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现代隧道窑节能设计值得注意的问题源科隆窑炉有限公司李华隧道窑是陶瓷厂主要烧成设备，广义上的隧道窑包括窑车式隧道窑、辊道窑、推板窑、网带窑等均属隧道窑的范畴，但本文就狭义上的隧道窑（窑车式隧道窑）作为研究对象，根据现代窑车隧道发展趋势，提出几个值得注意的问题，供同行参考。1.燃料气体化国外现代化隧道窑已不采用（或不直接采用）固体燃料，也基本不使用液体燃料（重油或柴油），而几乎全部采用气体燃料（石油液化气、煤气和天然气）。我国台商及港商在大陆兴办的数百家陶瓷企业也几乎全部采用石油液化气燃料；而我国内陆企业采用气体燃料窑炉比例还相当小，大部分还是煤窑。有的工厂旧窑改造或建新窑仍按煤窑设计。我国的陶瓷展品屡或世界大奖，但批量生产质量不稳定，这与使用煤的质量难以稳定有关。采用气体燃料，除了能显著减少或消除陶瓷工厂的环境污染、工厂自身工作环境得到根本改善外，还具有以下特点：（1）、能方便地控制炉内各带气氛（空气与燃料的比例）、温度、窑炉内的压力分布，适用于自动控制的要求。（2）、采用燃烧效率高的高速等温烧嘴、高速调温烧嘴、高速等温脉冲烧嘴、平焰烧嘴或长焰烧嘴，燃烧强度可调，火焰速度快，对流传热系数大，故升温快，缩短生产周期。（3）、燃气（尤其石油液化气和天然气）热值大，燃烧条件好，空气过剩系数小，燃烧完全，热效率高。（4）、气体燃料（尤其石油液化气和石油天然气）无对产品污染有害元素，烧制产品质量好。采用无匣裸烧，降低了能耗和窑具成本。（5）、燃料运输费用少，仓贮费用低。（6）、由于采用一系列节能措施，能源消耗小。尽管使用气体燃料窑炉在设备上一次投资稍大于固体或液体燃料，但在投产后的企业形象、产品合格率、产品档次、生产效率、自动化程度、综合生产成本、环境保护等方面更具有优势。因此对于有条件的企业用气体燃料窑炉淘汰或改造旧式煤窑，不仅是环保的要求，而且也是我国陶瓷工厂向现代化、自动化上档次参与世界市场竞争的需要。2.窑炉的宽体化现代化隧道窑窑车有效宽度均在二米以上，意大利某窑炉公司生产的隧道窑车有效度大部在四米左右，日本碍子株式会社生产的宽幅强力窑炉宽达六米，我国设计制造的隧道窑也普遍比老的隧道窑窑车有效宽度增加一倍。宽体化窑炉的本质是增加窑车的有效宽度，不增加甚至降低窑内有效高度来提高产量。为使宽体窑炉在水平方向上温度场均匀，均采用高速烧嘴（火焰喷出速度最高可达300M/S），有的采用脉冲燃烧高速烧嘴。宽体窑炉有如下特点：（1）、由于堆码层数一般控制在二层，有的甚至一层，内膛不高，不会因下部负压吸入冷气而造成上、下温度场的不均匀。由于喷出火焰在窑车台面与垛码留出的火道之间穿行，实际上制品处于浸没燃烧之中，上、下温差不超过5℃，从而减少均热时间，缩短烧成周期。现代隧道窑的生产周期仅是老式隧道窑的三方之一甚至四分之一，产品质量更是一步提高。（2）、采用高速烧嘴，对流传热系数显著提高，产品升温快，能达到快速烧成效果。（3）、宽体化窑炉均采用吊顶，与拱顶相比，降低了窑顶与产品之间的无效高度，从而迫使更多的炉气在料垛中穿行，增加了对流传热量，从而提高了热效率。我国过去窑车隧道窑大多采用煤做燃料，由于受火焰速度和方向的限制，理论上形成了窑体不能太宽的概念，因此在改用气体燃料设计窑炉也步入误区，设计的窑体均不宽，而堆码层数却较多。尽管在进入烧成带前设置有搅动气幕，但烧成带上、下制品仍有10～70℃的温差。为了减少上。下温差，不得不延长烧成时间，这也是我国大部分工厂烧成周期长、同窑产品质量难以一致的原因之一。3.炉衬材料轻质化减少隧道窑的墙体表面散热是隧道窑节能的重措施点之一，而用什么样的耐火保温材料作炉衬则是决定隧道窑墙体表面散热的关键。对隧道窑炉衬要求是：高耐火度（烧成带尤其重要），热膨胀和重烧线收缩小，良好的热稳定性，能承受氧化还原气氛和低的热导率。我国传统的隧道窑内层采用重质耐火砖，中间采用轻质保温砖，外层用红砖砌墙很厚，但由于它们的导热系数较大，热容大，因而窑外壁的温度仍很高，从表面散发的热量约占去总热量的10%～15%左右。近几年，随着氧化铝纤维的出现，隧道窑在烧成带和预热带几乎全部采用这种耐火保温材料。它具有比重小、耐火温度高的特点。根据陶瓷烧成温度可选用不同温度等级的陶瓷耐火纤维，多晶氧化铝纤维，最高使用温度可达1600℃。采用氧化铝纤维折叠予制块砌筑炉衬，耐火保温厚度为200～300MM，炉膛温度1250℃时，窑壁温度不超过50℃，使炉墙表面散热大为减少。由于氧化铝耐火纤维的优良性能，从而使炉膛升温快，炉膛温度高，烧成周期短。值得提出的是由于它有低热容以及低比重使炉衬蓄热少，用于间隙式窑炉节能效果更加明显。采用陶瓷纤维做炉衬，其造价当然比传统材料高，但从节能效果来计算，投资回收也只需一年时间，而且由于它的使用寿命长，可显著提高设备利用率，所以我国陶瓷工厂应加快绝热材料纤维化的步伐。4.炉内通道腔式化传统的隧道窑内膛普遍设计成平直通道。而现代隧道窑内膛普遍设计为多腔式炉膛。（即每一个温度段都有隔阎挡火墙）多腔式炉膛有下述特点：（1）、容易控制各腔炉膛温度，使各腔温度近似等温，尤其可以满足残余石英相变温度及玻化温度的时间要求。（2）、可以方便地控制各段气氛、炉压，提高氧化或还原气氛的效率。（3）、可以消除炉层流的可能性，使可能存在的层流充分转变为紊流，从而实现炉内温度上下均衡。（4）、由于气氛阻滞和包容反射，以及气流在各腔滞流时间延长，从而使炉内辐射气层辐射时间长，从而提高射射传热效果，在冷却带也使冷却效率提高。总之，按照各段的温度和时间要求，合理设计多腔式炉膛，可显著地均衡上下温度，缩短生产周期，降低能耗。5.全过程控制自动化现代窑车式隧道窑在整个烧成周期中，要对烧成制度进行严格的控制，如果没有先进精确的控制系统，则现代隧道窑就失去其优势。隧道窑的工作过程具有时变性、滞后大、干扰多，各控制参数存在多层次的交叉耦合效果，如果仅采用单回路控制系统，很难得到最佳的控制效果。现代窑采用智能仪表为核心的多功能微机控制系统，能把各控制参数归纳、演绎、计算，随时调整参数，保持最佳控制状态。（1）、以智能式仪表为核心的控制系统：智能式仪表利用微处理器作为控制核心，可以取代多块模拟仪表的功能。智能式仪表的最大长处在于采用先进的A1人工智能方法，实现高精度控制，先进的自整定功能，使得有些控制参数无需人工设置。在此举一个以智能式仪表控制梭式窑烧成温度的实例，更能反映智能式仪表的妙处。假定窑的烧成曲线设定从开始升温达到石英相变温度为二小时，等温相变时间半小时，然后升温二小时，达到玻化温度，保温一小时，急冷半小时，又达到石英相变温度，缓冷半小时，然后经过二小时达到出炉温度。如果我们采用人工调节或用传统控制仪表，是很难制出这样的烧成温度曲线，然而通过A1智能仪表却是举手之劳。它将各段的温度参数和时间参数依次输入后，启动程序，智能仪表通过检测数据经过自整定，就能精确算出不同阶段的加温速率。如果采用等温脉动烧嘴，它根据加温速度控制脉冲通断比及各烧嘴脉冲次序，从而指挥相应的执行器动作，以使实际烧成曲线与设定的烧成曲线精确吻合。隧道窑的烧成温度曲线为分段控制，每段温度要求恒定，通过输入各段温度设定值，人工智能仪表准确随机地命令执行机构控制烧嘴的燃烧强度，从而始终保持该温度的恒定。（2）、以多功能微处理机为核心的控制系统：现代隧道窑要求控制的回路较多。如各区炉温控制，各区炉压控制，各区气氛控制，煤气压力控制，空气（或热空气）压力控制、窑车速度控制，并且要求对这些参数进行顺序控制，时间程序给定，数据采集，反馈和在线生成各种用户控制系统等功能，此外还要求画面显示及中央控制等功能，此时智能式调节仪表已不能满足要求，应采用多功能微型机为核心的控制系统。它的特点，一是构成系统灵活，即可单独使用，也可以作为集散型控制系统。作为多个窑炉集中操作监视，通过装在柜上的操作面板，便可操作监视被控的各种工艺参数，集中程度高。由于多功能微型机为核心的控制系统能随时实现各种条件下的最佳控制，因此隧道窑的生产效率、能源消耗、产品质量均达到目前所未有的高度，它是目前最为先进的控制系统。我国大部分窑炉自动化程序还很低，基本仅有温度显示，其控温方式还是凭人的经验，其它控制基本靠人工调节。我国窑炉要实行全过程控制自动化，显然并不在技术，而在于观念。6.外部包装艺术化作为现代隧道窑，如果窑体外壳还采用红砖砌筑，这未免与现代隧道窑不相称。现代的隧道窑均采用金属外壳并经最优设计分段制造，现场组合安装。外部结构包括外壳、管路及辅助设施，不但讲究实用，而且具有美观效果，涂装色彩也注意现代气息，使人赏心悦目。由于窑体采用金属外壳，实际增加了一道热屏蔽，增加窑体气密性，消除了热量外泄，从而使隧道窑更节能。因此作为参与世界竞争的陶瓷企业，我们的设计工作者和窑炉制作者，要冲破“能用就行”、“能烧出陶瓷就是窑”的旧观念，不但要求内在性能的先进性，而且外部也应要求美观艺术性。以上是笔者根据现代隧道窑的发展趋势以及在窑炉制造工作中积累的一些经验提出的几点问题，而这些问题无不与节能有关。须知陶瓷烧成过程的能源成本在陶瓷产品总成本构成中占有相当大的比例。可以这样说，在保证产品质量的前提下，谁能降低能耗，谁的产品就具有竞争力。原载于《佛山陶瓷》杂志，1999.02期