CN103998887A

CN103998887A - 烧成炉

Info

Publication number: CN103998887A
Application number: CN201280062643.8A
Authority: CN
Inventors: 新开诚司; 藤中惠都子; 赤泽辉行
Original assignee: EST Co Ltd; Lixil Corp
Current assignee: EST Co Ltd; Lixil Corp; ESTIR CO Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-08-20
Also published as: JP5862277B2; WO2013094553A1; JP2013130366A

Abstract

本发明提供一种能够利用斯特林发动机长期稳定地回收废热能量的烧成炉。在辊道窑(1)的冷却带(5)设置有斯特林发动机(20)。穿过在炉体(10)的左右侧壁上设置的通孔(12)，将斯特林发动机(20)的高温侧热交换部(21)插入到辊子(2)的下侧。利用斯特林发动机(20)驱动发电机，并将废热能量作为电力进行回收。

Description

烧成炉

技术领域

本发明涉及适合于烧成瓷砖等陶瓷产品的烧成炉，特别涉及一种以利用斯特林发动机来回收废热能量的方式构成的烧成炉。

背景技术

作为利用斯特林发动机来回收炉的废热能量的技术，专利文献1中记载有将斯特林发动机的高温侧热交换部配置在熔化炉的排气管道内的技术。另外，专利文献2中记载有以将高温侧热交换部暴露在铝熔化炉的熔化室气氛下的方式来配置斯特林发动机的技术。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2002－61540

专利文献2：日本特开2011－169255

发明内容

本发明要解决的技术问题

如上述专利文献1、2那样，在将斯特林发动机的高温侧热交换部配置在炉的排气管道内，或以暴露在高温燃烧性气体气氛下的方式将斯特林发动机的高温侧热交换部设置在熔化室内，来进行废热能量的回收的情况下，燃烧气体含有很多腐蚀性成分(例如硫氧化物、熔化或半熔化状态的飞灰粒子、碱金属氧化物的蒸气等)，而使热交换部过早腐蚀。另外，管道内的气体温度通常在300℃以下，即使将斯特林发动机配置在该管道内，也不能有效地回收废热能量。

本发明的目的在于，提供一种能够利用斯特林发动机长期稳定地回收废热能量的烧成炉。

为解决技术问题的方法

本发明的烧成炉具有预热带、烧成带、冷却带以及斯特林发动机，斯特林发动机的高温侧的热交换部被配置在所述冷却带。

作为该烧成炉，最好是辊道窑、隧道窑、梭式窑等。

该辊道窑的热交换部优选被配置在辊子的下侧。

所述热交换部优选为穿过在炉体上设置的通孔而被插入到炉内。在此情况下，优选为在通孔和斯特林发动机之间插设有具有吸振性的耐火绝热材料(例如耐火绝热纤维)。

所述热交换部优选被设置在气氛温度为300～800℃的区段内。

发明效果

本发明的烧成炉是将斯特林发动机的高温侧热交换部配置在冷却带，并将废热能量例如作为电力进行回收的烧成炉。虽然该冷却带与烧成带相连，但为了进行被烧成物的冷却而供给大气，所以燃烧排气完全不会或几乎不会从烧成带流入。因此，斯特林发动机的热交换部不会与高温腐蚀性燃烧排气接触，能够防止热交换部的腐蚀，能够长期稳定地回收废热能量。另外，也有助于CO₂排出量的减少。

本发明特别适用于辊道窑。辊道窑构成为，水平地排列多个辊子，被烧成物在辊子上面被搬运，并在该搬运期间被烧成。该辊道窑在辊子的上侧和下侧具有空间，该空间适于配置斯特林发动机的热交换部。

当将该热交换部配置在辊道窑的辊子的下侧时，即使附着堆积在热交换部上的粉尘成分落下，也不会落到被烧成物(产品)上面，能够防止不良品的产生。

在穿过辊道窑的侧壁来将热交换部插入到辊子的下侧的情况下，能够将热交换部配置在辊子下侧空间的宽广范围内，能够有效地回收废热能量。

此外，在现有的辊道窑中，虽然向冷却带供给冷却用空气(所谓的“打入空气”)来冷却被烧成物，但因该空气供给使烧成品急速冷却，在烧成物上产生裂纹、变形等，但是，在利用斯特林发动机来吸收热量的情况下，能够防止急速冷却，使降温曲线平缓，能够防止所烧成的产品的裂纹、变形等。

在本发明中，优选将斯特林发动机的高温侧热交换部设置在800℃以下、例如300～800℃的区段内。其理由如下。瓷砖等陶瓷产品在比800℃高的温度下被烧成，其一部分(例如釉料层部分)变为熔化或半熔化状态的玻璃状，因此当斯特林发动机的振动发生作用时，担心在该熔化或半熔化状态的玻璃状部分上产生不均匀的变形。当烧成品降温至比800℃低的温度时，玻璃状部分也降温至玻璃转变点以下而变为固体状态，即使施加一些振动，也不会产生不均匀的变形，由此，能够高成品率地获得外观良好的陶瓷产品。

附图说明

图1是实施方式涉及的辊道窑的长度方向上的纵向剖视图。

图2是图1的II－II线剖视图。

图3是其它实施方式涉及的烧成炉的剖视图。

图4是实施方式涉及的隧道窑的长度方向上的纵向剖视图。

图5是图4的V-V线剖视图。

图6是辊道窑的斯特林发动机设置部的详细纵向剖视图。

图7是与图6相同部分的水平剖视图。

图8是图7的斯特林发动机的局部水平剖视图。

图9是图8的IX－IX线剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图进一步详细说明本发明。图1和图2是表示本发明实施方式涉及的烧成炉的图。该烧成炉是辊道窑1，并构成为如下：多个辊子2水平、平行地排列在相同高度上，瓷砖原料的成形体等被烧成物在辊子群的上侧进行搬运。在辊道窑1内从入口侧开始依次为预热带3、烧成带4、冷却带5。在烧成带4上设置有多个燃烧器6。燃烧器6也可以设置在窑的顶部，也可以设置在侧壁部。

在冷却带5上设置有冷却用空气的供给口7，在比该供给口7靠燃烧带4侧的位置上设置有排气口8。排气口8也可以设置多个。虽然在预热带3上在窑的入口侧设置有排气口9，但也可以从窑入口进行排气。

如图2所示，该辊道窑1的炉体10被设置在支架11上。各个辊子22贯穿炉体10的左右侧壁，其两端被轴承部件(省略图示)支承，并利用旋转驱动装置(省略图示)而围绕各辊子2的轴心被旋转驱动。虽然辊子2由氧化铝等高耐热性陶瓷材料构成，但并不限定于此。

将高温侧热交换部21插入到冷却带5的辊子2的下侧来设置斯特林发动机20。在该实施方式中，斯特林发动机20被配置在炉体20的左右两侧，热交换部21从左右两侧壁延伸至炉体10的左右方向中央部附近。在该实施方式中，在炉体10的左右侧壁上分别设置有通孔12，高温侧热交换部21穿过该通孔12而插入到炉内。为了缓和斯特林发动机20的振动向炉体10的传播，在通孔12的内周面和斯特林发动机插入部外周面之间填充有石棉等耐火绝热纤维13。

斯特林发动机20的机器底座22被固定在工厂的地面19上。而且，虽然辊道窑1的炉体10因热膨胀而在炉体的长度方向上伸缩，但由于在通孔12的内周面和斯特林发动机插入部外周面之间填充有耐火绝热纤维13，所以即使斯特林发动机20被固定在地面19上，炉体10的伸缩也不受斯特林发动机20的约束。另外，通过插设耐火绝热纤维13，也能够抑制斯特林发动机20的振动向炉体10的传播。

斯特林发动机20在比设置有空气供给口7的部分靠烧成带4侧的位置隔开间距地设置有多台。斯特林发动机20的设置数量和位置最好以成为最佳冷却曲线(炉内的冷却带温度分布)的方式进行选择。斯特林发动机20的低温侧热交换部理所当然配置在炉外。在该实施方式中，虽然低温侧热交换部的制冷源是工业用水，但在能够获得大量冷水的情况下，也可以以冷水作为制冷源，另外也可以使用其它低温流体。

在如此构成的辊道窑1中，瓷砖等被烧成物被辊子2从图1的左侧朝向右侧搬运，在预热带3被预热，在烧成带4被烧成，在冷却带5被冷却，并被输送到炉体10外。在烧成带4，向燃烧器6供给燃料和空气，被烧成物被高温的燃烧气体烧成。在被烧成物是瓷砖的情况下，烧成带4的最高温度被设为例如1100～1250℃左右。烧成带4的下限温度被设为900～1050℃左右。

感应扇(诱导通风机)经由管道与所述预热带3的排气口9连接，来自烧成带4的几乎所有排气流入到预热带3，并对被烧成物进行预热后，经由排气口9、管道和排气处理设备从烟筒被排出。经过烧成带4后的烧成品在冷却带5被冷却而降温。

该冷却带5内的气体的潜伏热、辐射热被斯特林发动机20的高温侧热交换部21吸收，斯特林发动机20驱动，并利用与斯特林发动机20连接的发电机进行发电。这样，能够将辊道窑1的废热能量作为电力进行回收。而且，根据需要，从供给口7供给冷却用空气，从排气口8排出高温空气。该高温空气与流向燃烧器6的燃烧用空气进行热交换后，被引导到烟筒。

在该实施方式中，高温侧热交换部21被设置在冷却带5中温度为800℃以下的区段内。在800℃以下，由于瓷砖釉料等也为固体状态，所以即使斯特林发动机20的振动向烧成品传播，也可以防止甚至抑制烧成品的产品外观受损伤。

斯特林发动机最好被设置在冷却带5中温度为300℃以上、特别是500℃以上的区段内。而且，在现有的烧成炉的冷却带中，虽然仅仅利用从供给口7供给的空气进行烧成品的冷却，但在该实施方式中，由于利用斯特林发动机20吸收热量，所以能够减少来自供给口7的空气供给量，还可以根据情况停止来自供给口7的空气供给。另外，这种利用斯特林发动机20的吸收热量来冷却烧成品的情况，相比于仅利用来自供给口7的空气供给来进行冷却的情况，能够防止烧成品的急速冷却，防止产品的裂纹、变形。

在吹入冷却用空气的情况下，能够利用斯特林发动机20回收更多的废热。而且，在如该实施方式那样将多台斯特林发动机20排列配置在冷却带的长度方向上的情况下，通过控制各台斯特林发动机的废热回收量，而能够控制冷却带的温度分布。

在该辊道窑1中，将斯特林发动机20的高温侧热交换部21配置在冷却带5。由于来自烧成带4的燃烧排气几乎不流入该冷却带5，所以不用担心高温侧热交换部21被燃烧排气腐蚀，斯特林发动机20能够长期稳定地运行。

在该实施方式中，由于将高温侧热交换部21配置在辊子2的下侧，所以不会发生附着、堆积到高温侧热交换部21上的粉尘等落下而附着在被烧成物(产品)上。

在该实施方式中，将斯特林发动机20的高温侧热交换部21从炉体10的左右两侧壁插入到辊子2的下侧，能够从辊子2下侧空间的宽广范围回收排气潜伏热、辐射热等废热能量。

但是，在本发明中，也可以如图3那样将斯特林发动机30的高温侧热交换部31从炉体10的底部插入到辊子2的下侧空间内。在图3的辊道窑1A中，在炉体10的底面部设置有通孔25，高温侧热交换部31穿过该通孔25被插入到炉内。在斯特林发动机30的插入部和通孔25的内周面之间填充有耐火绝热纤维26。该耐火绝热纤维26的填充层的上表面侧被陶瓷板27覆盖。在该实施方式中，在工厂的地面19上设置凹陷处29来设置斯特林发动机30。这样，穿过窑底面来设置斯特林发动机的方式能够轻易地适用于已设的窑中。

图6～图9中表示斯特林发动机设置部附近的详细构成的一例。20a是斯特林发动机20的膨胀空间。20b表示加热器管，20c表示加热器，它们构成高温侧热交换部21。20d表示再生器，20e表示冷却器，20f表示排出器，20g表示压缩空间，20h表示动力活塞，20i表示缓冲空间，20p表示旁路配管。20j表示冷却水入口(或出口)，20k表示冷却水出口(或入口)。20m表示发电机20A的冷却水入口，20n表示发电机20A的冷却水出口，20r表示定子铁心，20s表示转子铁心。

图4是示意性地表示本发明实施方式涉及的窑车式隧道窑40的剖视图，图5是图4的V-V线剖视图。

在窑车式隧道窑40的炉主体42的入口侧连接有入口置换室44，另外，在出口侧连接有出口置换室47，炉主体42沿着窑车的行进方向依次设置有预热带46、烧成带48、冷却带50。在预热带46和烧成带48设置有将炉主体42的内部空间划分成加热区域52和加热处理区域54的隔焰炉56。在加热区域52的预热带46设置有多个加热器H，另外，在烧成带48设置有多个燃烧器B，并隔着隔焰炉56对被烧成物M进行间接加热。

在炉主体42的底板部铺设有窑车行进用的轨道58。在该窑车式隧道窑40中，通过将多台窑车D作为沿着炉长度方向连接的窑车列在炉主体42内进行移动，而对载置在窑车D上的被烧成物M进行加热处理。

在窑车D的左右两侧边缘部沿着窑车的整个长度铺设有遮蔽板62。另一方面，在炉主体42上，在炉壁42a的左右两侧从入口至出口延伸地设置有溜槽64。在溜槽64内充满密封砂。由于当窑车D被装入到炉主体42内时，遮蔽板62的前端沉没在砂封中而在炉内进行移动，所以遮蔽板62防止炉内的热气从窑车D的侧缘部流入到窑车的下部，并防止后述的冷却空气侵入到炉内。另外，在窑车D的前后边缘部形成有抵接部(未图示)，该抵接部与相邻的窑车嵌合来防止炉内的热气流入到窑车的下部，并防止冷却空气侵入到炉内。另外，形成为在窑车D的下部导入冷却用空气而防止车轮、窑车框架的变形、熔损。

隔焰炉56是用不锈钢等耐热性金属板形成为截面凹型的沟槽状，并将具有如上述构成的多台窑车作为窑车列来进行收容。因此，隔焰炉56通过炉床60和窑车D的上表面形成几乎密闭的加热处理区域54，而且在炉主体42的炉壁42a和隔焰炉56之间形成加热区域52。而且，加热处理区域54与冷却带50的冷却空间连通。附图标记P、Q是构成炉体的单元。

接下来，对在各区域产生的蒸发物等的排气路径进行说明。

第一排气路径I主要由在加热处理区域54开口的隔焰炉内排气通路72、74和冷却带排气通路68、排气处理装置82、84构成。加热处理区域54由与预热带46对应的预热区域54a、以及与烧成带48对应的烧成区域54b构成，在预热区域54a中，由被烧成物M产生的蒸发物G₁沿着箭头AA流动，并经过预热区域54a的高温侧(烧成带48的附近)设置的第一隔焰炉内排气通路72而被导入至第一排气处理装置82。而且蒸发物G₁中的有害物质在第一排气处理装置82中被燃烧处理。另外，在烧成区域54b中，由被烧成物M产生的蒸发物G₂沿着箭头BB流动，并经过烧成区域54b的高温侧(冷却带50的附近)设置的第二隔焰炉内排气通路54而被导入至第二排气处理装置84，蒸发物G₂中的有害物质被燃烧处理。

在此，排气处理装置82、84是直接燃烧类型的排气处理装置，是将蒸发物G₁中的戴奥辛、未燃烧的一氧化碳气体等有害物质在800℃以上的高温下进行分解，或者进行燃烧而成为稳定的氧化物等使其变为无害的装置。

第一排气处理装置82和第二排气处理装置84通过排气通路92而串联连通。因此，在第二排气处理装置84中被处理后的蒸发物G₁和G₂被完全灰化，并通过在袋式除尘器或旋风除尘器等集尘装置86除去灰分，能够仅将无害化后的排气(例如水分、二氧化碳等)从烟筒88排放到外部。

被烧成物M在被载置在窑车D上而在该加热处理区域54内移动的期间内，在预热带46被加热器H加热，另外，在烧成带48被燃烧器B隔着隔焰炉56间接加热。在被烧成物M中含有的蒸发物随着温度升高其蒸发量增加而充满预热区域54a内。由于第一隔焰炉内排气通路72在预热区域54a的高温部开口，所以能够有效地收集蒸发物G₁并向第一排气处理装置82输送。蒸发物G₁的大多半是在被烧成物M在预热区域54a移动的期间产生并在第一排气处理装置82中被处理。另外，虽然如果是不高于预热温度的温度则不会产生(蒸发)的蒸发物在烧成区域54b内产生，但是该蒸发物的大多半与没有被第一隔焰炉内排气通路72捕捉而从预热区域54a侵入到烧成区域54b的蒸发物G₁一起，在烧成区域54b中被分解或氧化而变得无害化。这样，经过在烧成区域54b的高温部设置的第二隔焰炉内排气通路74而向第二气体处理装置84输送的蒸发物G₂是少量的而且相当数量已被无害化，因此，第二气体处理装置84可以是简单且小容量的装置。

而且，在冷却带50中，没有被第二隔焰炉内排气通路74捕捉而从烧成区域54b侵入到冷却空间的蒸发物G₂也可以与冷却空气(箭头CC)一起从冷却带50的高温侧设置的排气通路68被导入到第二排气处理装置84。通过设置这样的排气路径，而能够更彻底地处理蒸发物。

第二排气路径II主要由在加热区域52开口的排气通路76、78构成。在加热区域52的预热带46中产生的排气g₁(仅加热空气)经由在加热区域52的低温侧(入口侧附近)开口的排气通路76被鼓风机90吸引而从烟筒88排出。另外，在加热区域52的烧成带48中产生的燃烧气体g₂经由在烧成带48的低温侧(预热带附近)的加热区域52设置的排气通路78同样从烟筒88排出。

在该隧道窑40中，在冷却带50设置有一台斯特林发动机30，或沿长度方向隔开间距地设置有多台斯特林发动机30。在该实施方式中，在炉体42的底板100上设置有通孔102，高温侧热交换部31穿过该通孔102被插入到炉内。在斯特林发动机30的插入部和通孔102的内周面之间填充有耐火绝热纤维104。在该实施方式中，在工厂的地面110上设置凹陷处112来设置斯特林发动机30。

上述实施方式是本发明的一例，本发明也可以采用图示之外的方式。本发明可以用于瓷砖之外的各种被烧成物的烧成用的烧成炉中。另外，斯特林发动机的高温侧热交换部也可以配置在图示之外的部位。

本发明也能够适用于梭式窑等隧道窑和辊道窑之外的连续式烧成炉。在上述实施方式中，虽然利用斯特林发动机来驱动发电机，但也可以在泵和压缩机等的旋转机器的驱动中使用。

虽然利用特定的方式详细说明了本发明，但对本领域技术人员来说，在不脱离本发明的构思和范围而能够进行各种各样的变更是显而易见的。

此外，本申请是基于在2011年12月22日提出申请的日本专利申请(特愿2011－281581)而提出的，并通过引用引入其所有内容。

Claims

1.一种烧成炉，具有预热带、烧成带以及冷却带，其特征在于，设置有斯特林发动机，所述斯特林发动机的高温侧热交换部被配置在所述冷却带。

2.根据权利要求1所述的烧成炉，其特征在于，该烧成炉是辊道窑、隧道窑或梭式窑。

3.根据权利要求1所述的烧成炉，其特征在于，该烧成炉是辊道窑，所述热交换部被配置在该辊道窑的辊子的下侧。

4.根据权利要求1所述的烧成炉，其特征在于，该烧成炉是具有载置被烧成物并在该炉内移动的窑车的隧道窑，所述热交换部被设置在该窑车的下侧。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的烧成炉，其特征在于，所述热交换部穿过在炉体上设置的通孔而被插入到炉内。

6.根据权利要求5所述的烧成炉，其特征在于，在所述通孔和斯特林发动机之间插设有具有吸振性的耐火绝热材料。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的烧成炉，其特征在于，所述热交换部被设置在气氛温度为300～800℃的区段内。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的烧成炉，其特征在于，所述冷却带中没有冷却用空气的吹入而是利用斯特林发动机来进行冷却。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的烧成炉，其特征在于，多个所述斯特林发动机沿着所述冷却带的长度方向被排列。