尽量采取各种措施使燃料与空气充分混合,减少空气用量;同时在每个工厂的窑炉操作中应研究制定出适合该厂陶瓷产品烧成工艺需要保证各阶段燃料充分烧烧所需的最佳。值。然后通过二氧化锆氧量分析器,红外气体分析器,全自动气体分析器等仪器加强对烟气成份的监测,并对燃料/空气比进行自动调节,使烧成中空气过剩系数在满足工艺要求下尽可能接近1。

三、改进窑体结构

  1、隧道窑窑体表面对热损失在总热量消耗中占了很大比例,普通隧道窑减少窑壁的热损失主要抓两点,一是降低窑壁的外表面温度,二是减少窑体的表面积。降低窑壁的外表面温度可通过选用陶瓷纤维等作内衬及加强窑壁外层保温来实现,而窑体表面积应在设计窑炉时注意减少,在设计窑炉时确定高度、宽度、长度应进行表面积对比方案计算,同样的有效面积,可在工艺上允许的前提下变换高与度的比值求得最小表面积,同时还要减少隧道窑不必要的长度,在确定窑壁材料时也要求得最小的表面积,如果能采用轻型低蓄热窑车,由于减少了窑车上耐火材料厚度,从而减少了窑炉高度,也减少了窑的表面积。

  2、改进窑炉结构,减少上下温差 隧道窑窑内温度分布的不均匀性,特别是预热带温差过大是影响陶瓷制品快速烧成和降低单位制品燃耗的主要障碍。造成窑炉内上下温差大的原因除了生产操作上的不合理外,主要是窑炉结构不完善,可从调整窑体截面尺寸,在预热带设置扰动气幕、设置喷射泵、采用低蓄热窑车等方面着手改造。

  3、加宽烧成带 气体辐射层的厚度的影响传热的一个重要因素,将烧成带截面积相对其它两带加大10%左右,改进装车主法,使装车密度适当减小,增加窑的当量直径,实现稀码快烧。

  总之,提高热效率的途径很多,除上面叙述的方法之外,还有加强隔热保温,余热利用,窑温窑压等的自动控制,采用高强度,高导热率的匣钵和窑具等。

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