【保温材料】38米煤气烧双层辊道窑的设计

    38米煤气烧双层辊道窑的设计

38米煤气烧双层辊道窑的设计

2008.07.10

一、窑体结构

对窑体设计，考虑尽量实现以下五条原则：

在不影响保温效果的情况下减薄窑墙，提高窑炉容量。

依据辊道窑各部位的温度分布不同，采用不同的保温材料，不同的厚度。既解决了散失热耗，又节约了材料费用。

依据制品在辊道窑内容易跑偏的现象，在窑后部应适当为放宽宽度。

依据工艺制度，结合窑内合理的压力分布，充分利用纯净煤气可以明焰烧成的特点，设计和隔焰的混合供热结构。

要充分利用冷却带的烟气的余热

依据上述原则，结合生产规模和燃料结构特点，通过工艺和热平衡计算。确定窑炉结构如下：

1、窑长度：依据生产设计能力，确定长度为38米。在煤电混烧辊道窑的基础上对三带长度进行了修正，确定预热带和烧成带长度为24米（其中设燃烧室部份的长度为6.3米）占63％。冷却带14米，占37％，两层层长度相等。

2、窑内宽：预热带和烧成带宽度800毫米，冷却带宽度940毫米（由ф25×1500毫米瓷辊确定，相当4块152×152毫米的面砖并排入窑的宽度）。

3、窑内高（即工作孔道高度）：

①、辊上高度：上下两层相同。由两侧墙设置的辊上事故处理孔的高度和孔砖的厚度确定为160毫米。

②、辊下高度：上下两层相同。由辊子大、小、支架高度和辊下事故处理孔的高度确定为210毫米。

4、窑顶、窑底和窑墙的厚度，如表1

表1 窑炉的各部厚度（毫米）

注：①、预热带和烧成带窑墙带窑 墙厚度系指工作也道和上烟道窑墙的厚度，下烟道窑墙厚度为460毫米。

②、在烧成带和预热带后部，于下烟道外墙上部用高温粘合贴高温纤维毡厚40~10毫米，不包括在上表范围。

5、关于保温材料选择：

在辊子长度一定的条件下，为了尽量提高窑炉产量（即增加窑的内宽）必适当选择低蓄热得低导热率的轻质保温材料。同时，要依据窑炉不同部位、不同的温度和使用条件对其进行合理搭配。

①、强度高的保温材料用于烟道内壁和受力较大的部位，可选用堇青石质轻骨料砖生硅保温砖等。

②、强度较低，耐火度高的保温材料用于工作孔道内壁等温度较高（1000℃以上）的部位。如轻质高铝砖等。

③、强度较低、适应温度较低（900℃以下）的保温材料用于预热带和冷却带前部的外墙和窑顶复盖层。如：空心微珠砖、珍珠岩砖和硅藻土砖等。

④、保温性能好的，适应温度较高的（1000℃左右）填充或贴敷保温材料，用作窑墙夹层、窑底和温度较高的窑顶复盖层。如硅铝酸盐维纤、毡、板砖或玄武岩棉、板、砖等。毡板可贴在外墙。

⑤、保温性能好，但适应温度低的（900℃以下）填充材料，用于温度低的窑底、窑顶部份，如珍珠粉、蛭石粉等。

另外还有传统提、保温性较差、蓄热能力又较高，但强度较好的轻粘土砖，可用冷却带。

由于在该窑采用了性能良好的新型保温材料，所以节能效果显著，受外界的温度变化影响也小。

6、燃烧及烟气传热系统：

①、烧嘴的选型：选用了适于焦炉煤气燃烧的平焰烧嘴。其特点是是助然风呈旋流状进入烧嘴、火焰短为圆盘状。可在燃烧室内全部燃烧。便容易造成同工作孔道较大的温差。

依据上层釉烧温度较低，下层素烧温度较高的温度分布要求和燃后烟气对流传热规律，结合煤烧辊道窑烯室的设置，确定了在上下层燃室各设qpy-100型（燃气能力100标米3/小时）烧嘴一个。关于下层烟道两侧设qpy30~50付烧嘴3个，付喷嘴方向和尚窑长中心线成30度角，向着窑头方向，以便降低烟气阻力。

②、按照煤气完全燃烧的室式燃烧炉，采用该焦炉煤气一般要求炉堂面积热度为

5×104000千卡/标米3时，考虑到空气预热，所以燃气量照烧嘴额定值的60％计算：（a）qpy-50型燃室烧嘴烯室容积为0.252米3 。（b）qpy-100型烧嘴燃室容积为0.504米3。

依据煤气、空气经该烧嘴在燃室内混合燃烧的反应时间，确定了两种燃烧室的长度。由旋流燃烧形成的最大火焰圆盘直径确定了两种燃室：长×宽×高=1100×550×600毫米3，容积：0.3630米3。（b）qpy-100型燃室的宽和高，如（4）qpy-50型燃室：长×宽×高=1350×800×1050毫米3，容积：

1.134米3 。

所以，设计中采取的由该烧嘴确定的上述两种燃室容积均大于计算值。

③、上下加热烟道：考虑到烟气运行在辊道窑烟道内阻力很小，和燃烧室到窑头方向向烟气温度逐渐降低的情况，为提高热效率，对烟道高度采取了逐压缩和阶梯式烟道。（图略）

（a）上烟道：655→5→25→460→395→330→265→200毫米。

（b）下烟道：690→575→460→395→330→265毫米。

上下烟道和对应的上下工作孔道之间的隔焰板设置特点为：在烧成带靠近燃烧室的部份约8.2米长，不设隔热板（即为明焰烧成）。在预热带后部和烧成带前部设50毫米厚的sic隔焰板，之间在留缝50毫米。预热带前部密布50毫米厚的sic隔焰板。

对隔焰板按上述方式进行设置的原因主要有三点：

a）烧成带明焰烧成，是为了提高工作孔道的温度。

b）预热带的后部，sic板之间留缝也是为了增加烟气对工作也孔的传热能力。预热带前部不留缝是考虑到接近窑头部位窑温过高，易引起半成品入窑后爆坯、开裂等。

c）由于辊道窑工作孔道密封性差，采用引烟机或烟囱排烟，必然造成预热带烟道负压，以sic板将烟道隔开，即为了防止窑外冷风被吸进窑内，引起工作孔道的波动。

④、分级排烟结构：为了便于调节窑头部位的温度，上下烟道各留有三个排烟孔道，以闸板调节。

a）上烟道：以φ250毫米的铁管排烟。分布距离为：第一排距窑1600毫米，烟孔间距离1400毫米。

b）下烟道：以400×400毫米的砖砌孔道排烟。分布距离同上。

7、冷却带的冷却换热结构：

在不影响冷却带工作孔道的压力制度又冷却制品的前提下，采取了三种间接冷却结构。（冷却带图略）

①、在窑尾部份的上孔道上面和下孔道下面设置了长×宽×高=5米×1.18米×0.15米的换热箱。在烧成带最高温度点2.5米处，于上孔道上面同样设置了长×宽×高=3米×1.18米×0.15米的换热箱。上述三换箱供助燃风预热。

②、在靠近烧成带的第三级换热箱前面，设置了备用间接冷地结构，在因为某种原因停止助然风时使用，以利该处窑内降温防止烧坏换热箱。

③、以铸铁板（δ=10毫米）与工作孔道隔开。可进行自然和制控冷却。上下间接冷却风道高×宽=200×940毫米。

8、其他结构：

①、辐射板：在烟道和工作孔道之间，孔道与孔道之间设置了长×宽×厚=900×500×50毫米的sic隔板。

②、牙子砖：由窑墙确定宽度。近窑尾10米长一段窑墙厚230毫米则采用长×宽×厚=540×230×75毫米型。其余为为长×宽×厚=540×300×75毫米。两者设辊孔12个、辊孔为为35×39毫米扁园孔，适用于ф25毫米的辊子串过。

③、观察孔：设在窑头可观察上下烟道运行情况。

④、测温孔：两层孔道的最高温度点，5个燃烧室、烟气抽出、冷地带三个换热箱和窑头部位皆设常测温孔，上下层工作孔道每2米左右设测温孔一个。

⑤、压力测孔：于上下烟道三级排烟处和预热带末端设测压孔。

⑥、膨胀缝：烧成带每2米左右，预热带和冷却带2米~2.5米左右，预热带和冷却带2米~2.5米左右，设一宽25毫米，上下内外交错230毫米的膨胀缝。内塞以高温棉。

⑦、安全孔：上下层工作孔道辊上辊下设安全孔、除靠近窑头8米长一段间距为1.2米外，其余为1.5米，同层安全孔要左右两侧对中交错，大小为230×65毫米，以轻质骨料砼预制。

⑧、上下工作孔道隔板：在预热带，烧成带设置了导热性能好的长×宽×厚=900×500×50毫米的sic板。密布排列，起隔离作用。冷却带未设。

二、传动部分

为了便于对上下辊道运行速度速的调节，分别采用了一套传动装置，用附控制器的3kw调速电机，通过蜗轮蜗杆减速机带动主传动釉进行链式传动。

上下层皆为一级两组传动，其主要构件包括：

1、辊子：采用φ25毫米（外径）三种材质的辊子（长度为1500毫米）：无缝普通钢管用于550℃以下的低温段。cr18ni9ti型耐热钢管用于950℃以下的低温段。高铝管用于高温段。

2、链条：用于辊子传动的为1/2英寸（节距）轻骑链条，用于主传动的为5/8英寸链条。

3、辊子链轮：12z×1/2英寸，厚3~4毫米的链轮片用45＃钢板冲制。

另外，为了使辊子运行平稳，便于调整还相应配备了链式传动的构件，如：压轮，辊子卡套，支板、支架和张紧装置等。

三、煤气和助燃风系统

依据所选用的鼓风式旋流煤气烧嘴所要求的技术参数和煤气需用量对煤气和助燃风系统进行了设计。

1、煤气输配系统

①、输配流程：

室外：煤气公司通过高压管道输送的高压煤气（1~1.5公斤/厘米2）至减压站减压用

ф108无缝钢管至烧成车间。

室内：已减压的煤气→一级总闸阀→一级放散阀→二级总闸阀→表前阀→煤气表→表后阀→二级放散阀→通各烧嘴的一级分阀（球阀）→二级分阀（球阀）→烧嘴。

②安全设施：由于采用了平焰烧嘴，煤气在烧嘴前没有预混，仅在燃烧室内进行混合燃烧，一般是不会发生回火现象。所以，只要在点火、停火和运行中坚持安全作业是不会发生什么安全事故的。不过我们为慎重起见也采取了一些必要的安全措施。

a）设了煤气放管：在煤气停用时，放掉管道内阀门间的余氯。放散管口延伸到安全位置。

b）烧嘴前设双阀门：以便门检修和防止阀门密封不好造成串字。

c）在窑附近的供电线路都按防爆安全用电规程采取了记爆措施。

d）设了专门控制助燃风。煤气流量、压力和测定窑温的控制室，对该系统进行监测。

2、助燃风系统

根据助燃风的需用量和压力要求，采用了两台4＃高压离心风机（一台备用）助燃风的运行流程为：风机→蝶阀→换热箱前蝶阀→冷却带换热箱→箱后蝶阀→集气管→烧嘴前蝶阀→烧嘴

为了使煤气燃烧充分，除在烧嘴鼓入一次风外和二次风的比例可视燃烧状态确定。

四、烟气余热利用

该窑烟气纯净无害，可直接利用。采用5＃锅炉引风机把烟气送到辊道烘干器，对釉面砖半成品进行烘干。但余热烟气温度仍波动在50~60℃。又送至陶缸成型厂房对缸坯进行对流干燥，使烟气温度降到室温。

五、测控部分

由于煤气供气压力稳定，便于调节，未考虑采用程序控制。为监测窑的正常运行，设置了控制室。通过观察测窑内温度压力的变化，调节煤气，助燃风和烟气抽力，用手动阀调节。实践证明，对该窑采取这种手工调节方法，可节约20万元左右的自控费用，目前沿不影响烧成制度的稳定。

六、烘窑

由于选用的轻质保温材料种类多，热阻大、砌筑时吸水重，所以确定的烘窑时间较长（25天）。按照升温曲线要求，采取如下措施：

1、600℃以前，以自制的不同直径，不同燃烧能力的点火棒烘窑，即可在燃烧室内进行，也可在安全孔内插入工作孔道点燃。需用的点火棒数量和点火棒处径大小由升温情况灵活确定。

2、600℃以后，采用烧嘴烘窑，使用烧嘴的个数和烧嘴燃气能力大小的调节要视窑内升温速度确定。

3、约在800℃以后，辊道窑开始载坯运行，对冷却带进行烘烤。

4、在烘窑前，对传动系统进行较长时间的载坯冷态调试，待完全合格，经验收后，可将各辊子的小支板松开，使辊子处于自然状态，以防烘窑时窑体膨胀、热压坏管子。待升温800℃，膨胀基本停止，需对辊子等进行第二次热态调试，并开始载坯运行。

七、运行

依据红胎白釉面砖釉烧和素烧的不同温度，上层辊道釉烧下层辊道素烧，两层辊道同向运行。因为下层燃烧室多于上层，下层工作孔道的温度则高于上层，这有利于窑内温度的合理调节。

红胎白釉面砖的素烧温度为1030℃±10℃，烧成周期50分钟左右。釉烧温度990℃±10℃，烧成周期50分钟至/小时。升温曲线见图1。釉烧和素烧要求氧化气氛成空气剩系数a=1.2～1.3。

要稳定产品质量，稳定烧成制度，就必须稳定温度、气氛、抽力、进坯速度。为此，规定了有关责任制度。

由于该窑设计采用了较好的保温材料，窑的表面温度很低。如表2所示。

表2 窑体各部表面温度

注：上述温度为平均温度

而且，季节气候造成室内温度的波动，对窑温和燃气旦影响极微。加之，我厂煤气调压站，设有自动稳压装置，煤气压力处于稳定状态。在正常运行时很少调动。

八、效益

由于该窑采取了较好的保温和余热综合利用措施，经几个月的生产实践验证，认为：该窑不仅根治了环境污染，在生产方面有好的工艺性，能有利产品质量的提高，而且节能效果比较显著。尽管在原料加工成型和施釉等工艺技术管理方面还存在不少问题造成进窑坯体质量不够稳定，使该窑的效益发挥不够。但和采用其他能源形式的辊道窑相比效益还是好的，主要表现在：

①、单位产品的热耗较低，按平均日产152×152×5型釉面砖成品13000件（两次烧成）计算，每小时耗煤气量为80米3，煤气热值平均4300千卡/标米3。则每公斤成品釉面砖的热耗为2117千卡。和我厂煤电混烧单层辊道窑相比，烧煤的单位产品热耗能相当于煤气的4.54倍。

②、综合经济效益好：

和我厂煤电混烧单层辊道窑相比，如成品产量相当该窑能力的话，日耗煤为6.25吨，耗电240度。按柴里煤60元/吨，工业用电0.10元/度计算，则单位产量成品煤电耗量和单位煤气耗量和单位煤气价格为0.15元/标米3计算，则单位成品煤气耗价为0.074元/公斤。二者相比，能耗费用烧煤气的效益为0.028元/公斤，按该窑年生产能力计算，则节能价值为：4.065万元。

由于产品质量的提高，按两种窑平均生产水平计算，相当每片成品釉面砖由该窑烧成发生的增值为0.025元/片，则质量提高年增值为10.8875万元。

③环境效益：若按我厂原煤电混烧辊道窑单位产品的煤耗计算，该窑年耗煤量可达2100吨。由此每年可发生：黑色烟气1675米3（按每公斤煤产生烟气8标米3）。残渣523吨（按每公斤煤产生废渣0.25公斤）。煤和渣的运输量2617吨。

　　依据我厂近几个月的生产实践，该煤气双层辊道尽管在设计、施工和生产管理方面还程度不同的存在一些问题。但从经济效益、环境效益、社会效益方面分析，还是可取的。如果加强窑前各生产工序的质量管理，在经济效益方面还有较大的潜力发挥。

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