美國ＳＤ衛(wèi)生瓷隧道窯的節(jié)能探討

摘要美國SD燃?xì)庑l(wèi)生瓷隧道窯以其獨特的結(jié)構(gòu)、連續(xù)的運行方式及特殊的材料選取方式，為窯爐節(jié)能開拓了更深層的途徑。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)生瓷，隧道窯，節(jié)能，車襯，窯具

1引 言

唐山陶瓷集團衛(wèi)生瓷廠于前些年引進(jìn)一條年產(chǎn)50萬件衛(wèi)生瓷的美國SD公司生產(chǎn)的燃?xì)鈱挃嗝婀?jié)能型隧道窯。該窯爐經(jīng)過幾年的使用，無論在生產(chǎn)操作、熱工制度，還是使用壽命上都居于同類窯爐的領(lǐng)先水平，尤其熱工制度方面更為顯著：能耗低，單位產(chǎn)品熱耗僅為5024kJ/kg瓷（目前，國內(nèi)燃煤氣的衛(wèi)生瓷隧道窯能耗一般為8300～10467kJ/kg瓷）；溫差小，燒成溫差在5℃左右；快速燒成，燒成周期11h。

針對上述特點，我們對該窯進(jìn)行了消化吸收，設(shè)計出衛(wèi)生瓷年產(chǎn)量為50萬件的隧道窯。筆者有幸參與了窯爐主體的設(shè)計工作，在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)美國SD寬斷面燃?xì)馑淼栏G在節(jié)能方面具有獨到之處，在此作一粗略探討。

2窯爐的設(shè)計

2.1 窯車車襯

該窯車車襯采用全耐火纖維結(jié)構(gòu)，纖維厚度為200mm，選用同一材質(zhì)。窯車蓄熱少，隔熱性能好，窯車車襯與產(chǎn)品質(zhì)量比為0.587:1，而傳統(tǒng)窯爐該比值一般為3～4。典型窯車車襯指標(biāo)的對比見表1。

由表1可知，采用全耐火纖維車襯節(jié)能效果顯著。

筆者建議：根據(jù)工藝需要，確定長期承受的燒成溫度為1220℃，同時考慮到車襯的熱震穩(wěn)定性要求，車襯應(yīng)選用莫來石質(zhì)纖維氈，而采用該耐火纖維投資太大（單價：14萬元／噸），通過多次試驗和車襯溫度分布情況來分析，設(shè)計中采用車襯表面為50mm的莫來石質(zhì)纖維氈，下部為200mm硅酸鋁纖維氈（單價：0.6萬元／噸）。

2.2 窯具布置方式

窯車尺寸：長×寬（m×m）：1.27×2.95

每輛窯車車襯上有3排（9個）立柱，沿窯寬方向布置3條氮化硅質(zhì)橫梁，橫梁采用空心截面，尺寸為50mm×40mm×7mm。產(chǎn)品墊板、方梁選用氮化硅質(zhì)，支架、方柱選用堇青石－莫來石質(zhì)。

窯具與制品重量比為0.627:1，而傳統(tǒng)窯爐該比值為2～3.5:1，窯具重量的減少，降低了蓄熱，節(jié)約了能源。在本設(shè)計中仍采用這種形式。

2.3 曲封與車襯的結(jié)合

由于窯車車襯采用全纖維結(jié)構(gòu)，車襯與窯墻曲封之間為緊密結(jié)合形式，幾乎無縫隙，而車襯之間為纖維相接，結(jié)合嚴(yán)密，窯車車襯形成一封閉屏障，阻礙窯內(nèi)熱介質(zhì)向車下溢出，減少熱損耗。

2.4 氣幕的設(shè)置

減少預(yù)熱帶截面上下溫差是實現(xiàn)快速燒成的關(guān)鍵。美國SD 窯爐在預(yù)熱帶頂部分布有13組排管式攪動氣幕，每組分別為4個耐火材料管，按窯斷面均勻分布，每個瓷管上設(shè)有扇形狹縫，開口方向與制品運行方向相反，高壓自然風(fēng)由狹縫打入窯內(nèi)，一方面解決了預(yù)熱帶上部溫度高的問題，同時高速氣流攪動窯內(nèi)熱介質(zhì)，進(jìn)一步均化了窯內(nèi)溫度。預(yù)熱帶溫差為30℃，可縮短燒成周期，進(jìn)而節(jié)約了能源。

2.5 窯爐結(jié)構(gòu)

窯爐采用平吊頂形式、扁平寬斷面的結(jié)構(gòu)，窯寬2.9m，有效高度0.76m，這種結(jié)構(gòu)減少了窯爐內(nèi)的幾何壓頭，截面溫差小，同時單窯產(chǎn)量大，因此非常節(jié)能。

2.6 小流量、多燒嘴的布置形式

窯爐斷面寬，采用小流量、多數(shù)目的高速燒嘴布置于預(yù)熱帶、燒成帶，上下交錯設(shè)置于窯兩側(cè)，高速熱介質(zhì)在窯內(nèi)橫、縱向形成氣流環(huán)，使制品均勻預(yù)熱，進(jìn)行升溫及理化反應(yīng)?？煽s短生產(chǎn)周期，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)約了能耗。該窯爐共設(shè)有38個燒嘴，分別是預(yù)熱帶10個，燒成帶28個。

2.7 產(chǎn)品的運行方式

美國SD窯爐，推車機為液壓雙缸連續(xù)頂車形式，推車機進(jìn)行雙杠交替工作，窯車在窯內(nèi)連續(xù)運行，速度衡定、平穩(wěn)，避免了單杠頂車制品在窯內(nèi)過短時間滯留，窯內(nèi)瞬間溫度及壓力場發(fā)生波動等弊病，熱工制度穩(wěn)定、自控方便，進(jìn)一步節(jié)約了能源。

2.8 窯爐材質(zhì)的選用

窯爐全部采用保溫隔熱材料進(jìn)行砌筑，窯體內(nèi)襯選用輕質(zhì)莫來石質(zhì)、輕質(zhì)堇青石質(zhì)砌體，窯墻、窯頂厚度根據(jù)工藝要求適當(dāng)調(diào)整，外部選用耐火纖維保溫，窯墻厚550mm，燒成帶窯墻壁表面溫度小于50℃，窯項小于90℃。窯體單位產(chǎn)品熱損耗僅為傳統(tǒng)窯爐的三分之一。2.9 余熱利用

窯爐由冷卻帶抽出的熱風(fēng)部分用于窯前坯體的干燥，由于坯體的進(jìn)一步干燥，能保證坯體較快地由預(yù)熱帶進(jìn)入燒成帶，從而縮短了燒成周期，節(jié)約了能源；另外一部分熱風(fēng)與自然風(fēng)混合后作窯尾冷卻介質(zhì)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)自動控制，確保介質(zhì)溫度保持衡定，避免制品過冷風(fēng)驚。

此外，窯爐的熱工制度及機械運轉(zhuǎn)也皆采用自動控制，為窯爐進(jìn)一步節(jié)能提供了保障。

3結(jié) 語

綜上所述，經(jīng)測算，該窯爐熱效率大于40%，單位產(chǎn)品燒成能耗為4541～5024kJ/kg，為目前國內(nèi)引進(jìn)衛(wèi)生陶瓷隧道窯的最好水平。

該窯爐按產(chǎn)品能耗9000kJ/kg瓷、窯爐年產(chǎn)量50萬件、單位產(chǎn)品13kg；燃料為城市煤氣（低位熱值為3800×4.1868kJ/m3標(biāo)準(zhǔn)），按0.9元/m3計算，每年可節(jié)能2.33×1010kJ，僅能源這項就為企業(yè)每年節(jié)約燃料費用130.9萬元。同時，由于窯爐控制精度及熱工制度完美，使產(chǎn)品質(zhì)量得以提高，企業(yè)效益得到進(jìn)一步提高。