CN108444281B - 一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑，设有窑洞、窑车、窑车运行的轨道和驱动机构，所述窑洞为近似菱形，设有分洞一、分洞二；连接洞一、连接洞二，在每个分洞和连接洞内设有相互连通的窑车运行的轨道和驱动机构；分洞一内依序设有预热区、烧制区、冷却区；分洞二内设有进坯区7、烘干区2、分离区8；连接洞一中设有窑车变轨机构一，连接洞二中设有窑车变轨机构二，还设有引风机一，引风机二，烧制区内设有燃气管、燃气喷头、助燃气管和助燃气喷头和点火器。本发明烟气排放比常规燃烧方式减排70％以上，烟气中基本上不含氮氧化物，降低能源消耗，热能利用率高，加热烧制效率和产品生产效率提高，节能环保效果好，燃气燃料消耗量减少，达到节能环保的目的。自动化控制灵活，运行成本大大降低。

Description

一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑及其使用方法

技术领域

本发明属于工业窑技术领域，具体涉及一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑及其使用方法。

背景技术

工业窑是烧结砖瓦工业最主要的一种连续式烧成设备，其主体为各种建筑材料、耐火材料、保温材料砌筑构成的密封的、能够经受高温烘烤的窑洞，砖瓦坯体在窑车上依次通过窑洞，同时在适宜的热工环境下加热、焙烧、冷却，最终获得性能稳定的烧结制品。

传统工业窑属于逆流操作的热工设备，沿窑长度方向分为预热带、烧成带、冷却带。制品与气流以相反方向运动，在三带中依次完成制品的预热、烧成、冷却的过程。窑洞两端设有窑门，每隔一定的时间，将装好砖坯的窑车推入一辆，同时，已经烧成砖瓦成品的窑车被推出一辆。坯体进入预热带后，首先与来自烧成带的燃烧产物烟气接触而且被加热，而后进入烧成带，燃料燃烧放出的热量及生成的燃烧产物加热坯体，使之达到一定的温度而烧成，并经过一定时间的保温，生成稳定的制品。燃烧产物自预热带的排烟口、烟道，经风机或烟囱排出窑外。烧成的制品进入冷却带，将热量传递给入窑的冷制品本身冷却后出窑。被加热的空气一部分抽进去进行余热利用。

传统工业窑存在的不足：1、预热段长度太长。为了保证湿坯预热的时间达到一定的干湿程度，必须将预热段长度建设足够长；2、冷却段长度太长。烧制而成的热坯必须在冷却段降温到出窑温度，而且降温的速度不能过快，否则会影响产品的质量，这样就要求冷却段有足够的长度；3、预热段的热量损失较多，热效率较低。虽然预热段的冷却交换的热空气可以通过热循环系统输送到预热段用以烘干湿坯，但由于跨度加大以及系统损失，热量会消耗较大。此外，传统隧道窑存在着燃气输送量不精确，容易造成砖坯过烧、结块或夹生，影响产品销售，给企业收益带来严重影响的缺点。因此，开发一种新型高效节能环保控制智能化的工业窑显得极为重要。

发明内容

为了更好地解决上述技术问题，达到上述目的，本发明提供一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑及其使用方法，本发明采用环形窑洞，多段功能设计，自动控制结构，并结合多氧燃烧技术，实现了大大缩短窑洞的占地面积，更充分地利用余热，精确控制，超低排放，高效、节地、节能、环保的效果。

本发明采取的技术方案是：

一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑，设有窑洞、窑车、窑车运行的轨道和驱动机构，其特征是：所述窑洞为近似菱形，设有两条平行的分窑洞：分洞一、分洞二；在该两分洞的两端设有两连接洞：连接洞一、连接洞二，所有分洞和连接洞相互密封连接，形成一个近似菱形的结构；在每个分洞和连接洞内设有相互连通的窑车运行的轨道和驱动机构；分洞一内按窑车运行方向依序设有预热区、烧制区、冷却区；分洞二内按窑车运行方向依序设有进坯区、烘干区、成品窑车与生坯窑车分离的分离区；在进坯区设有进坯门，在分离区设有成品运出的出品门；在分洞一出口端与分洞二进口端之间连接的连接洞一中设有窑车变轨机构一，其功能为将从冷却区出来的成品窑车与生坯窑车相间隔地推入分洞二内进坯区的轨道上，进而进入分洞二的烘干区；在分洞二出口端与分洞一进口端之间连接的连接洞二中设有窑车变轨机构二，其功能为将烘干区出来的生坯窑车推入连接洞二的轨道上，进而进入分洞一的预热区；在所述分洞一的预热区进口设有引风机一，它将冷却区和烧制区内的热气引到预热区对烘干后的窑车上的生坯进行预热；在所述分洞二的烘干区出口设有引风机二，它通过烘干区内设置的、从烘干区出口到烘干区入口之间的循环气管，使烘干区内的余热风加速循环、提高烘干速度；在所述分洞一的烧制区内设有燃气管、燃气喷头、助燃气管和助燃气喷头和点火器。

本发明进一步完善和实施的补充方案是：

所述烧制区的助燃气管和助燃气喷头为氧气管和氧气喷头。

所述燃气管、助燃气管上设有压力计、流量计和增压泵；

所述窑车的驱动机构为可调速电机驱动机构。

所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二为遥控结构，操作人员通过观察窑车的可视窗口和遥控器能在窑洞外对窑车的变轨进行操作。

上述的工业窑的使用方法，其特征具有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区，经冷却区，再经烘干区放热到分离区运出窑洞，将各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；必要时还要调整窑车的装载体积和装载量以及各窑洞分区和窑车轨道的长度；

2)按照试验的数据，做好各种设置；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始运行；

5)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制品运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，整个工业窑停止运行。

本发明的进一步完善和实施的补充方案是：

所述窑车的驱动机构的驱动电机设有调控转速的自控变频器；燃气管和助燃气管的压力计和流量计为在线自控式，所述增压泵设有自控变频器，所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二的执行机构设有自控开关，并设有PLC控制器，该PLC控制器与上述驱动电机的自控变频器、在线压力计和在线流量计、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构一和二的自控开关进行信号和控制连接，其控制方式是：PLC控制器控制驱动电机、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构的自控开关、燃气和助燃气的压力计和流量计按照设定的速度、时间、压力和流量参数进行运行，当发现不符合设置的参数时，进行自动调整，使其恢复正常；当不能调节到正常值时，则启动另外设置的报警信号发生器发出报警信号，并通过设置的无线信号传输组件将报警信号发送到设置的监控服务器和值班人员手机上，并停止窑车的驱动机构，关闭燃气管和助燃气管，使工业窑停止运行。

上述工业窑的使用方工法，其特征是具有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区、经冷却区、再经烘干区放热到分离区运出窑洞，将各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；必要时还要调整窑车的装载体积和装载量以及各窑洞分区和窑车轨道的长度；

2)按照试验的数据，通过PLC控制器的人机交互操作界面，在PLC控制器上做好各种参数的设置；并启动PLC控制器的运行开关；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始自动控制运行；

5)运行中发生报警信号，尽快进入现场处理，处理后继续开机运行；

6)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制器运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，关闭PLC控制器的运行开关，整个工业窑停止运行。

本发明的工业窑具有以下有益效果：

1)热能利用率高：由于烧制后的热产品与湿坯交替放置，所以在一起通过烘干区时，热成品的散热热量能够充分地被湿坯吸收，起到很好的烘烤作用。

2)加热烧制效率提高：相比较于传统工业窑，本菱形工业窑的湿坯经烘干区、预热区后，其温度和干燥程度要高许多，所以加热烧制时间就可以明显缩短。

3)设置两个引风机，进一步提高了余热的利用效率；

4)产品生产效率高：由于产品烧制效率提高，而且系统安装有自动化的变轨机构，所以菱形窑的循环运行的速度会有较大提高。

5)节能环保效果好：菱形窑热能利用率高，燃气燃料消耗量减少，可以达到更高的节能环保的目的。

6)多氧燃烧器燃烧时温度上升时间短，热效率高，而且大幅度的减少了氮氧化物的排放，经济效益和环保效益非常高。

7)设置自控结构，能够自动控制运行，大大降低了运行成本和生产效益，而且控制精确，节能环保效率更高，而且生产运行吏安全，提高生产智能化管理水平。

附图说明

图1显示为本发明的结构示意图。

图2显示为本发明的窑洞的纵截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步对本发明进行说明：实施例1：参见附图，一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑，设有窑洞15、窑车16、窑车运行的轨道和驱动机构17，所述窑洞为近似菱形，设有两条平行的分窑洞：分洞一、分洞二；在该两分洞的两端设有两连接洞：连接洞一5、连接洞二6，所有分洞和连接洞相互密封连接，形成一个近似菱形的结构；在每个分洞和连接洞内设有相互连通的窑车运行的轨道和驱动机构；分洞一内按窑车运行方向依序设有预热区3、烧制区1、冷却区4；分洞二内按窑车运行方向依序设有进坯区7、烘干区2、成品窑车与生坯窑车分离的分离区8；在进坯区设有进坯门，在分离区设有成品运出的出品门；在分洞一出口端与分洞二进口端之间连接的连接洞一中设有窑车变轨机构一9，其功能为将从冷却区出来的成品窑车与生坯窑车相间隔地推入分洞二内进坯区的轨道上，进而进入分洞二的烘干区；在分洞二出口端与分洞一进口端之间连接的连接洞二中设有窑车变轨机构二10，其功能为将烘干区出来的生坯窑车推入连接洞二的轨道上，进而进入分洞一的预热区；在所述分洞一的预热区进口设有引风机一12，它将冷却区和烧制区内的热气引到预热区,对烘干后的窑车上的生坯进行预热；在所述分洞二的烘干区出口设有引风机二(11)，它通过烘干区内设置的、从烘干区出口到烘干区入口之间的循环气管使烘干区内的余热风加速循环、提高烘干速度；在所述分洞一的烧制区内设有燃气管13、燃气喷头、助燃气管14和助燃气喷头和点火器。

本实施例所述烧制区的助燃气管和助燃气喷头为氧气管和氧气喷头。所述燃气管、助燃气管上设有压力计、流量计和增压泵；所述窑车的驱动机构为可调速电机驱动机构。所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二为遥控结构，操作人员通过观察窑车的可视窗口和遥控器能在窑洞外对窑车的变轨进行操作。

本实施例工业窑的使用方法，有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区、经冷却区、再经烘干区放热到分离区运出窑洞，将各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；本实施例中，窑车长度为100cm，氧气管的压力调节为0.3－0.5MPa，助燃气管的压力为04.－06MPa，燃气和助燃气的流量均为5m³/分，即喷射速度设计为150～200m/s；窑车在分洞一里的运行速度为15cm/分，在分洞二中运行速度为30cm/分，每5分钟送入一窑车生坯和送出一窑车烧成品；

2)按照试验的数据，做好各种设置；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始运行；

5)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制品运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，整个工业窑停止运行。

实施例2：一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑，所述窑车的驱动机构的驱动电机设有调控转速的自控变频器；燃气管和助燃气管的压力计和流量计为在线自控式，所述增压泵设有自控变频器，所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二的执行机构设有自控开关，并设有PLC控制器，该PLC控制器与上述驱动电机的自控变频器、在线压力计和在线流量计、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构一和二的自控开关进行信号和控制连接，其控制方式是：PLC控制器控制驱动电机、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构的自控开关、燃气和助燃气的压力计和流量计按照设定的速度、时间、压力和流量参数进行运行，当发现不符合设置的参数时，进行自动调整，使其恢复正常；当不能调节到正常值时，则启动另外设置的报警信号发生器发出报警信号，并通过设置的无线信号传输组件将报警信号发送到设置的监控服务器和值班人员手机上，并停止窑车的驱动机构，关闭燃气管和助燃气管，使工业窑停止运行。其他结构与实施例1相同，不再赘述。

本实施例工业窑的使用方法，有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区、经冷却区、再经烘干区放热到分离区运出窑洞，将各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；本实施例中，窑车长度为100cm，氧气管的压力调节为0.3－0.5MPa，助燃气管的压力为04.－06MPa，燃气和助燃气的流量均为5m³/分，即喷射速度设计为150～200m/s；窑车在分洞一里的运行速度为15cm/分，在分洞二中运行速度为30cm/分，每5分钟送入一窑车生坯和送出一窑车烧成品；

2)按照试验的数据，通过PLC控制器的人机交互操作界面，在PLC控制器上做好各种参数的设置；并启动PLC控制器的运行开关；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始自动控制运行；

5)运行中发生报警信号，尽快进入现场处理，处理后继续开机运行；

6)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制器运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，关闭PLC控制器的运行开关，整个工业窑停止运行。

上述实施例经3个月的试用，取得了较为理想的效果：

(1)窑洞的温度上升时间短，热效率高20－30％；

(2)燃料消耗量减少50％以上；

(3)烟气处理量降低70％；以上

(4)氮氧化物排放量降低90％以上；

(5)CO₂、SO₂排放量降低50％以上；

(6)点火容易，燃料与氧气进入炉膛后弥漫并混合，燃烧充分；

(7)内部温度场均匀，炉膛受热覆盖面积大；

(8)氧气、燃气流量可调，实现火焰长度可调；

(9)多氧燃烧管径比空气助燃小很多，安装方便，便于检修。

(10)实现自动化管理，节约操作管理人员70％，提高了生交效益20－30。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不改变本发明的基本思路的前题下，进行大同小异的改进或改变。应该提出，这些改进和必改变的技术方案仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种自控高效多氧燃烧超低排放工业窑，设有窑洞(15)、窑车(16)、窑车运行的轨道和驱动机构(17)，其特征是：所述窑洞为近似菱形，设有两条平行的分窑洞：分洞一、分洞二；在该两分洞的两端设有两连接洞：连接洞一(5)、连接洞二(6)，所有分洞和连接洞相互密封连接，形成一个近似菱形的结构；在每个分洞和连接洞内设有相互连通的窑车运行的轨道和驱动机构；分洞一内按窑车运行方向依序设有预热区(3)、烧制区(1)、冷却区(4)；分洞二内按窑车运行方向依序设有进坯区(7)、烘干区(2)、成品窑车与生坯窑车分离的分离区(8)；在进坯区设有进坯门，在分离区设有成品运出的出品门；在分洞一出口端与分洞二进口端之间连接的连接洞一中设有窑车变轨机构一(9)，其功能为将从冷却区出来的成品窑车与生坯窑车相间隔地推入分洞二内进坯区的轨道上，进而进入分洞二的烘干区；在分洞二出口端与分洞一进口端之间连接的连接洞二中设有窑车变轨机构二(10)，其功能为将烘干区出来的生坯窑车推入连接洞二的轨道上，进而进入分洞一的预热区；在所述分洞一的预热区进口设有引风机一(12)，它将冷却区和烧制区内的热气引到预热区,对烘干后的窑车上的生坯进行预热；在所述分洞二的烘干区出口设有引风机二(11)，它通过烘干区内设置的、从烘干区出口到烘干区入口之间的循环气管使烘干区内的余热风加速循环、提高烘干速度；在所述分洞一的烧制区内设有燃气管(13)、燃气喷头、助燃气管(14)和助燃气喷头和点火器。

2.根据权利要求1所述的工业窑，其特征是：所述烧制区的助燃气管和助燃气喷头为氧气管和氧气喷头。

3.根据权利要求1所述的工业窑，其特征是：所述燃气管、助燃气管上设有压力计、流量计和增压泵。

4.根据权利要求1所述的工业窑，其特征是：所述窑车的驱动机构为可调速电机驱动机构。

5.根据权利要求1所述的工业窑，其特征是：所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二为遥控结构，操作人员通过观察窑车的可视窗口和遥控器能在窑洞外对窑车的变轨进行操作。

6.根据权利要求1－5中任意一项所述的工业窑的使用方法，其特征是具有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区、经冷却区、再经烘干区放热到分离区运出窑洞各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量，并进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；必要时还要调整窑车的装载体积和装载量以及各窑洞分区和窑车轨道的长度；

2)按照试验的数据，做好各种设置；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始运行；

5)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制品运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，整个工业窑停止运行。

7.根据权利要求1－5中之一所述的工业窑，其特征是：所述窑车的驱动机构的驱动电机设有调控转速的自控变频器；燃气管和助燃气管的压力计和流量计为在线自控式，所述增压泵设有自控变频器，所述窑车变轨机构一和窑车变轨机构二的执行机构设有自控开关，并设有PLC控制器，该PLC控制器与上述驱动电机的自控变频器、在线压力计和在线流量计、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构一和二的自控开关进行信号和控制连接，其控制方式是：PLC控制器控制驱动电机、增压泵的自控变频器、窑车变轨机构的自控开关、燃气和助燃气的压力计和流量计按照设定的速度、时间、压力和流量参数进行运行，当发现不符合设置的参数时，进行自动调整，使其恢复正常；当不能调节到正常值时，则启动另外设置的报警信号发生器发出报警信号，并通过设置的无线信号传输组件将报警信号发送到设置的监控服务器和值班人员手机上，并停止窑车的驱动机构，关闭燃气管和助燃气管，使工业窑停止运行。

8.根据权利要求7所述的工业窑的使用方法，其特征是有以下步骤：

1)根据烧制品的具体种类规格和烧制要求，通过试验，确定工业窑的一个窑车制品从进入进坯区，经烘干区、预热区、烧制区到烧制好后运行出烧制区、经冷却区、再经烘干区放热到分离区运出窑洞各区段所用的时间、相应的驱动速度、燃烧系统的燃气和助燃气的气压和流量，并进行统一协调调节，获得各种不同的烧制品的各项烧制数据相互匹配的数值，即：燃气的压力、流量、助燃气的种类、压力、流量、驱动机构的运行速度、引风机的流量；必要时还要调整窑车的装载体积和装载量以及各窑洞分区和窑车轨道的长度；

2)按照试验的数据，通过PLC控制器的人机交互操作界面，在PLC控制器上做好各种参数的设置；并启动PLC控制器的运行开关；

3)窑车装载烧制器生坯，送入进坯区，启动窑车驱动机构；

4)打开燃气管和助燃气管，给烧制区点火，工业窑开始自动控制运行；

5)运行中发生报警信号，尽快进入现场处理，处理后继续开机运行；

6)停止送入生坯窑车，待最后一窑车烧制器运出烧制区，熄灭烧制区火焰，待最后一窑车烧制品运出分离区，关闭驱动机构，关闭PLC控制器的运行开关，整个工业窑停止运行。