摘要：介紹了高速燃?xì)馔瓢甯G的結(jié)構(gòu)、工作系統(tǒng)及其特點(diǎn)，通過窯爐熱平衡計(jì)算，得出了熱量收入和支出各項(xiàng)的具體數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：燃?xì)�；推板窯；熱平衡；
Research on a New Type of Pusher Furnace
Pi Lemin
China National Electronics Components & Equipments Corporation
Beijing Zhongchu Furnace Co,Ltd .
Abstract:Structures, working systems and specialities of the high velocity burner pusher furnace are introduced in this paper .By the calculation of the heat balance the data of heat receiving/disbursement are obtained.

技術(shù)進(jìn)步是現(xiàn)代企業(yè)生存與發(fā)展的重要保證。對于大多數(shù)使用工業(yè)窯爐的企業(yè)來講，節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要工作方向。目前全國還要許多企業(yè)由于各方面的原因，仍然在使用落后的工藝技術(shù)，陳舊的生產(chǎn)設(shè)備在進(jìn)行生產(chǎn)，如大量的直接燃煤窯爐及老式的油窯和電窯。這不僅造成企業(yè)本身的能源費(fèi)用高，產(chǎn)品質(zhì)量差，同時(shí)對整個(gè)社會(huì)也造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。為此，我們在數(shù)年前就開始研制新型燃?xì)飧G爐來取代上述落后的設(shè)備。本文所論及的新型燃?xì)馔瓢甯G是指用于電子陶瓷等行業(yè)、十幾米至三、四十米長的推板式隧道窯，用以替代傳統(tǒng)老式推板窯及小型車式隧道窯。根據(jù)目前國家的能源及環(huán)境政策，全國許多地區(qū)已逐步禁止、限期淘汰直接燃煤窯爐。而隨著西部開發(fā)、西氣東輸工程的進(jìn)展，許多地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)將會(huì)有一個(gè)大的改變，可以說正孕育著一場能源變革。在這種大背景之下，相信新型燃?xì)馔瓢甯G會(huì)得到很快的推廣與發(fā)展。下面，以一臺20m燃?xì)怆p推板窯為例，介紹一下其設(shè)計(jì)方案及技術(shù)特點(diǎn)。
1 原始設(shè)計(jì)要求
1.1 產(chǎn)量要求：年產(chǎn)500噸滑石裝置瓷
1.2 窯爐最高使用溫度：1400℃
1.3 燃料：洗滌發(fā)生爐煤氣，低位熱值5200KJ/Nm3
1.4恒溫區(qū)溫度均勻性：≤±5℃
1.5液壓推進(jìn): 窯爐推板全自動(dòng)循環(huán)
2  設(shè)計(jì)步驟及方案
2.1 確定燒成曲線及產(chǎn)品碼放方式
燒成曲線是設(shè)計(jì)窯爐的基本依據(jù)，其中包括溫度曲線、壓力曲線、氣氛曲線等。不同的產(chǎn)品需要不同的燒成曲線，在制定燒成曲線時(shí)，如有可能，要充分利用原有的經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的燒成工藝，再根據(jù)新窯型的特點(diǎn)，科學(xué)地進(jìn)行修正，從而得到一套既先進(jìn)、又實(shí)用的燒成制度。本設(shè)計(jì)就是參照原有10m電熱推板窯的燒成曲線，根據(jù)燃?xì)飧G爐的特殊條件制定的。主要內(nèi)容是：推進(jìn)速度1200mm/h，燒成周期為16.7 小時(shí)，高溫保溫時(shí)間為2.5小時(shí)以及相應(yīng)的升、降溫速度。
產(chǎn)品的碼放方式有兩種，一種是采用原電爐所用的明裝無匣缽方式，另一種是采用通�；鹧鏍t采用的匣缽裝燒方式。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，最后經(jīng)過分析研究，決定采用第一種方式即明裝無匣缽碼放，理由是可選用新型預(yù)混式無焰高速燒嘴，煙氣溫度均勻，潔凈無污染，完全可以滿足明燒的要求，而且可以提高傳熱效率。
2.2 確定窯爐的工作系統(tǒng)
窯爐的工作系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：燃燒系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，送、排風(fēng)系統(tǒng)，推進(jìn)及循環(huán)系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)等。根據(jù)產(chǎn)品的燒成曲線及有關(guān)工藝要求，這幾部分分別確定如下：
2.2.1燃燒系統(tǒng)：
燃燒器選用北京工業(yè)大學(xué)為此項(xiàng)目特殊設(shè)計(jì)的小型預(yù)混式燒嘴。高溫區(qū)選用預(yù)混式等溫高速燒嘴，低溫區(qū)選用預(yù)混式調(diào)溫高速燒嘴。為了充分保證窯爐內(nèi)溫度的均勻性及可調(diào)性，按多數(shù)量，小能量的原則，從預(yù)熱帶開始就布置燒嘴，在預(yù)熱帶下部（推板下面）兩側(cè)交錯(cuò)布置有8對小能量調(diào)溫?zé)�嘴，可以按溫度曲線的要求向窯膛內(nèi)噴出相應(yīng)溫度的煙氣，也可以噴入冷風(fēng)來調(diào)節(jié)預(yù)熱帶的溫度曲線；高溫帶布置稍大能力的等溫高速燒嘴14支，上、下分別交錯(cuò)分布，上部布置6支，下部布置8支。每只燒嘴對面設(shè)有一個(gè)溫度測量孔，可插入熱電偶測量此點(diǎn)的實(shí)際溫度。
2.2.2溫度控制系統(tǒng)：
溫度控制系統(tǒng)分為兩部分，預(yù)熱帶為手動(dòng)控制，高溫帶為自動(dòng)控制。由于窯爐是連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的，燃燒器的工作處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，所以先用手動(dòng)調(diào)節(jié)各燃燒器的工作溫度，使窯內(nèi)形成符合生產(chǎn)工藝要求的溫度分布。當(dāng)由于各種擾動(dòng)引起高溫區(qū)溫度變化時(shí)，控溫?zé)崤紲y出的溫度反饋信號與控溫儀表中輸入的標(biāo)準(zhǔn)值相比較后進(jìn)行放大，經(jīng)PID運(yùn)算后輸出DC-4—20mA的信號到伺服放大器，伺服放大器輸出信號命令電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)過電動(dòng)操作器操縱高溫區(qū)助燃空氣干管的蝶閥來調(diào)節(jié)其空氣流量。由于各燃燒器的煤氣流量是經(jīng)空氣/燃?xì)庾詣?dòng)比例調(diào)節(jié)閥隨空氣成比例變化的，因此調(diào)節(jié)助燃空氣流量即可調(diào)節(jié)高溫區(qū)的溫度。此種控制方式控溫精度可達(dá)±2℃。
2.2.3送排風(fēng)系統(tǒng)：
    窯爐采用四風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，即設(shè)有助燃風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、冷卻帶送冷風(fēng)機(jī)及冷卻帶排熱風(fēng)機(jī)。
    助燃風(fēng)機(jī)為高壓風(fēng)機(jī)，供給全窯燒嘴助燃空氣及預(yù)熱帶燒嘴的調(diào)溫二次空氣。
    排煙風(fēng)機(jī)為鍋爐引風(fēng)機(jī)，煙氣排放溫度不得高于200℃，若超過200℃時(shí)，可調(diào)節(jié)窯頭排煙口及排煙管路中的兌風(fēng)閥門，兌入適量的冷空氣以調(diào)節(jié)排煙溫度。也可以采用變頻風(fēng)機(jī)排煙，這將會(huì)使窯內(nèi)的壓力調(diào)整更加平穩(wěn)和方便。
    冷卻風(fēng)機(jī)為低壓離心風(fēng)機(jī)，用來調(diào)節(jié)窯爐的冷卻曲線，冷卻風(fēng)有間接冷卻、直接冷卻及窯尾集中送風(fēng)冷卻三種，每個(gè)送風(fēng)管路均有可調(diào)閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)量。
排熱風(fēng)機(jī)也是低壓離心風(fēng)機(jī)，用來排出鼓入窯內(nèi)的冷卻風(fēng)并起到調(diào)整冷卻帶窯壓的作用。排風(fēng)方式為頂部分散排風(fēng)，每個(gè)排風(fēng)口均設(shè)有可調(diào)閥門，當(dāng)排出熱風(fēng)溫度超過80℃時(shí)，需從兌風(fēng)口兌入冷風(fēng)來降低排氣溫度。
2.2.4推進(jìn)及循環(huán)系統(tǒng)：
    系統(tǒng)由一臺液壓站，四個(gè)液壓缸及窯內(nèi)外軌道組成，由可編成程控制器PLC控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)連續(xù)推進(jìn)，也可設(shè)在手動(dòng)工作狀態(tài)。每個(gè)液壓缸的正反向運(yùn)行速度可由與之相對應(yīng)的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整。推進(jìn)器控制電路為一獨(dú)立的控制單元，在操作盤面板上有窯爐推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)作模擬圖及各種控制按鈕、信號燈，可以直觀地了解推進(jìn)器各部分的運(yùn)行狀態(tài)。在窯爐進(jìn)、出口處各設(shè)有一個(gè)按鈕站，手動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以控制油缸單獨(dú)動(dòng)作，正常運(yùn)行時(shí)如發(fā)現(xiàn)設(shè)備有故障，也可以操作緊急停止按鈕。
2.2.5安全保護(hù)系統(tǒng):
    超溫報(bào)警：在儀表上設(shè)定的超溫保護(hù)溫度一般比高溫區(qū)控溫點(diǎn)的正常工作溫度高20～30℃，當(dāng)窯膛內(nèi)溫度超過設(shè)定的保護(hù)溫度時(shí)，電鈴及信號燈會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號。
    火焰監(jiān)測報(bào)警：在低溫區(qū)調(diào)溫?zé)�嘴處設(shè)有火焰監(jiān)測裝置。因?yàn)闊�嘴在低溫狀態(tài)下工作，當(dāng)由于某種原因熄火后不能自然恢復(fù)燃燒，此時(shí)如果煤氣繼續(xù)噴出會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。因此，當(dāng)火焰熄滅時(shí)，火焰監(jiān)測裝置上的紫外光探頭會(huì)將熄火信號送至電氣控制柜上的火焰監(jiān)控儀，發(fā)出聲光報(bào)警信號，操作人員應(yīng)及時(shí)將熄滅原因查明，并將燒嘴重新點(diǎn)燃。
煤氣緊急關(guān)斷及報(bào)警：在助燃空氣干管和煤氣干管上各裝有一塊電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)助燃空氣或煤氣壓力低于某一危險(xiǎn)臨界值時(shí)，壓力表的電接點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)出聲光報(bào)警信號，同時(shí)關(guān)斷煤氣緊急截上閥門及助燃風(fēng)機(jī)電路，以保護(hù)整個(gè)設(shè)備不發(fā)生危險(xiǎn)。
推進(jìn)器油路超壓報(bào)警：當(dāng)油路出現(xiàn)油壓過高情況時(shí)，油路壓力繼電器動(dòng)作，發(fā)出超壓報(bào)警信號，同時(shí)停止油泵運(yùn)轉(zhuǎn)及各油缸動(dòng)作。
主推進(jìn)超時(shí)報(bào)警：當(dāng)主推進(jìn)器在一個(gè)工作周期內(nèi)超過了設(shè)定時(shí)間還未完成動(dòng)作時(shí)，時(shí)間繼電器將發(fā)出聲光報(bào)警信號，以防止窯內(nèi)產(chǎn)品過燒或發(fā)生其它事故。
推進(jìn)循環(huán)動(dòng)作安全互鎖：為防止在自動(dòng)或手動(dòng)時(shí)推進(jìn)機(jī)構(gòu)發(fā)生誤推、卡板等事故，各推進(jìn)器之間有動(dòng)作互鎖設(shè)計(jì),進(jìn)口水簾，某一動(dòng)作未完成時(shí)，另一有可能發(fā)生干擾的動(dòng)作不會(huì)開始。
2.3熱工計(jì)算
   ,濕簾生產(chǎn)廠家; 熱工計(jì)算是窯爐設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，在窯爐設(shè)計(jì)時(shí)具有指導(dǎo)性的意義，但其項(xiàng)目較多，計(jì)算過程較為繁雜，本文就不一一具體列出，只做一簡單概述。
2.3.1燃燒計(jì)算：
這部分包括：燃燒溫度計(jì)算，助燃空氣量計(jì)算，調(diào)溫二次空氣量計(jì)算，煙氣量計(jì)算等項(xiàng)。經(jīng)過計(jì)算得出，按所給熱值的發(fā)生爐煤氣，在空氣系數(shù)α=1.1,高溫系數(shù)η=0.85時(shí),實(shí)際燃燒溫度為1394℃,達(dá)不到所要求的1400℃,為保險(xiǎn)起見,應(yīng)考慮將助燃空氣預(yù)熱至100℃左右,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用換熱器。
2.3.2預(yù)熱、燒成帶熱平衡計(jì)算：
計(jì)算目的是求出燃料用量以及對窯體表面溫度及各帶各層耐火保溫材料的選用進(jìn)行驗(yàn)證。
計(jì)算基準(zhǔn)是：0℃，1小時(shí)。
計(jì)算方法：首先按熱收入項(xiàng)目及熱支出項(xiàng)目畫出熱平衡示意圖（框圖），然后分別逐項(xiàng)計(jì)算出熱量收入及支出情況，按照能量守恒定律列出熱平衡方程式，即熱收入項(xiàng)目=熱支出項(xiàng)目，最后求出燃料用量，計(jì)算過程中需要采用一些經(jīng)驗(yàn)公式及假設(shè)，應(yīng)注意其選用的合理性。
2.3.3冷卻帶熱平衡計(jì)算：
計(jì)算目的是為了求出冷卻風(fēng)用量，為風(fēng)機(jī)選型提供依據(jù)以及驗(yàn)證冷卻帶耐火保溫材料選用的合理性。
計(jì)算步驟及方法同預(yù)熱、燒成帶熱平衡。
2.3.4預(yù)熱燒成帶熱平衡表
 序  號 項(xiàng)目名稱 K J / h %
熱     1收     2入     3項(xiàng)     4目     5 制品帶入顯熱  Q1窯具帶入顯熱  Q2燃料帶入顯熱  Q3燃料化學(xué)熱 ,屋頂電動(dòng)排氣設(shè)備;   Q4空氣帶入顯熱  Q5總計(jì) 1455108332066362805952647976          0.230.170.4998.190.92100
熱     1支     2出     3項(xiàng)     4目     5       6 制品帶出顯熱  Q1’窯具帶出顯熱  Q2’物化反應(yīng)耗熱  Q3’排煙帶走顯熱  Q4’窯表面散熱    Q5’其它熱損失    Q6’總計(jì) 13082698727158712647297302564798647976 20.1915.242.4540.8511.2710.00100
2.3.5 預(yù)熱、燒成帶熱流圖

3 窯體結(jié)構(gòu)簡述
3.3 預(yù)熱帶結(jié)構(gòu)
根據(jù)產(chǎn)品要求及產(chǎn)品的碼放方式，移進(jìn)板尺寸定為300×300mm（L×W），窯膛有效截面為600×240mm（W×H），周圍再留出氣流通道，預(yù)熱帶窯膛實(shí)際截面為860×284mm（W×H），高度H為軌道平面至拱腳。窯頂為60℃角拱形結(jié)構(gòu)。雙排并進(jìn)的移進(jìn)板在下部縱向排列的五根滑軌上前進(jìn)。預(yù)熱帶長度為7.8m。
與傳統(tǒng)煤氣隧道窯不同的是：從窯頭2m多一點(diǎn)的位置開始，在整個(gè)預(yù)熱帶的兩側(cè)下部交錯(cuò)布置了10只調(diào)溫高速燒嘴，升溫曲線容易調(diào)整控制，所以不必采用分散排煙的方式，而在窯頭集中排煙。在窯頭底部一側(cè)設(shè)一個(gè)主排煙口，接排煙風(fēng)機(jī)將煙氣排出窯外。
3.4 燒成帶結(jié)構(gòu)
燒成帶總長度為4.2m,產(chǎn)品燒成時(shí)在此段需要的熱量最多�；�石瓷的特點(diǎn)是燒成范圍很窄，從產(chǎn)生30%液相到燒成終了之間的間隔只有10～20℃，因此這段溫度必須均勻，一般采用下限溫度、適當(dāng)延長保溫時(shí)間的方法燒成。根據(jù)以上原因，在燒成帶上、下均布置燒咀，以達(dá)到控溫靈活、溫度均勻的目的。燒成帶的窯膛尺寸比預(yù)熱帶要適當(dāng)增大，這樣增大了氣體層厚度，有利于加強(qiáng)氣體輻射傳熱。
3.3冷卻帶結(jié)構(gòu)
冷卻帶有分為兩部分，一是急冷段，二是輥道冷卻段。
急冷段長度為2.1 m，窯膛稍微變窄，仍采用耐火材料滑道結(jié)構(gòu)。此段設(shè)有管形噴流式換熱器，一方面冷卻產(chǎn)品，另一方面將換出的熱風(fēng)送至高溫帶燒嘴助燃用，即可提高煤氣的燃燒溫度，又可提高能源利用率。另外還設(shè)有直接風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，可調(diào)整冷卻速度及窯壓。
輥道冷卻帶采用輥道結(jié)構(gòu)，移進(jìn)板在活動(dòng)的鋼輥上前進(jìn)，這可大大減少摩擦阻力，減輕窯內(nèi)推板之間的壓力及主推進(jìn)器的推力，對于延長推板壽命，防止拱板等事故的發(fā)生很有作用。此段下部設(shè)有4個(gè)送風(fēng)孔，頂部設(shè)有4個(gè)抽風(fēng)孔，可以用來調(diào)整冷卻速度，控制產(chǎn)品出窯溫度。
4  窯爐技術(shù)特點(diǎn)分析
    新型燃?xì)馔瓢甯G與傳統(tǒng)的燃?xì)廛囀礁G及推板式電窯相比，具有以下特點(diǎn)：
4.1自動(dòng)化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作環(huán)境得到很大改善，安全保護(hù)措施完善大大降低了發(fā)生事故的可能性。
4.2與傳統(tǒng)燃?xì)飧G相比控溫精度高，恒溫區(qū)控溫精度可達(dá)±2 ℃，全窯溫度曲線調(diào)整方便，調(diào)節(jié)范圍大。
4.3與推板式電窯相比，新型燃?xì)馔瓢甯G的窯膛可以做得更寬、更高，且溫度均勻性好。
4.4從結(jié)構(gòu)形式上看，新型燃?xì)飧G采用的是扁寬爐膛無匣缽明燒的雙推板結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的煤氣隧道窯往往是窯膛較高，裝匣缽燒成，匣缽與產(chǎn)品的重量比約為2～4比1。如為車式窯，窯車的積散熱就會(huì)占總熱耗的20～30%，再加上車下漏入冷空氣，預(yù)熱帶上下溫差相當(dāng)大，有時(shí)可達(dá)300～400℃，不得不延長預(yù)熱時(shí)間，產(chǎn)品進(jìn)車速度很慢，從而造成能源的浪費(fèi)。即使采用無缽?fù)瓢逍问�，一般也是采用隔焰式，馬弗道內(nèi)與窯膛內(nèi)的溫差較大，傳熱也較慢，仍然不能快速燒成。新型燃?xì)馔瓢甯G則沒有窯車的積散熱，沒有窯下漏風(fēng)，窯具（推板）與產(chǎn)品的重量比僅為0.8:1,可大大降低能耗,又因燃燒方式為預(yù)輥式無焰燃燒,噴入窯內(nèi)的是完全燃燒的熱氣體,不會(huì)污染制品.
4.5從傳熱原理上分析,高速燒嘴對加快燒成速度,降低能耗起著關(guān)鍵作用.一般認(rèn)為傳統(tǒng)隧道窯中氣流速度很慢,預(yù)熱帶以對流傳熱為主,高溫帶(800℃以上)以輻射傳熱為主。但當(dāng)采用了高速燒嘴后，高溫帶的對流傳熱就不容忽視了,輻射傳熱與對流傳熱變得同等重要。根據(jù)對流傳熱公式Q=αΔT F可以看出，氣體對流傳給制品的熱量與換熱面積F成正比，與氣流與制品的溫差ΔT成正比，還與對流換熱導(dǎo)數(shù)系數(shù)α成正比，而α又與氣流速度的0.8次方成正比。若傳統(tǒng)隧道窯中氣流速度為每秒幾米到十幾米，采用高速燒嘴后氣流速度可達(dá)每秒數(shù)十米至上百米，傳熱速率則可提高數(shù)倍到數(shù)十倍，再加上高速氣流的強(qiáng)烈攪拌作用，使得窯內(nèi)溫度更加均勻，傳熱效率大幅提高，從而加快產(chǎn)品推進(jìn)速度，縮短燒成時(shí)間，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能、降耗的效果。
4.6經(jīng)濟(jì)效果分析
從熱平衡計(jì)算來看，產(chǎn)品燒成熱效率為20.19%,在實(shí)際運(yùn)行時(shí)熱效率值比這要低一些,但仍然比傳統(tǒng)煤氣隧道窯高一倍以上。與原來使用的電氣推板窯相比，單位產(chǎn)品能源費(fèi)用可降低1/2～1/3。而且產(chǎn)品成品率還有所提高。因此，可以認(rèn)為新型燃?xì)馔瓢甯G是節(jié)能型窯爐，經(jīng)過數(shù)年來的使用效果良好，其設(shè)計(jì)是成功的。
5 存在問題及改進(jìn)方向
5.1排煙溫度較高，排煙熱損失較大，占總熱量的40.85%,這與窯爐較短有關(guān)。從實(shí)際結(jié)果分析，高速燒嘴的燃?xì)飧G應(yīng)設(shè)計(jì)得寬一些，長一些，效果會(huì)更好。但窯長受推板式的結(jié)構(gòu)限制，一般以20～40 m之間為宜。排出的煙氣應(yīng)該考慮余熱利用。
5.2初次投資較大，國內(nèi)許多用戶可能較難承受，這點(diǎn)可以簡化設(shè)計(jì)，減少附加功能入手解決。
5.3 預(yù)熱帶燒嘴能量偏大，有些可以省掉，用高壓攪拌風(fēng)來代替。
5.4 換熱器位置離高溫區(qū)較近，壽命縮短。

以上是新型燃?xì)馔瓢甯G研制的粗淺介紹，肯定有許多不妥及錯(cuò)誤之處，歡迎提出批評指正，使這一窯型更加完善。