第二章辊道窑的燃烧系统

1第二章辊道窑的燃烧系统辊道窑可以使用固体、液体、气体燃料。从发展方向看，当然是使用清洁的液体或气体燃料的明焰辊道窑好，但由于各地燃料资源的特点以及企业投资能力的限制，我国不少建陶工厂仍在使用烧重油甚至煤烧的隔焰辊道窑，本章介绍各种辊道窑的燃烧系统。2.1明焰辊道窑的燃烧系统2.1.1烧嘴的布置明焰辊道窑一般多采用小流量多烧嘴系统，辊道上下方及对侧均交错布置烧嘴，这样便于窑温度制度的调节，还有利于窑内热气流的强烈扰动与循环，改善了窑内断面温度均匀性。烧嘴布置一般较密，同侧两烧嘴间距为1～2m左右，由于几何压头的作用，热气体有自然上升趋势，故一般下部烧嘴安排比上部较多。有的引进窑安装时即使上下一样多，在实际使用时一般下部点燃的也多于上部。这里以几座典型的明焰辊道窑为例，具体讲述烧嘴的布置情况。某玻化砖厂引进德国HEIMSOTH窑炉公司的80m烧轻柴油明焰辊道窑，在第6～9节（每节2.2m）辊下每节布置了3支烧嘴：N侧2支，S侧1支；下一节则N侧1支，S侧2支，对侧均错开布置。自第10～21节每节布置有3对烧嘴：一侧辊上1支、辊下2支，另一侧则辊上2支、辊下1支，下一节则两侧对调布置，如图2-1所示（图中只给出了烧成带相邻两节的外形图）。从图中可以看出，烧嘴排列成等距斜平行线，十字线为本侧可见的观察孔，正好是对侧窑墙上安装有烧嘴，两侧烧嘴连线正好均匀地交错。这种烧嘴布置的特点是：上下、对侧均交错布置，但同一窑横断面上只有一个烧嘴。因而沿窑长方向上火焰间的间距很小（如图仅366mm），其优点是有利于窑长方向上的温度调节。目前国内通过消化吸收自行设计建造的油烧明焰辊道窑大都采用这种烧嘴的布置方式。图2-1明焰辊道窑烧嘴布置示意图1-方钢框架2-外侧钢板3-可见侧烧嘴4-观察孔（对侧为烧嘴）5-事故处理孔国内引进的意大利唯高公司FRW-2000型气烧辊道窑，在燃烧带每节上下交错设置两对烧嘴，其特点是在同一窑横断面上有两个烧嘴，即一侧设在辊上，另一侧设在辊下；上下对侧均交错布置，在同一侧外观看烧嘴成正品字形排布（可参看图2-4）。而由唐山建筑陶瓷厂引进的意大利POPI公司TA23型68.8m气烧辊道窑在预热带辊下有4对烧嘴。分布在第7、8、9、11节各节的辊子下部；在第13～24节的烧成带，每节辊下布置有1对烧嘴、每两节辊上布置有1对烧嘴，共设置18对烧嘴，其特点是在同侧窑墙烧嘴成品字型排布，如图2-2所示。2图2-2TA23型辊道窑工作系统示意图1-排烟风机2-烧嘴3-助燃风机4-急冷风机5-抽热风机6-轴流风机上述两种气烧辊道窑，均属非预混式燃烧，其优点是不会发生回火，燃空比易于调节；但燃烧效率较低，烧嘴结构较复杂。还有一种预混式燃烧气烧辊道窑，其优点是燃烧充分，燃烧效率高，烧嘴简单；缺点是易发生回火。例如我国某彩釉砖厂从意大利SITI公司引进的57m双层辊道窑，以水煤气为燃料，采用预混式燃烧。如图2-3所示，助燃空气自空气总管2流入窑顶方支管3，煤气自煤气总管1流出，在进入方支管3前就汇入空气支管与空气混合，混合气体从窑顶方支管3流入窑侧立支管4，并由烧嘴分配管5流入各烧嘴，喷入窑内燃烧。辊上每根烧嘴分配管对9支小烧嘴（共3组）供给燃烧混合气，辊下的则对12支小烧嘴（共2组）供给燃烧混合气。由于预混式燃烧，烧嘴十分简单，直径15mm的高铝小瓷管用耐热橡胶管与焊在烧嘴分配方管上的圆钢管相连接即成烧嘴。图2-3预混式燃烧系统管路布置图1-煤气总管2-空气总管3-窑顶方支管4-立支管5-分配管该窑燃烧系统的特点除预混式燃烧、燃烧效率高外，就是烧嘴排列相当密，因而窑内升温制度容易调节，窑内温度场均匀。每根烧嘴分配管都配有自动调节系统，根据窑温度变化自动调节其混合气体流量，保证了窑内温度场的稳定。但是，采用预混式燃烧，当供电、供气不正常时易发生回火。虽绝大部分回火只造成连接小瓷管烧嘴的橡皮管炸裂（用橡皮管连接也是保证回火发生时不造成更大爆炸事故的一项措施），但从使用实践来看小瓷管炸裂也时有发生，从而损坏窑体。因而该窑使用不到2年，预热带、烧成带窑体已全面大修一次，说明预混式燃烧不值得在国内推广。32.1.2燃烧系统的管路布置辊道窑上助燃空气、燃气（油）管道设计应符合便于操作、安全、阻力损失小、便于施工制作和经济合算的原则。每条管路系统都要能单独调节控制。管路布置时要注意尽量使管线要短、流向要顺、每个烧嘴前压力要尽可能相等。为了防止煤气从管道内漏出，在煤气管道的接合处，除必须用法兰连接的地方外（如阀门、烧嘴等管件连接处），应尽可能采用焊接。气烧辊道窑的煤气总管一般安装在窑顶上方，图2-4为意大利WELKO公司FRW2000型辊道窑烧成带燃烧系统管道布置示意图。煤气由总管1经直支管4流向烧嘴，助燃空气由空气总管2经直支管3流入作钢架结构的空心方管5后再由软管通向烧嘴6。这里由钢架空心方管兼作空气支管，既节省了材料，又避免布置过多的空气支管，使外形整洁美观。油烧明焰辊道窑的供油总管一般安装在窑侧地面上，图2-5为联邦德国HEIMSOTH公司80m轻柴油明焰辊道窑烧成带燃烧系统管道示意图。主输油总管1为直径56mm×3mm的无缝钢管，安置于窑侧地面上；辊上下每3只烧嘴共用一支管系统。轻柴油由总管1经球阀12与过滤器11流经支管13后由软管2进入烧嘴3。为给对侧窑体烧嘴供油，窑体上下有横贯窑体的油横支管7将轻柴油分别供给对侧窑墙辊上下烧嘴的油支管。油支管一般采用公称直径为10～15mm的镀锌无缝钢管。助燃风总管5采用置入窑体四角的方管（图中虚线部分，可参看图2-6），助燃风直接由总管经支管4与球阀进入烧嘴。由于柴油燃烧时还需雾化，故窑上方设有雾化风总管6，它为直径100mm×4mm的无缝钢管，雾化风经支管8分别进入各烧嘴。国内外不少明焰辊道窑的助燃空气总管采用方钢管，布置在窑体四角，使一侧与窑侧面平齐并替代了部分窑侧钢板结构，既节约了钢材又使辊道窑整体结构紧凑（参看图1-10）。图2-4FRW2000型辊道窑烧成带燃烧系统管路布置图1-煤气总管2-空气总管3-空气直支管4-煤气直支管5-空心方钢构架兼作空气支管6-烧嘴4图2-5轻柴油明焰辊道窑燃烧系统管路布置图1-油总管2-油路软管3-烧嘴4-助燃风支管5-助燃风总管6-雾化风总管7-油路横支管8-雾化风支管9-观察孔10-事故处理孔11-过滤器12-球阀13-油支管2.1.3烧嘴的安装图2-6为典型的明焰辊道窑烧嘴及其管路系统安装外形图。烧嘴通过安装法兰盘用螺栓联接到窑体钢架结构上（通常钢架结构上焊有带孔方钢板或圆钢板，钢板上焊有相应的螺栓）；烧嘴上的油（或煤气）、助燃风、雾化风入口分别用软管与它们的支管联接。如图所示，方形助燃风总管1上直接焊有助燃风支管2，它一般为较短的、公称直径为32mm的镀锌钢管，通过弯头3采用螺丝联接方式经过渡管与球阀5相连，再由软管6通向烧嘴入口；雾化风则由雾化风分管14经直支管7与球阀8，再由软管9通向烧嘴的雾化风入口；轻柴油是从油分管15经垂直油支管13与油支管球阀12流向软胶管11，进入装有油压表的烧嘴入口。雾化风分管与油分管一般可用公称直径为10mm的镀锌钢管，并列搁置在分管托架4上，托架由扁钢制成，焊接在窑体钢架上。图2-7为烧嘴与窑体连接安装图，1为周边用结晶纤维或高铝纤维填塞后装入的带孔方形烧嘴砖，它一般用刚玉质高铝砖或莫来石质高铝砖制成。图2-6烧嘴及其管路系统安装图1-方形助燃风总管2-助燃风支管3-弯头4-分管托架5-球阀6-软管7-雾化风直支管8-雾化风球阀9-雾化风软管10-烧嘴11-软管12-油支管球阀13-垂直油支管14-雾化风分管15-油分管16-油压表5图2-7烧嘴与窑体连接安装图1-烧嘴砖2-烧嘴3-陶瓷纤维4-助燃风进口5-雾化风进口6-燃油进口2.1.4燃料供应系统气烧辊道窑为保证生产中的安全运行，应设置安全阀、煤气放散管及防爆装置等安全装置。煤气管道应敷设在地面以上，总管及分管的敷设高度一般不低于2m；沿墙布置的管道距墙边应有一定的距离，管道最大突出部分（法兰、阀门、保温层等）离墙边的空隙至少为100mm，以便检查。为避免管道内淤积冷凝水，妨碍烧嘴正常工作，煤气支管或分管应分别从煤气分管或总管的侧方或上方引出。煤气管道均采用无缝钢管。为防止煤气从管道内漏出，在管道的接合处，除必须用法兰联接的地方外（如阀门、压力表等），应尽可能采用焊接。图2-8为气烧辊道窑供气管路示意图。除装有必要的阀门与压力表等测量装置外，安全阀4的作用是当煤气压力降至某定值或助燃风机出现事故停风或停电等情况都能迅速自动切断煤气，确保生产安全。流量控制阀7的作用是窑内控制点热电偶高于或低于给定值时能自动调节各调节组分管中煤气流量，使之相应减小或增加，以保证窑内温度场稳定在需要的烧成曲线上。旁通阀3的作用是当要检修总管的测控管件时，打开它可保证继续向窑上烧嘴供气，不致影响生产正常进行。图2-8煤气供应系统1-压力表2-控制开关3-旁通阀4-安全阀5-压力开关6-调压阀7-流量控制阀8-电动控制阀烧轻柴油的明焰辊道窑一般由工作油罐供油，图2-9为某厂油烧明焰辊道窑供油系统图。1为工作油罐，此处为立式，也有的用卧式，一般都备有并行的两个油罐，以充分保证检修时连续供油的需要。工作油罐可用3～5mm厚钢板焊接制成，容积为3m3左右。轻柴油出工作油罐后流经球阀2、过滤器3，再通过齿轮油泵4加压后，流经量程为0～2.5MPa的油压表与6流量计，接向输油总管。国内油烧明焰辊道窑一般选用KCB-18.3-2型齿轮油泵，供油管路一般用公称直径为20mm的镀锌无缝钢管。图2-9工作油罐供油系统图1-工作油罐2-球阀3-过滤器4-齿轮油泵5-压力表6-流量表72.2隔焰辊道窑的燃烧系统尽管明焰辊道窑是辊道窑的发展方向，但我国建陶企业在全国分布很广，根据自己的燃料资源，有不少企业仍采用煤或重油为燃料，因而隔焰或半隔焰辊道窑仍应用广泛。本节对它们的燃烧系统，尤其是它们的火道结构作一些介绍。2.2.1隔焰辊道窑的火道结构隔焰辊道窑用隔焰板（马弗板）将窑内通道分隔成上下两通道（参看图1-4），上面称工作通道，下称火道。燃烧产物在火道中由烧成带流向预热带，并不断将热量以辐射与对流方式传给隔焰板，经隔焰板热传导作用将热传至隔焰板上表面，然后以辐射传热方式将热量传给制品。因此，对于隔焰辊道窑，正确设计其火道结构是保证便于温度调节与提高热利用率的关键。火道结构设计应遵循以下基本原则：（1）要保证有足够的燃烧空间，尤其是安设有烧嘴部位的火道，留有的空间应保证其空间发热强度大于燃料实际燃烧时的发热强度。（2）火道高度应适应所选用烧嘴的雾化扩张角及喷出火焰长度。例如：采用B-50低压比例调节油烧嘴，其扩张角α为20°～35°，火焰长度Lf约长1m；若取α=24°，Lf=800mm，则火焰尾部的扩散面高度H=800×tg24°=355mm。因为隔焰辊道窑有烧嘴部位的火道一般都大于500mm，故可以满足这一原则需要。（3）火道结构设计既要保证烟气的顺畅排出，又要使烟气在火道中有一定逗留时间，以提高热利用率与稳定窑温。因此，在火道中既要设置一定数量的“障碍”，但又不宜设置过多，阻止烟气排出不顺畅。火道基本结构有以下三种：1.挡火墙结构如图2-10所示，对油烧隔焰辊道窑，一般在烧成带末端设置一对朝向窑头的烧嘴，以保证成瓷区达到最高烧成温度。此时一般在距烧嘴1.5m左右处设置一道全火道挡火墙，此挡火墙顶端离隔焰板有2～3层砖空隙，以让火路通过。此种挡火墙阻力较大，目的是使烟气在高温成瓷区有较多的滞留时间。图2-10中还设有斜半挡火墙2，此挡火墙砌筑在烧嘴的对侧火道内墙边，且成30°左右斜角，它可起到烟气导向的作用，使烟气“绕道而行”以增加气流湍流作用，而又不至气流阻力太大。图2-11所示的挡火墙为垂直火道内墙的半挡火墙，这种挡火墙较上述的斜半挡火墙阻力偏大，适用于较窄的隔焰辊道窑。图2-10挡火墙结构示意图（I）1-烧嘴2-斜半挡火墙3-隔焰板支柱4-全火道挡火墙5-隔焰板还有一种挡火墙是在搁置隔焰板