82m隧道窑采用热煤气焙烧马赛克的设计与应用＊

吴 莹 张启民 郭选钿

（1景德镇窑炉学会 江西 景德镇 333000）（2江西彩石烧装饰材料有限公司 江西 宜春 336000）（3湖南醴陵七里牌窑炉工程公司 湖南 醴陵 412100）

82m隧道窑采用热煤气焙烧马赛克的设计与应用＊

吴 莹1张启民2郭选钿3

（1景德镇窑炉学会 江西 景德镇 333000）（2江西彩石烧装饰材料有限公司 江西 宜春 336000）（3湖南醴陵七里牌窑炉工程公司 湖南 醴陵 412100）

介绍了发生炉制热煤气焙烧马赛克的82m隧道窑的窑体结构、燃烧系统、冷却系统的设计特点和应用效果。

热煤气 隧道窑焙烧马赛克 节能效果

前言

江西彩石烧装饰材料有限公司是由佛山市南海装饰材料有限公司搬迁到江西的。是“石湾牌”、“彩石烧”牌碧玉瓷质砖、水晶玻璃马赛克的专业设计和制造企业。碧玉瓷质砖曾二度获国家质量奖——金质奖殊荣，连续13年荣获全国同行业质量评比第一名，并获得多项国家实用新型专利和外观设计专利。其品质之卓越、屡见于国内外重点工程项目中，亦获得香港房屋署注册认可，远销于亚洲、欧洲、美洲、非洲等地。

碧玉瓷质砖，以其极低的吸水率，兼备自然光面、柔和光面、抛光腊面的光学效果，形成碧玉般的质感，成为陶瓷锦砖的新一代产品，并具有不含放射性元素、不损害人体、硬度高、耐酸碱、永不褪色、表里如一等优点，是高级别墅、高档楼宇及公共场所等现代化或仿古建筑的理想装饰材料。江西新厂建有一条长度82m、窑宽1.5m的热煤气隧道窑，设计马赛克日产量为5 000m2，烧成产品合格率＞97%。

1 主要技术参数

1）窑炉总长度：82.25m；

2）预热带长度及比例：28.82m，35.04%；

3）烧成带长度及比例：27.40m，33.31%；

4）冷却带长度及比例：26.03m，31.65%；

5）窑内宽度：预热、冷却带为1.508m，烧成带为1.74m；

6）窑内高度：预热、冷却带为1.15m，烧成带为1.271m；

7）窑拱顶高：预热、冷却带为0.202m，烧成带为0.233m；

8）窑内存车数量：47辆；

9）窑车尺寸：长×宽×高＝1.75m×1.40m×0.734m；

10）煤气喷嘴数量：12对；

11）煤气喷嘴型式：热煤气低压细流股喷嘴；

12）排烟孔数量：18对；

13）排烟方式：分散均布，排烟机＋烟囱；

14）生产品种：马赛克；

15）烧成温度：1 220～1 280℃（三角锥测），可调节；

16）推车速度：32～50min/车，可调节；

17）烧成时间：17～27h，可调节；

18）烧成周期：25～39h，可调节；

19）日产量：4 000～6 000m2/d，可调节；

20）煤气热值：（1 150～1 250）×4.18kJ/m3；

21）煤气消耗量：1 000～1 750m3/h，；

22）耗煤：270～500kg/h；

23）匣钵尺寸：直径×高度＝300mm×（75～110）mm；

24）通风设备：排烟风机助燃风机各2台变频控制，急冷风机2台、热风抽出风机3台，窑尾风机2台、车下冷却风机2台。

2 煤气发生炉

本煤气发生炉为单段式热煤气炉，主要技术参数如下：

1）炉膛直径：2.8m；

2）所用煤种：无烟煤；

3）煤块粒度：20～50mm；

4）煤消耗量：270～500kg/h，可调节；

5）产气量：1 000～1 750m3/h，可调节；

6）煤气热值：1 150～1 250×4.18kJ/m3；

7）出口温度：400～500℃；

8）煤气出口压力：＜1 500Pa。

发生炉热煤气的产生是将气化剂连续通入发生炉内，使之与其中的煤炭起反应生成热煤气。气化剂是空气和水蒸气的混合物即饱和蒸气。在发生炉中煤炭由上部加入，气化剂由炉底送入，呈逆向运动。炉中的煤炭层由上至下分为干燥干馏层、还原层、氧化层、灰层。发生炉热煤气是将出炉的高温煤气（温度为400～500℃）经过一个落灰斗重力沉降和干法旋风除尘器，用管道送到用户，煤气无法加压，压力较低。所以，要求煤气站建在窑靠近烧成带的旁边，距离一般不超过20m。热煤气属非清洁燃料，热值也不高，煤气中有一半以上是废气，CO2＋N2＞60%，一小半是可燃气体。因为利用了煤气的显热，所以节能效果好。热煤气的化学成分为：CH4为0.4%、H2为12%～18%、CO为22%～26%、CO2为5%～8%、O2为0.5%、N2为55%。采用热煤气的隧道窑煤气站十分重要，窑炉调节好以后，完全靠煤气站来烧窑，所以，稳定气压和煤气质量是确保窑炉生产高质量产品的关键。单段热煤气站工艺流程图见图1。

图1 单段热煤气站工艺流程图

3 隧道窑的设计与应用

3.1 老窑变新窑

本窑是利用从佛山买来的2条隧道窑的旧耐火砖和设备，重新设计1条新窑。所以，设计时要尽量采用老窑的耐火砖材料，除高温燃烧室拱砖采购新耐火砖外，其余要求大部分用老砖，仅补充少量的异形砖，节省投资。

3.2 窑车和双曲封结构

由于老窑为单曲封结构，窑车使用多年，造成车架烧成损坏变形严重，无法使用，仅利用车轮总成进行检修，现场重新焊接车架钢结构，由原来长度1.37m加长到1.75m，因匣钵直径为300mm，使车面上横向可以装4钵，纵向可以装5钵产品，即每车平面上可装20钵。新窑设计时就改为双曲折密封结构，减少热气流下窜，延长窑车使用寿命。

3.3 挡火档和搅拌风

传统隧道窑预热带因气体分层导致上下温差较大。本设计为了解决温差大的问题，采取了在窑车上设置底火道和窑顶设置8道挡火档的措施，预热带共设3档，分别设置在4＃、8＃、12.5＃车位处的伸缩缝上。在烧成带也设3档，分别在16.5＃、20＃、24.5＃车位处的伸缩缝上。冷却带设2档，分别在32＃、38.5＃车位处。挡火档用直径为50mm高铝瓷管做成，施工时，将该处的伸缩缝做成宽度为100mm，用直径为50mm高铝瓷管4～5支，排列在拱弦之上，底部垫一块T3粘土砖（高为65 mm），在拱脚砖处用耐火砖挡住，防止瓷管位移，拱顶砖膨胀不受影响。挡火档可有效地阻止上部火焰流动速度，使其向下部流动，减小上下温差。

在12.5＃～16.5＃车位处，用助燃热风作搅拌气幕，交叉布置，一边4道，一边5道，从窑车上部打入，一方面阻止烧成带热气流往预热带，另一方面强制搅拌，因排烟孔设在窑车面上有抽力，使上部热气流往窑车下部走。

3.4 热风助燃的燃烧系统

马赛克产品因不上釉，可以用匣钵叠起来装烧，装载密度非常大，所以，产品在高温恒温时间较长。因而，在窑长已确定的情况下，本设计中预热带和烧成带的比例略大一些，占68.35%，其中预热带占35.04%，烧成带占33.31%，冷却带占31.65%。同时主要由于厂房限制，如果不受限制，窑长做成120m非常理想，产量和质量都可以大幅度提高，产品出窑温度也可以降低（佛山老窑110m长还不够理想）。

本窑燃料为发生炉热煤气，布置煤气喷嘴的数量也略多一点，可以通过改变点燃烧嘴的数量来调节烧成带的高温点的位置和高温恒温时间长短，可以满足在产量增加和减少的情况下也能获得理想的烧成质量和显著的节能效果，具有更大的烧成工艺适应性和灵活性。

低压煤气烧嘴沿窑的两侧对称布置，正对窑车上的砖垛之间的燃烧通道。因此，燃烧气流在燃烧室充分混合后进入窑道在窑内制品间直接燃烧的方式，使热气流往窑车下火道行走，上部火道被挡火档挡住，流速变慢，可有效地减小上下温差。

喷嘴前设置一个很大的燃烧室，喷嘴砖是喇叭口，助燃风大部分通过喷嘴砖进入燃烧室内燃烧，燃烧室出口直接与窑道相连，燃烧后的热气流直接进入窑内加热产品。

助燃风的换热主要靠一个设在冷却带的耐热钢换热器来实现的，热风温度为150～250℃，用1台高压离心风机强行鼓入冷风，通过换热器到设在窑顶上的2支助燃风管，因为是热风，助燃风管较大，助燃风压在1 200～1 500Pa，2支助燃风管布置在窑顶上，保温性能好，由于本窑采用了热煤气，利用了煤气的显热，又增加了热风助燃，加热段的比例又略大一些，所以，本窑热利用率高，排烟温度又不高，节能效果非常显著。

3.5 低压细流股热煤气喷嘴

本窑是利用老厂折下来的旧喷嘴，此喷嘴为低压细流股热煤气喷嘴。该喷嘴以未经清洗的热煤气为燃料，助燃空气以多流股旋向喷出与煤气混合，空气和煤气混合均匀，故火焰较短，容易获得高温区，由于空气压力比煤气压力高，空气高速喷出时，将热煤气按比例吸入，故具有一定的自动调节能力。即风带气的方式燃烧，烧成带空间大，气体幅射层厚度加大，燃烧完全，温度均匀，温差小。

3.6 冷却系统

由于窑长的限制，冷却带为15个车位，所以设计时加强了急冷措施，安排3个车位使产品在高温下急冷，产品发色好，又不开裂。急冷后安装2.20m耐热钢换热器，换热器后7个车位为热风抽出段，把多余的热风送到泥饼干燥线上，干燥效果很好。窑尾4个车位为窑尾直接冷却，除直接吹冷风外，还设有一支放散管，把多余热气排掉。窑尾直冷风除用于冷却产品外，热风大部分被余热风机抽走，送进3条泥饼干燥线，少量作2次高温空气补充到烧成带，提高烧成温度，帮助高温区的煤气充分燃烧，节能效果十分明显。

3.7 车下冷却风系统

本窑在车下设有检查坑道，在检查坑道中设置冷却风系统，即在烧成带和冷却带窑车下设置吹风管，向车下吹入冷空气，防止窑道热气流下窜，又冷却了窑车。利用预热带的负压区，将热风吸入排烟机带走。

3.8 热工测量和自动控制

温度测量，在窑顶沿长度方向布置热电偶13支，基本可以反映窑内的温度曲线，在仪表盘上有显示。在每对燃烧室中间也设置了热电偶可以及时反映燃烧室的温度，可使温度保持一致。

压力测量：烟道负压表测量压力为－22～－25Pa；

助燃风压：助燃风压为1 200～1 500Pa；

由于排烟风机、助燃风机功率大，调节频繁，厂里采用了变频自动调节，十分灵敏，也节电。

4 结论

我国煤炭储存量十分丰富，如何直接利用它来为工业生产服务，是我们科技人员要研究的课题。油和气等清洁能源使用起来也方便，但价格不断上涨，给企业带来压力。在建筑陶瓷行业和耐火材料行业，为了降低生产成本，在环保达标的前提下直接使用煤炭，采用发生炉制煤气是一种切实可行的办法，特别是焙烧墙地砖、马赛克、琉璃瓦等建陶产品和耐火材料，因为节能，在确保产品质量的情况下，成本下降很多，国内很多厂家已广泛采用。

江西彩石烧装饰材料有限公司，就是用发生炉制热煤气，在82m隧道窑中焙烧马赛克，获得可喜的效果。通过一段时间的运行，该窑具有产量大、产品质量高、能耗低，每天可生产马赛克为4 000～6 000m2，合格率达97%，煤炭消耗量为2.8～3.3kg/m2，节能效果显著。

1 曾令可，刘春艳，邓伟强，等.富氧燃烧技术在梭式窑中的应用.全国性建材核心期刊——陶瓷，2008（1）：43～45

2 徐景福，亢鹏程.超长宽体辊道窑燃烧系统的设计计算.全国性建材核心期刊——陶瓷，2008（12）：38～41

3 汪桂钧，张根栓，李建辉，等.辐射涂料在建陶行业窑炉节能中的应用.全国性建材核心期刊——陶瓷，2008（12）：47～50

4 梁振海.高性能窑具应用技术及工作寿命分析.全国性建材核心期刊——陶瓷，2008（8）：42～44

TQ174.6＋53.1

A

1002－2872（2012）10－0026－03

吴莹（1940－），大专，高工；主要从事隧道窑的设计工作。