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热工窑炉-隧道窑•绪论•我国窑炉的现状•隧道窑(tunnelkiln)•我国窑炉的发展方向及实现途径窑炉是一门综合性应用技术。主要介绍了隧道窑（耐火材料、陶瓷工业用）的工作原理、结构特征、热工制度、设计理论和设计方法（参数确定原则，材料性能及选择依据）、计算方法。介绍工程应用和分析、研究、解决问题的基本方法和观点。相关知识：传热学、气体力学、机械学、电工学、微电子学及材料科学等学科的理论基础，还应具有生产实践经验和有关加工制造的专业知识。现代化的工业窑炉，机械化、自动化程度高，进行计算机控制与管理。窑炉面临全面技术革新，需要研究现有窑炉，设计研制新型节能、多用途窑炉，提高我国窑炉工业的整体设计与制造水平。燃料─使用洁净的气体燃料（天然气、液化石油气、发生炉煤气等）、液体燃料；但某些老型窑炉依然烧煤，浪费燃料，污染环境。结构─轻型化、密封性能好，宽断面、低高度；砌筑材料─采用轻质、高强耐火材料，耐火纤维砌筑窑体；三、我国窑炉的现状自动控制─多数窑炉实现自动控制系统；自动控制水平不高，还仅限于热工操作方面。欧洲国家已实现了装、出窑及热工操作的远程自动控制。高温窑炉─高温隧道窑、高温梭式窑等有效实现高温燃烧；燃烧器─高速烧嘴的使用。污染严重，能耗高、电耗高等。※耐火制品窑的分类连续式窑—隧道窑间歇式窑：传统式窑—倒焰窑(down-draftkiln)新型式窑—梭式窑(shuttlekiln)钟罩窑等★隧道窑的特点：优点：生产能力大、燃耗低、使用寿命长、机械化、自动化程度高、劳动条件好。缺点：投资大、附属设备多、热工制度不宜经常调节，只适合烧成品种单一的制品。一、隧道窑分类•低温隧道窑1000～1350℃•普通隧道窑1350～1550℃•高温隧道窑1550～1750℃•超高温隧道窑1750～1950℃★按温度分类•顶部加热式•底部加热式•侧部加热式（最常见）★按燃烧装置布置形式分类推进窑车气流推出窑车预热带烧成带冷却带送冷空气抽出热风送煤气送一次空气烟气抽出二次空气图1-1隧道窑工作原理图1.预热带长度应根据排出废气温度来确定，废气离开排烟机温度应低于250℃；2.烧成带长度根据保温时间来确定3.冷却带长度根据出窑制品的温度来确定，一般应低于100℃★窑的各带长度确定的一般原则：2020/2/1211高度——砖坯在烧成过程中的特性（制品的烧成温度与荷软温度。如：镁砖，1m左右，硅砖，1.5~1.9m）、允许的上下温差。跨度——产量、燃烧方式、燃烧器的类型跨度大，产量大；顶烧式、底烧式跨度可以较大；使用高速烧嘴跨度可以较大★隧道窑的高度与跨度2.窑顶结构要求：材质应长期承受高温作用（特别是烧成带）、重量轻、保温性好，其结构严密，不漏气，并有利于窑内气流的合理分布。⑴窑体的结构上通道半马弗推板窑：由推板通道、马弗火道和窑墙组成。下窑道明焰隧道窑：由窑车、窑墙和顶盖组成。窑体的烧成带两侧安装高速调温烧嘴和火焰监控装置，采用上下交错布置的形式。窑体的预热带和冷却带设置可调式的上下贯通的烟气余热排放孔，在窑头、急冷和窑尾设气幕装置。⑵燃烧系统上推板窑不需安装燃烧装置，完全利用下烟道的烟气和余热。下窑道的燃烧系统分二组，设置四只高速调温烧嘴，上下交错布置。⑶供气系统采用液化石油气为燃料，由储气罐通过管道送到窑炉上的每个烧嘴。⑷通风系统选用一台ZJNT-4.3A型风机，提供和满足燃气烧嘴、急冷气幕、窑头和窑尾气幕的所需风量。⑸气幕装置窑体的下窑道设置了三道气幕装置，即窑头、急冷和窑尾气幕，它们主要是起窑头封闭、高温快冷和窑尾冷却的作用。⑹排烟设置上推板窑在加热带区域设置两个集气孔，下窑道利用热气体产生几何压头原理。根据上马弗窑炉烧成的工艺需要，在窑体不同温度区域设置四对可调式上下贯通的烟气余热孔，由于对称布置，两侧热气体热均匀，能使窑内温度均匀，余热充分利用，节约能源。节能措施1.能源利用的评价能源的有效利用指当消耗同样的能源时可获得多少效益的问题。用“热效率”来表征。热效率：它是指隧道窑烧成制品所消耗的有效热量与所供给的热量之比。国标（GB2588－81）中规定“有效热量”：达到工艺要求时理论上所必须消耗的热量。★对于一般制品，有效热量应包括如下部分：①将制品加热到最高温度所需要的热量。②坯体中加热及液化耗热量。③坯体中结晶水脱水耗热量。④其它：坯体烧成过程中发生物化反应吸收的热量（有时放热）。★供给的热量一般包括：①燃料的低位热值QDWy（主要热源）。②燃料带入的显热。③助燃空气带入的显热。④如重油之类还包括雾化剂带入的显热。损失的热量=供给的热量－有效热量。★隧道窑（工业炉）的热损失主要包括：①从炉体表面各部位散失的热量。②炉体的蓄热损失（对间歇窑来说占大部分）。③燃料不完全燃烧的热损失。④排烟带走的废气余热损失。⑤接缝、孔眼和炉门等密封不严的部位泄露损失的热量。⑥窑车蓄热损失（不稳定传热，蓄热损失较大）。各种工业窑炉的热损失一般都很大，我国工业窑炉的热效率平均为30%左右，而国际水平则为50%以上。因此，我国工业窑炉的节能仍有很大的潜力。2.节能技术（适用于各种窑炉）⑴减少炉体散热和蓄热炉体材质=耐火材料+保温材料建立窑体的传热数学模型，进行传热计算，设计最佳的材质组成与结构。经过了三个发展阶段：①重质耐火材料+轻质保温材料+红砖②轻质耐火材料+陶瓷纤维③轻质节能筑炉材料模块轻质节能筑炉材料模块——将轻质、高温陶瓷纤维等不同材质合理地组合装配成轻型模块。轻质节能筑炉材料模块的特点：A.高强、保温——新型耐火材料的复合体，由半轻制致密耐火板、高温陶瓷纤维、耐火材料连接件、高温粘接剂有机结合而成。B.平均容重为0.3～0.35g/cm3，为重质耐材的1/7，轻质保温砖的1/3。C.高温导热系数0.25～0.28W/Mk。D.为系列产品，可根据不同窑炉温度的要求生产用于不同温度的轻质节能筑炉模块。⑶改进窑的结构窑高——高度增加，窑炉的散热面积增大，而产量不变，单位制品热耗和窑墙散热量增大，且窑内上下温差增大。从节能及减少窑内温差来看，窑内高度越低越好。宽度——窑炉内宽增大，单位时间制品产量增大，单位制品热耗和减少。现在已有了大于3m的窑宽。长度——窑长增加，产量增加，单位制品的热耗减少。且窑长增加，窑内烟气能更好地加热制品，窑头烟气带走的热量减少。但窑长增加，窑内气流流动的阻力增大。长度应适宜，一般100m左右。⑷.合理组织燃烧对于燃料窑炉来说，燃料燃烧过程必须满足工艺要求，如炉温、火焰形状、窑内气氛等。A.合理选用燃料：从燃料的热能经济看，烧城市煤气、天然气最经济，其次是重油，人工直接烧煤最差。B.选用合理的燃烧设备——近年来已开发并推广应用的燃烧装置有：调焰烧嘴、平焰烧嘴、高速烧嘴、高速调温烧嘴、自身预热烧嘴、油气两用烧嘴、预热式（低NOX）烧嘴等。正确选用高效燃烧装置可以提高传热速率，强化窑内传热，燃料燃烧完全，提高窑炉寿命，降低窑炉燃耗。★烟气余热的有效利用途径过程内利用——回收的热量直接返回窑内。利用高温烟气直接预热物料（如隧道窑、连续退火炉上的无氧化加热）、在烟道中安装空气——烟气换热装置实现对空气或燃料气进行预热。过程外利用——利用高温余热来生产蒸汽（余热锅炉）或者利用烟气发电以二次能源的形式外供。余热回收设备——主要是换热器近年来我国开发和推广应用的高效换热器有：片状换热器、喷流管式换热器、筒式辐射喷流换热器、片状喷流换热器各种组合式换热器、蓄热器等。窑炉配置换热器可节能15～20%。四、窑炉的发展方向轨道化、煤气化、轻型化、自动化、大型化向绿色（环保节能型）窑炉方向发展。★绿色窑炉的标准：⑴低消耗（节能型）：低燃耗、低电能消耗、低水耗等；⑵低污染（环保型）：低废气（CO2）排放、低SO2及NOX气体排放、低烟尘、无黑烟、低污水、低噪音及振动；⑶低成本：初投资成本低，投资回收期短，运行费用低，劳动成本低；⑷高效率：窑内温度均匀，热效率高，操作灵活方便，自动化水平高，生产过程适应性强，劳动生产率高，竞争性强，经济效益高。★实现绿色窑炉的途径：⑴窑炉风机降低电耗和噪音的研究目前国外先进风机噪音50～70分贝，国产80～90分贝，甚至100分贝。国外一条窑炉风机使用功率50～70kW，国产窑炉90～190kW。⑵研究先进的窑炉燃烧器研究适用于窑炉使用的的NOX燃烧器（如脉冲燃烧器），保证窑内温度均匀，燃料完全燃烧，避免局部高温以减少NOX的生成。⑶使用新型的耐火材料和涂料采用耐高温的陶瓷纤维作内衬，可以提高窑炉的热效率；利用多功能涂料（如远红外涂料）来保护陶瓷纤维。⑷研究新的窑炉自动控制和方法利用人工神经网络技术进行模拟，设计相应的控制系统与控制软件，使温度、气氛控制更精确和稳定。⑸建立窑炉废气净化研究检测中心