全自动还原焰日用陶瓷隧道窑的设计.pdf

中国陶瓷工业2 0 0 7 年6 月第 1 4 卷第3 期CH!N ACE R A MI CI N D U S T R Y J u n.2 0 0 7V o l.1 4，N o.3文章编号:1 0 0 6 一 2 5 7 4(2 0 0 7)0 3 一 0 0 4 0 一 0 3全自动还原焰日用陶瓷隧道窑的设计梁善良(含山瓷业有限公司，巢湖:238151)摘 要 对全自 动强还原焰日 用陶瓷随道窑 设计的要点进行了 说明，对窑炉的结构、材料的选择、还原气氛的实 现、自 动控制的 组成及窑炉在砌筑安装等作了比 较全面的阐述;在设计中 采用了 一系列新举措，对减少窑炉的投资和运行成本，提高 窑炉的热效率起到了关健的作用，确保了窑炉高质量、低成本的运行。关键词 全自 动，还原焰，窑体设计，保温材料中图分类号汀0 1 7 4.6+，文献标识码:A1 前 言 我国的 陶瓷窑炉发展历史悠久，特别是上世纪陶瓷隧道窑也得到了长足的发展。近十多年来由 于能源工业的进步，耐火材料工业和陶瓷工业的飞速发展，陶瓷窑炉也加速了现代化的进程，嫩料从原煤、重油等高污染物到清洁能源，耐火材料也从重质到轻质、窑炉由 过去的重质拱顶到现代的轻质平顶。随着近年来国家能源结构的调整，环保措施的加强，越来越多的 煤烧隧道窑由 于能耗大、污染大、难以治理，而面临着改造和淘汰的可能。我公司利用国家西气东输的契机，成功地将一条80m长的原煤烧成隧道窑改造成一条80m长的天然气烧成 隧道窑。本人就此次的窑炉设计进行了比较全面的阐述，仅供同行参考。2分析设计 预热带:根据本公司 使用北方大同砂石等硬质粘土含有机物成份较多的原料、南方高岭土氧化铁含量也较多的特点，预热带氧化负载较重，应提高窑头的温度，使坯体中的有机质在窑炉预热带尽快氧化分解。为此，在窑头加大了窑头封闭 气幕风机、适当增加窑炉的预热带长度，延长坯体在预热带的时间、在预热带末端下部设立烧嘴，增加预热带温度;在其末端上部设计氧化气幕，使还原区 域未嫩尽的 还原气体到 达预热带末端时完成燃烧，使之变成氧化气氛，即 该还原时还原，该氧化时氧化，为以后的优质高产打下基础。烧成带:烧成带完成坯 体的 还原和成瓷，还原所需的 温度一 般在n o o 一 1 2 50(与 坯料的 配 方 有关)。我公司 的 瓷器 根 据已往的经验，其成瓷温度在1 3 50左右，所以在设计时还原区 域的烧嘴都采用空气比例阀，在烧嘴调好投入自 动运行后，收稿日 期:2 007 一 02一 18通 讯 联 系 人:梁 善良，男，E 一 m ail:li an g sh 耐ia n g 2 1 cn.co m嫩气与助燃风始终成固定的比例，保证强还原气氛的实现。最高烧成温度应满足制品的烧成需要。此外，也要注意高火位的烧嘴 位置，防止 烧嘴 位置过低，燃烧时火焰喷溅到制品的 表面，造成坯体表面的局部融化，使釉面提前封闭，使制品氧化与还原都不彻底。同时，最高烧成区域烧成时火焰也要呈弱还原或中 性焰的气氛。冷却带:急冷时注意急冷风要足够大，冷风入窑时要分布均匀，冷热交换后的余热风要及时抽出，防止急冷风不均造成局部降温过快，使产品惊裂或余热风不能及时抽出造成产品不能及时冷却而发生二次氧化现象的 发生。3窑体结构说明3.，窑炉结构用方钢制造框体 分单元制作，每2 米为一个基本单元，每单元的底部都与窑内相通，使窑车能得到充分的冷却。窑墙曲 封以下为高铝砖和粘土砖，曲 封以上分段用2 30Inln 长的粘土轻质保温砖、高铝聚轻砖、轻质莫来石砖砌筑，外层用耐温不同的耐火纤维作填充。整个窑炉的顶部全部为平顶。预热带、冷却带窑顶用茧青石薄板吊顶。烧成带用不同高度的高铝聚轻砖、轻质莫来石砖进行吊顶，顶上铺以硅酸铝棉、含桔纤维棉，纤维棉上再铺上珍珠岩粉进行保温。以上设计使得整个窑炉的蓄热量非常小，窑炉升温迅速，保温效果好。3.1.1 预 热带 结构 预热带每边设30个抽热小孔，每两个小孔在窑墙上合并成一个抽热孔。此抽热刁 牙L 全部设立在窑墙中、下部，抽热孔在窑顶上由7 00Inm 管道集中抽热。窑头设立一台 气幕风机，对外进行抽乒 场 邑 到封闭作用。预热带末端设置4 对烧嘴，由 手工控制。以上措施主要是减少预热带上下温差。3.1.2 烧成 带 结构中 国 陶 瓷 工 业2 007 年第3 期 烧成带共设置88只烧嘴，由前到后由疏到密排列，以利于温度的匀速升温和集中升温，保证最高温度的快速实现，以节约能源。在预热带末端到还原区域之间还设立了二道氧化气幕，气幕孔通向窑墙的中上部，使烧成带没有燃烧完全的天然气在此段进行完成嫩烧，这样能实现预热带的氧化气氛和还原区域的 还原气氛进行分离。此段88只烧嘴分为n组进行控制，每组设置一台碟阀、执行器、比例阀等，使得每个烧嘴都能进行自 动控制。烧成带窑墙分别用26、28、3 0#轻质莫来石 砖 进 行 砌 筑，窑 顶用 轻质28、3 0#莫 来石、I Cr18 N i g T i 耐 热不锈钢、粘土砖等进行吊顶。每一组吊顶砖(2 块)均单独吊挂，为活动形式，便于吊 顶的维修和更换。采用独特的吊 挂形式和选用轻型材料，能有效地减轻窑顶重量和减少蓄热。3.L 3 冷 却 带 结 构 在急冷区域的窑墙与窑顶都向内凸出，窑顶分二步向下吊，每步为68mln，窑墙向窑内凸出5 0 n u n，以利于急冷风与最高温度的分离，减少它们之间的相互干扰。急冷风分二排吹入窑内，形成急冷气幕，在两排急冷气幕之间设置抽热孔，有利于冷热风的交换，使制品能快速实现急冷，减少结晶和二次氧化现象的发生，保证产品的光泽度。缓冷区域在窑墙上设立2 8 对吹风孔，对窑内制品进行缓慢冷却，减少惊裂。3.2窑炉参数(见表 1)4通风系统 窑头封闭气幕的风机管道直径为s oollnn，窑头的排烟主管道设计直径为700 m m，支管道直径为2 50Inm。窑尾的余热主管道直径为 7 00l l l j l l，支管道直径为2 50nnn，靠急冷处在窑顶上设三处余热抽出孔，缓冷区域在窑墙上设立抽妒 牙 L，加大冷却风的交换量(窑头排烟主管道、窑尾热主管道的末端均设有调风孔，以利于烟气和余热气体的温度调节，防止温度过高烧坏风机)。氧化气幕主管径为1 25Inln，支管为50Inm。助 燃风管道直径为3 50mln，急冷风主管道直径为3 0 0 mi 旧，支管道直径为s o m m的不锈钢钢管。窑尾冷却风主管道直径300 n ir n o其中氧化气幕管道、助燃风管道和急冷风管道用厚度为l mln不锈钢板制作或购成品不锈钢管，其它管道用厚度为4 m m的A 3 钢板制作。窑尾的轴流冈 田 1 直接对窑内 鼓风。各通风系 统用风机规格型号见表2。表，窑炉参数T a b.IK i l n P a ra m 以 e rs序号参数名称单位性能指标备 注1生产产量万件/年)1 2 0()高温一次烧成2窑有效长度M8 0三段ZB福2 十 2 03窑炉内宽m m2 2 砚 洲 4窑内 净高m m8 oo5单元模数m m2 0 D()40个标准节6烧成周期小时1 0 一 1 6 可调以14小时计算7烧成方式明焰裸烧8窑车规格m 川l 2 5 0X2 0(刃x5 5 09烧成温度1 2 仅)1 3 5 01 0烧成气氛氧化、强还原气氛可调1 l姗料种类天然气1 2姗料热值Kc al/N m3仪洲 刃 85 001 3烧嘴数量支92对84支自动控制l 4总装机容量Kw约 1 56.44备用70.5 kw1 5单位能耗K c al/k 9 瓷2 口 以)2 8 0 01 6控制方式D C S 集成控制护 I D智能仪表自 控，可切换手动5 燃烧系统 由于不是使用管道天然气，而是罐车运送的压缩天然气，压缩天然气需从气化站经气化器气化后由总管道送入烧成车间，用调压阀调压后经电 磁总阀送到窑上的供气管道，窑上的供气管道末端设有手动放散阀和点动放散阀，可以 使管道进行排空处理。在窑的单边每四个烧嘴为一个调节单元，两侧的两个调节单元由 窑上的天然气管道、助嫩风管道经手动阀、执行器、比 例阀、蝶阀、烧嘴组成的 燃烧系 统进行 燃烧(如图1)。烧嘴前设有手动球阀，能单独关闭单个烧嘴。烧嘴采用进口 烧嘴，天然气与助燃空气经调节后喷入燃烧室进行燃烧。烧嘴中天然气管垂直于助燃空气形成旋流状喷入燃烧室。其旋流状与天然气流方向相反，有利于它们的混合燃烧。在燃烧系统中 设立空/燃比例阀，一方面自 动控制温度，另一方面能在投入自 动控制运行的 情况下仍能保证烧成为还原气氛。表2通风系统用风机规格型号T a b.2M ode ls a n d s P e c if ic at i o n s o f t h e ven t il a t o rs名 称型号和功率台 数备 注排烟风机2 2 KW2一开一备余热风机22 KW2一开一备急冷风机7.SKW2一开一备助姗网 旧 L1 8 5KW2一开一备氧化气幕1.S KW1冷却网 困 乙4KW2一开一备轴流风机01 8 KW8四开四备车下风机5.S KW12 0 0 7 年第3 期中 国 陶 瓷 工 业345 7L 球阀2 燃气电磁阀 63.空/燃比例阀4 波纹管组件5.烧嘴6.空气蝶阀电动机构7.空气手动旋塞 图 1 燃烧系统结构示意图 F ig.IStr u ot u reoft h e c o m b u s t io n s y s t e m L 杭道2.托车3.自 动回 车线4.窑 体 5，托车轨道6.手动回车线 图2 循环系统结构示意图F ig.2S t ru ot u reoft h e c a r c o n V e y a n c e s yste m6窑车自 动循环系统 此系统由 窑头托车、顶杆机、窑车、窑尾托车、主道液压循环机等组成。其中窑车框架采用型钢制作加工而成，轮轴采用铸钢结构，轴承采用窑炉专用高温圆柱滚子轴承，耐温小于或等于5 00。为降 低窑车蓄热、节省能耗，窑车砌体采用全轻质砖棉混合结构，在窑车的四周都设有保温隔热棉，以阻断车下风与窑内 气体交换，以 最大幅度减少窑内的上下温差。根据工艺要求，除设置窑本体行车道外，窑头上设有液压顶车机，还设置有一条自 动回车线、手动停车回车线、修车线(见图2)。托车道上设有两台自 动托车，以实现窑车的全自 动循环运 行。其中自 动循环是用12#槽钢、槽轮和液压机组成的步进机构对窑车进行窑外循环，它解决了以 往由减速齿轮和钢丝组成循环结构上的运行不够稳定的缺陷。窑头、窑尾托车也是由 托车往复运行减速机、勾车运行减速机、定位机组成的自 动运行系统，并能作手动操作。系统能保证窑车进、出窑、窑外循环的 全自 动运行，减少了工人的劳动强度，提高了窑炉自 动运行的质量。7自 动控制系统 由窑头PLC、主控制P L C、窑尾P L C、微型计算机组成的小 型D C s 控 制系 统。它能分 级实现窑炉上的 所有风 机启 动，停止、窑车运行，实现、温度控制、压力控制、故障报警、窑车进、出 窑的联锁。其中设主控制柜，窑头、窑尾控制柜。主控制柜能实 现温度、压力、各台 风机用变频器启、停，窑尾控制柜能实现窑车的自 动、手动运行。此系统既能现场控制，也能由 计算机集中 控制。在窑尾另设摄像头，以方便在仪表室内 进行安全监视。8砌筑安装 窑炉 砌筑时要按照设计图纸严格放线施工和按工程顺序施工，在前道工序施工完毕时要及时检验，经检验合格后才能进行下道工序的操作。所有的热电 偶均放在窑顶上靠中间位置安装。烧嘴砖砌筑时，不要使用耐火泥砌筑，要用耐火棉包裹垫好，烧嘴砖上面要使用过桥砖，烧嘴砖严禁受外力;窑墙砌筑时，孔洞要全部按照图纸设计预留，防止遗漏;保温棉填充时要填充严实。天然气管道在使用前要进行压力检验。电 器设备使用前也要进行预操作。9结束语 新设计的窑炉已在本公司投入使用。窑炉除装码半成品和卸下成品瓷工序为手工操作外，其它全部自 动运行，自 动化程度高，运行平稳。每天产量为6 万件日 用瓷，耗气量在45 00 N 耐，节能 效 果十分 显 著。参 考文献1 酬眼 工 学 院 等 编.陶 瓷 工 艺 学.轻 工 业出 版社，1 98。2 宋 需.现代 陶瓷窑炉.武汉:武汉大学出 版社，1 9923 日 用陶瓷 工 业手册.轻工业出 版社，1 981(下转第39页)3 9中 国 陶 瓷 工 业2 007 年第3 期53银董红，邓吨英，陈恩伟等.溶胶一 凝胶法制备二氧化钦薄膜的研 究 进展.1 习 k 催化，2 以 H，1 2(1):1 一 654Y ang J C，兀mYC，S h u l YG，etal.C h aract eriZati o n ofP h o t o redu c-t i o nP 口 T i q andd eco m P o s i t i o no f di c hi oro c e ti c aci do ver Ph0 t o r e ee duc edP 以 T i 仇c a t a l y s t s.APP I.S u rf.S c i.，1 997，5 2 5 一 5 2 95 5 Y amaka t a A，I s h i b as h i T，0 恤 l s hiHElectron 一 and h o l e 一 c aptU r e r e a c 一 ti o n s on P t汀i O2 Pho t o c a t a 1 y s tsexP o s ed t ometh ano l v a P or s tu d i ed withti me一 reso l v ed i n fr ar e dabs o rpti o ns P e c tros c o p y.J.Phy s.Chem B，2 0 0 2，1 06(3 5):9 1 2 2 一 9 1 2 556幻s ChH，劝n g L，L a n g e C，e t al.M o di fi edamo rp h o u s t i t ani a-a h y brid s e r n l c o n duc t o rfo r d etox 价c at i o nandc urre n t g e n e r a t i o nb yv i s i b l e li g ht.Ang ew.C h em l n t Ed.，1 9 9 8，3 7:3 03小3 0365 7 0o vi s AL，C a rt e r GJ，Locuson DB，eta.Phot o c a t al yt icin h ib i ti onof ai g aeg ID w t h u si n g T i o 盔 WO，and c o ca taly s t m o di fi c a ti o ns.E n v 甘 o n.S ci.T ech n o l.，2 X X)，34(2 2):4 7 54se 4 7 5 8s s LIXZ，L I F B.S t u dyo f A 川 A u 熟 es T 1 0:Pho t o c a 回y stst o w ard vi s ib l e Pho to。石 datin nfor w a t erandw as t e w at ertr e a t m ent.Envi ro n.5 改 T e c h n of.，2(X)1，3 5(1 1):2 3 8 1 一 2 3 8 75 9S o n gKY，K w o nYT，C h o i GJ，etal.P h o t oca t a l yt icac ti vi tyof C u 厅1 仇 w i thoxi dati on s t a t e ofs 也 伪c e-le a d edcop P e r.B ull.K o r ean C h e 们。.S o c 二 1 9 9 9，2 0(8):957 一 9 6 0R ES E ARC H ADVANC E SI ND0P 1 NG MODI F I C AT I ON T 0P R O MO T EV I S IBL E 一 L I G HTA C T I V I T YO FTi0 2 DOng L ljun Z O u L IX 伯 BaI Xi 口 m in(D e P a rt m e n t o f A P P lie d C h e m iat ry，E a stC h in aln s t it u t e o f T e c h n o lo g y:F U z h o u，J ia n g X i 3 科0 00)妞S T R A C T T h eIa t e S t re S e a rc hP ro g re S Sinim P ro v in gt h ev is ib lelig htP h ot OCat a Iyt ica C t iv ityO f n a n O 一iO ZISre v ie w e d.T h em e t h o d s f o r P ro m o t in g t h e v is ib Ie Iig h t P h ot ocat a Iyt ic 浏iv ityin c lu d en o n m 6t a l d O P in g，d y e s e n s it iz in g，m e t a l d o P in g，S e m ic o n d u ot o r c o u P lin g，a n d s u rf ace d e P o s it io n ofP r eciO u s m e ta IS.F in a lly，S O m e s u g g e s t io n S b a s e d o nre c e n t re s e a ro ha reg iven.K E Y 飞 V O R D Sn a n o 一1仇，d o P in g m o d if ic at io n，P h o t OCat a lyst，v is ib le 一 Iig h tR 6 C e iv o do nJ 8 n.1 0，2 0 0 7(上接第42页)D E S I GN OFF U L LA UT 0MA T I CD E 0XI D I Z AT I 0NT U N N E L KI L N F ORDAI L Y一 US E D P ORC E L AI N L ia ng s h a n liang(H a n s h a n C e ra m ic C o.，Lt d.:C h aoh u 2 381 5 1)A B S T R A C TT h e a rt ic le e x P la in e d t h e m a in P o in t s f o r t h e d e s ig n off u lI a u t o m at ic t u n n e l k iIn w it h at ro n g d e oxid iz in g f la m e，a n d f u lIy e X P at iat e du P o n t h e s t r u c t u reoft h e k iIn，o b t a in m e ntofd e o x id iz in g at m osP h e re.c o m P o s it io n o f t h e a u t o c o n t ro I lin g s yst e ma n db u ild in g o f t h ek iIn.It in t ro d u c e d s o m en e wm 6t h o d sin k iIn d e s ig n，w h ic h is e s 一 s e n t ia Ilyeffe ot iv einre d u c in gt h ein v e s t m e 川inb u ild in gt h ek ilna n dit s川 n n in gc ost，a n dine n h a n c in gite t h e r m a l offic ie n cy，t o e n s u r e h ig h q u a Iitya n d Io wc o atk iIn ru n n in g.K E Y WO R D Sf u ll a u t o m at ic，d e oxid iz in g f ir e，k iln d e s ig n，h e atP re s e rvat io n m at e ri a lSR e c e ivedo nF 6 b.1 8，2 0 0 7