第三章辊道窑的排烟通风系统

1 第三章辊道窑的排烟通风系统辊道窑属快烧窑，离窑废烟气温度高，一般均达 250～300℃，隔焰窑离窑废气温度还要高些。为提高热利用率，辊道窑一般皆采用相对集中排烟：或仅窑头设一处排烟，或窑头数节设数量较少（2～4对）的排烟口。以下分别介绍明焰辊道窑与隔焰辊道窑的排烟系统。 3.1 排烟系统 3.1.1 隔焰辊道窑的排烟隔焰辊道窑的排烟口一般设在窑头火道底部，燃烧产物在火道（隔焰道）内从烧成带流向预热带，通过隔焰板将热量传给制品，然后由火道底部处排烟孔，经烟道和烟囱排至大气。烟气的排出可采用集中和分散两种形式。集中排烟如图 3­1 所示，烟气在火道内流动，只有至窑头处才有一处排烟口。从传热观点看，集中排烟可增加火道内的烟气流量，从而加大了烟气的流速，有利于增加对流传热；同时，烟气直至窑头才从窑头排烟口排出，提高了烟气的热利用率。但完全集中排烟，一方面由于隔焰辊道窑（尤其是煤烧全隔焰辊道窑）在预热带温度调节手段少，不便于调节预热带窑道内温度，使之适宜制品烧成温度曲线的需要；另一方面烟气集中在窑头一处排出，会造成窑头温度过高，含有一定水分的砖坯入窑后即遇高温，易引起砖坯炸裂。故隔焰辊道窑多采用分散排烟形式，但这种分散不同于传统隧道窑在预热带三分之二以上地段布置有十几对排烟口，而仅仅在窑头段设有 2～4 处不算太多的排烟口，故可称为“准集中排烟”。图 3­1 集中排烟示意图 1­辊子2­排湿口 3­排烟口 4­清灰孔图 3­2 为某厂 42m 煤烧隔焰辊道窑窑头排烟段窑体结构图。该窑在火道底设有 2 处排烟口，排烟口宽与火道内宽相同，为 800mm，长 464mm，排烟口面积较大，可以保证烟气顺畅排出。烟气由排烟口 1进入垂直支烟道，90°拐弯后进入水平支烟道 2，然后由汇总烟道 4 通向烟囱排出。汇总烟道设在窑一侧地下。两水平支烟道上都有支烟道闸板3，可以用来调节预热带前段温度。例如，为克服窑头温度过高，则可将窑头第一个排烟口支闸板关小些，而将第二个排烟口支闸板打开些。图3­3为某厂油烧半隔焰辊道窑的窑头排烟段窑体结构图。该窑在火道底设了4处排烟口，每个排烟口尺寸长 345mm，宽 460mm。与图 3­2 所示不同，排烟口不是设在火道底中部，而是在靠墙边每处设 2个。这样设置的优点一是避免了不好砌筑隔焰板支柱，方便隔焰板搁置；2 二是排烟口设在侧边，将烟气拉向两侧流动，可克服边墙处温度偏低，有利于消除预热带水平温差。排烟口上设置闸板2，闸板拉杆在两侧墙外，便于调节。汇总烟道设在火道底，烟气入排烟口 1向下直接进入总烟道 3，然后由排烟机经烟囱排出室外。也有少数油烧隔焰辊道窑排烟口设在火道两侧墙上，并将排烟支管砌入墙内，烟气从排烟口进入支烟道，然后入总烟道经排烟机排空。图3­2 煤烧隔焰辊道窑窑头排烟段窑体结构图 1­排烟口 2­水平支烟道 3­支烟道闸板 4­汇总烟道 5­排湿孔 6­隔焰板7­窑顶盖板砖 8­清灰孔 9­事故处理孔3 图3­3 油烧隔焰辊道窑排烟段窑体结构图 1­排烟口 2­排烟口闸板 3­汇总烟道 4­隔焰板 5­排湿孔 6­事故处理孔 7­隔焰板支柱 8­挡火墙 3.1.2 明焰辊道窑的排烟明焰辊道窑的燃烧火焰直接进入窑道内的辊道上下空间，对制品直接进行加热。为提高热利用率，一般均采用集中排烟方式，即在窑头不远处的窑顶、窑底设置排烟口，烟气自烧成带向预热带流动，至窑头排烟口抽出，经排烟总管、排烟机抽至烟囱排出室外。排烟口可制成圆形，也可制成矩形。图3­4为德国HEIMSOTH公司80m柴油明焰辊道窑排烟段窑体结构图。在距窑头740mm 处，窑顶设有 3 个直径 350mm 的圆形排烟口，窑底设有 2 个直径 500mm 的圆形排烟口。由于该窑窑头段窑体仅用 2 层各 50mm 厚的硬质陶瓷纤维板固定在外壳钢板上而构成，故排烟管直接用钢管插入窑体并与外壳钢板焊接即成。烟气自上、下排烟口进入排烟支管，窑顶每个排烟支管上都安有支闸，用以调节各支管排烟量；窑底由于操作不便，仅在窑底汇总支管下设有一调节闸板，窑底汇总支烟管从窑一侧向上进入窑顶的总烟气管道，由于辊道窑要考虑到更换辊子的方便，不应将窑底支烟气管道在窑两侧同时向上引入汇总烟道，即使在一侧也不能设在更换辊子时辊子抽出的窑一侧（即应设在辊子传动的主动端一侧）。图中调风闸 5 的作用是当离窑烟气温度过高时，打开它可从其端口放入车间冷空气与热烟气掺和，使进入排烟风机的烟气温度降低，以免烧坏排烟机。图3­4明焰辊道窑排烟结构图（I） 1­汇总烟道 2­排烟支管 3­排烟口 4­排烟支闸 5­调风闸 6­下排烟支管 7­下排烟口 8­下排烟支闸国内自建的明焰辊道窑，很多在窑顶、窑底设置矩形排烟口，排烟口宽与窑内宽相同，长一般为 150 mm。实际上是砌筑时窑顶、窑底同时留出 150 mm宽缝作排烟口，排烟口由集烟罩与窑体钢架结构相联，如图 3­5 所示。大多国内的这种窑设置 3 处排烟口，如某厂 80m 油烧明焰辊道窑在窑头处设 1 对，在离窑头约 6m、8m 处再各设 1 对。总烟气管道 4 设在窑顶，与排烟机连接。底部排烟口一般用方形的支烟管道接向窑顶的总排烟管，为防止破碎砖4 坯落入下排烟口，堵塞下部排烟口，在下排烟口上可搁置钢丝网，用以遮挡下落的砖坯。为更有效地防止碎砖坯落入，有的辊道窑将其改进为图3­6 所示形式，在窑底排烟口上用扁钢做成支柱2来支撑上面用钢板制成的挡板3，这样烟气既可从挡板与窑底的两边空隙进入排烟口，又有效地遮挡了上部落下的砖坯。图 3­7 为意大利WELKO公司 FRW2000 型气烧辊道窑排烟段立面图。该窑在窑头设置了 3 节作窑前干燥段，其目的是使坯体内残余自由水分（一般为 1％～1.5％左右）在 200℃前能基本全部排除，既提高了产品质量，又为快速烧成提供了保证。在第 4 节（即预热带首端），设有两处主排烟口，窑顶为矩形排烟口，下面的排烟口则是设置在辊下两侧窑墙上。烟气从这里排出时温度较高（≥400℃），由主排烟机 6 抽出经换热器 4 与空气热交换后，一部分打入窑前干燥带末端的进风管 2，该处窑顶、窑底各有一全窑宽的热风进口，热烟气从该热风进口进入窑前干燥带加热入窑的坯体；另一部分直接经管道 3 排入铁皮烟囱。窑前干燥带首节设有上、下排烟口，由副排烟机 8 抽出，通过管道 7进入烟囱。图3­5明焰辊道窑排烟结构图（Ⅱ） 1­矩形下排烟口 2­矩形上排烟口 3­集烟罩 4­总烟道 5­方形支烟道 6­钢丝网图3­6下排烟口结构图 1­窑底排烟口 2­下排烟口挡板支柱 3­下排烟口挡板5 图3­7   FRW2000型辊道窑排烟系统 1­主排烟管 2­进风管道 3­排烟管 4­换热器5­副排烟管 6­主排烟机 7­管道 8­副排烟机 3.2 辊道窑预热带的其它通风结构预热带除排烟外，为调节窑内温度制度，一般还设有其他通风结构：为排除坯体在预热带排出的水气及化学反应气体（如 CO2 等），隔焰辊道窑辊应在窑道上设有排气孔。 3.2.1 隔焰辊道窑预热带的排气孔坯体在预热带要排出残余自由水和结晶水，还要发生氧化分解反应放出 CO2、SO2 等反应气体，还有釉料的挥发物。对明焰辊道窑，这些气体可随烟气一道排出，而对隔焰辊道窑，则尚须在窑顶设 2～5处排气孔，设置位置在窑头至窑道温度 500℃左右处。如图 3­2 所示，42m煤烧隔焰辊道窑在距离窑头3m的前段窑顶设置了 3处排气孔（因废气中水蒸气占大部分，故又可称排湿孔）。排气孔为方形，尺寸为 240mm×240mm，每一处断面上布置有 3 个，故排气孔总数为 9 个。砌筑时须用预先留好方孔的盖板砖盖顶，然后依次向上用砖砌成方孔。窑内热气仅靠几何压头自然上升的作用排出窑外，故一般砌出窑顶 2～3 层砖，构成小方“烟囱”状。要调节各排气孔大小，只须移动盖在上面的耐火板或铁板即可。图 3­3 所示的烧重油半隔焰辊道窑，也在窑顶设置了 3 处排气孔，第 1处设在离窑头 2605 mm处，第 2、3 处向后备隔 2174 mm。由于半隔焰辊道窑排气孔除排出水蒸气、反应气体外，从放火口放入的部分烟气也须从排气孔排出，故排气孔尺寸较全隔焰的要大，该窑排气孔尺寸为：长 150mm，宽 1500mm（即窑内宽）。其细部结构如图 3­8 所示，烟气从排气孔入口 1 经 90°拐弯后从排气孔出口 2 进入排气罩 3，通过排气管道进入排烟机，与废烟气一道送入干燥器供坯体干燥用，或进入烟囱排出室外。这种拐 90°弯排出的结构，是为了避免水气冷凝可能会滴入窑道内，或上方铁制排气孔罩使用久后会有铁锈掉入窑道内，造成对制品的污染。排气孔的作用除排湿、排气外，还可起到辅助调节升温曲线的作用。预热带可能产生的开裂缺陷主要是制品200℃以前升温过急的干裂与 573℃左右的晶型转化危险区升温快而产生的开裂。有学者研究，只要升温速率小于 100℃/min，即使在晶型转化温度危险区都不会产生热应力开裂。所以，关键是控制干裂，解决干裂缺陷，一是控制入窑水分小于 1％，但实际上较难做到，故要注意 200℃以前平稳升温。除了调节排烟支闸外，合理调节排气孔也能起到辅6 助调节窑道内前段温度的作用。具体方法是：加大后段排气孔的开度，使它能起到“排热”作用。图3­8排气出口结构图 l­排气孔入口 2­排气孔出口 3­排气罩 4­闸门 5­窑顶砌体 3.2.2 明焰辊道窑预热带的喷风口明焰辊道窑多采用完全的集中排烟方式，无疑大大提高了热利用率。但是，由于缺乏对预热带温度的调节手段，有时就难以保证制品按需要的烧成曲线升温。为克服这一缺陷，许多明焰辊道窑都在预热带辊上设置有喷风口。图 3­9 为德国 HEIMSOTH 公司 80m辊道窑预热带设有喷风口的断面图。该窑第 3～5 节窑体，每节辊上设 3 对喷风管，两对侧为错排。来自冷却带抽出的热风经窑上空气方管 1 进入喷风管 3 并由喷风口 4 喷入窑内，其喷风量大小可由球阀 2 调节。当窑头温度偏高，就可加大喷入风量，低温空气与高温烟气掺和就降低了烟气温度。这种较分散排烟与靠过早排出一部分热烟气、牺牲其中可利用的热能来调节预热带温度制度的负调节方式相比，明显地提高了热利用率，称其为正调节方式。这种结构不仅热利用率高、可以调节窑温，而且由于喷管直径较小（50mm），喷出速度较大，还能起到搅动气流和增大上部气流阻力的作用，有利于加强预热带对流传热与改善窑内断面温度均匀性。因此，明焰辊道窑预热带这种喷风结构值得推广。事实上，国内已有不少自建的辊道窑采用了这种结构，例如佛山中浩窑炉公司自行设计的辊道窑的第4～6 节，每节辊上设有 3对冷风喷管。7 图3­9明焰辊道窑预热带喷风口断面图 1­空气方管 2­球阀 3­喷风管 4­喷风口 5­吊顶 6­孔砖 7­底板德国HEIMSOTH 公司 80m油烧辊道窑，除第3～5 节每节设置有 3 对喷风管外，在第6～ 9 节每节辊上也设有3 支，如图 3­9 所示的喷风管，不同的是每节在辊下还设有 3支烧嘴，上下对侧均错排，其排列形式如烧成带的烧嘴排布（可参看图 2­1，在此处仅辊上烧嘴变成了热风喷嘴）。这样，在预热带后段就能灵活地调节窑道内的温度制度，使之适应所要焙烧的各种产品的烧成工艺要求。国内 90 年代后自建的油烧明焰辊道窑，不少采用了该窑预热带的结构形式。为调节预热带升温制度，除上述采用调温喷风嘴的方式外，另一种就是在预热带除窑头几节外全部装有烧嘴。例如意大利WELKO公司 FRW2000型辊道窑，除如图 3­7所示 3 节窑前干燥带与第 4 节作排烟段外，其余每节窑体分别在两侧墙各设置 4 个烧嘴，上下方及对侧均为错排，在同一断面上，一侧辊上设有烧嘴，另一侧则在辊下设有烧嘴，在断面上形成气体循环，有利于断面温度均匀。这样的预热带结构与烧成带完全相同，故可统称燃烧带，它包括了传统的预热带与烧成带。当然，预热带的烧嘴在使用上与烧成带有所不同，许多厂家在实际使用时往往预热带前端的烧嘴未启用或仅开风管（尤其是上部烧嘴），实际上也是起到了喷风降温作用