CN112824813A

CN112824813A - 用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统

Info

Publication number: CN112824813A
Application number: CN201911137999.3A
Authority: CN
Inventors: 邓波; 张国涛; 江峰; 彭双阳; 陈林; 杨景琪; 邓仕豪
Original assignee: Foshan Jinyi Green Energy New Material Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Jinyi Green Energy New Material Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-21

Abstract

本发明涉及窑炉热工领域，具体为用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统。此系统包括窑体、辊棒和燃烧喷枪；所述窑体由耐火材料砌筑而成，其内为供发泡陶瓷原料输送和烧成的窑腔；所述辊棒用于在烧成过程中承载和输送发泡陶瓷原料，其穿过所述窑体中部且与发泡陶瓷原料输送方向垂直；所述辊棒为多根紧密平行排布并由驱动机构驱动向同一方向转动；所述燃烧喷枪连接有燃料管和助燃风管，其用于发泡陶瓷原料烧成，所述燃烧喷枪设置在窑体的两侧并伸入窑腔内，燃料和助燃空气在燃烧喷枪内混合燃烧并将火焰喷入窑腔内；所述辊棒将窑腔分隔为上窑腔和下窑腔，以辊棒中心线为分隔，所述上窑腔的高度h≥所述下窑腔的高度H。具有燃料利用率高，废气少等优点。

Description

用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统

技术领域

本发明涉及窑炉热工领域，具体为用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统。

背景技术

辊道窑是发泡陶瓷生产常用的窑炉设备，其以转动的耐火辊棒作为输送介质，带动坯体由窑头向窑尾运动，在烧成带通过燃料燃烧提供的热能完成烧结。目前，发泡陶瓷烧结多采用粉料烧结的方生产，即将制成粉料的原料布撒在耐火窑具内，然后将窑具送入窑炉中进行烧结，完成烧结后，将窑具打开，取出发泡陶瓷坯体，经抛磨切割加工后制成所需形制的发泡陶瓷产品。为了避免发泡陶瓷在烧结过程中与耐火窑具发生粘连，多会在耐火窑具内铺设一层由耐火材料制成的纤维纸，例如硅酸铝纤维纸等。

发泡陶瓷的烧成过程伴随着发泡剂剧烈的发泡，而发泡过程对温度变化特别敏感，因此截面温差较小的辊道窑相较于截面温差较大隧道窑具有产品品质稳定、优等品率高的优势，但辊道窑在使用过程中却存在单位产能能耗高的问题，这主要是因为现有用于生产发泡陶瓷的辊道窑烧成系统是以陶瓷墙地砖为参照设计的，这种设计在烧成过程中不仅浪费了大量热能，而且会产生的大量热烟气会影响发泡陶瓷的冷却降温，进而对产品的优等品率造成不利影响。

辊道窑烧成系统按功能划分为预热带和中高温烧成带，从结构上进行区分，预热带仅在辊棒的下方的窑炉侧壁设有喷枪，而在烧成带则在辊棒的下方和上方的窑炉侧壁均设有喷枪，在预热带和中高温烧成带之间通常也设置有用于分隔火焰的挡火墙。

在对于传统的陶瓷墙地砖产品而言，经冲压成型后，坯体具有一定强度，而且坯体厚度多在15mm以下，因此在烧成区域采用小间距燃烧喷枪，即燃烧喷枪间距≤1.1m，通常设置为1.02～1.08m，这样可以使烧成区域窑炉的温度可以快速提升，并且，这种间距设置也与目前陶瓷墙地砖的产品的规格相适应（现有陶瓷墙地砖产品以600mm～1000mm×600mm～1000mm居多）。另外，在中高温区域，位于辊棒下方的底部喷枪与辊棒间的距离通常设置为300mm左右，这是因为常规的陶瓷墙地砖产品是火焰直接与坯体接触的方式烧成，砖坯在辊棒上随着辊棒转动向前输送，底部喷枪产生的火焰透过辊棒间的间隙直接作用在砖坯上，为了保证截面温度的均衡，喷枪喷出的燃料燃烧产生的热能在窑腔内分布要较为均匀，尤其在位于辊棒上方的坯体区域，这样才能保证此区域的截面温差较小。以上设计均是以快速烧成为基础而设计的，对墙地砖而言其烧成速度快，砖坯在烧成区域升温速率高。但发泡陶瓷的在烧成区域发泡剂会产生气体，若升温速率过快，会使发泡陶瓷的气孔的均匀度变差，这样会直接影响产品性能。

发明内容

本发明提供一种用于生产发泡陶瓷的辊道窑烧成系统，其通过改变窑炉烧成带的结构比例来实现节约燃料、提高发泡陶瓷优等品率的目的。

用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其包括窑体、辊棒和燃烧喷枪；

上述窑体由耐火材料砌筑而成，其内为供发泡陶瓷原料输送和烧成的窑腔；

上述辊棒用于在烧成过程中承载和输送发泡陶瓷原料，其穿过窑体中部且与发泡陶瓷原料输送方向垂直；上述辊棒为多根紧密平行排布并由驱动机构驱动向同一方向转动；

上述燃烧喷枪连接有燃料管和助燃风管，其用于发泡陶瓷原料烧成，上述燃烧喷枪设置在窑体的两侧并伸入窑腔内，燃料和助燃空气在燃烧喷枪内混合燃烧并将火焰喷入窑腔内；

上述辊棒将窑腔分隔为上窑腔和下窑腔，以上述辊棒的中心线为分隔，上述上窑腔的高度h≥上述下窑腔的高度H。

优选地，上述上窑腔的高度h为300mm～360mm，上述下窑腔的高度H为240～300mm。

优选地，在位上述窑腔同侧的相邻的燃烧喷枪的间距L为1.2m～1.8m。

优选地，在位于上述窑腔同侧的相邻的燃烧喷枪的间距L为1.5m。

优选地，上述燃烧喷枪以位于辊棒中心线的上方或下方作为区分，分为顶部燃烧喷枪和底部燃烧喷枪，上述底部燃烧喷枪距离上述辊棒的中心线的距离h1为100mm～150mm。

优选地，上述助燃风管的内径为100mm～150mm。

优选地，上述辊棒为高铝陶瓷棍棒或SiC棍棒。

和现有技术相比，本发明提供的用于生产发泡陶瓷的辊道窑烧成系统对燃料的利用率高，废气产生量少，而且对发泡陶瓷的品质和优等品率都有较大提升。

附图说明

图1 为现有技术中辊道窑燃烧系统烧成陶瓷砖时预热带某一段的侧面结构示意图。

图2为现有技术中辊道窑燃烧系统烧成陶瓷砖时中高温带某一段的侧面结构示意图。

图3为现有技术中辊道窑燃烧系统烧成发泡陶瓷时预热带某一段的侧面结构示意图。

图4为现有技术中辊道窑燃烧系统烧成发泡陶瓷时中高温带某一段的侧面结构示意图。

图5为实施例2中用于生产发泡陶瓷辊道窑燃烧系统中预热带某一段的侧面结构示意图。

图6为实施例2中用于生产发泡陶瓷辊道窑燃烧系统中中高温带某一段的侧面结构示意图。

附图标号说明：

1——窑体；11——上窑腔；12——下窑腔；2——辊棒；21——辊棒中心线；3——燃烧喷枪；4——陶瓷砖砖坯；5——发泡陶瓷粉料；6——耐火窑具。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明方案进行详细说明。需要说明，附图均为示意图，并未严格按照比例绘制，为了标识和说明的方便会对某些结构进行放大或缩小。

辊道窑是以设置在窑体中部的辊棒作为输送部件的窑炉的统称，其通过水平设置的成排辊棒的转动来实现坯体在窑腔内输送。

参照附图1或2辊道窑燃烧系统包括窑体1、辊棒2和燃烧喷枪3。窑体1由耐火材料砌筑而成，其内为供陶瓷原料输送和烧成的窑腔。辊棒2用于在烧成过程中承载和输送原料，其穿过窑体1中部且与原料输送方向垂直。辊棒2为多根紧密平行（水平）排布并由驱动机构驱动向同一方向转动。燃烧喷枪3连接有燃料管和助燃风管，其用于原料烧成/烧结，燃烧喷枪3设置在窑体1的两侧并伸入窑腔内，燃料（通常为天然气、水煤气或轻油）和助燃空气在燃烧喷枪3内混合燃烧并将火焰喷入窑腔内。以上结构属于辊道窑燃烧系统的常规结构，为本领域技术人员所熟知。在现有设计中，以辊棒中心线21为分隔，辊棒2上方的上窑腔11的高度h小于辊棒2下方下窑腔12的高度H，这样适合高温快速烧结。目前生产的陶瓷墙地砖产品，烧成周期可缩短至90分钟以下，砖坯在烧成区域停留的时间非常短，在此期间内需要提供大量的热能以保证陶瓷砖坯体的烧结，燃料供应量和助燃空气供应量均较大，需要较大的空间供火焰和烟气流动，现有设计中下窑腔12的高度H通常是上窑腔11的高度h的1.2倍左右，例如1.5倍。而发泡陶瓷的烧成需要慢速烧结，以保证在烧成/烧结阶段发泡剂发泡充分而且气孔均匀，这样现有设计中较大下窑腔12的结构会使大量热能被窑体1吸收，使烧成能耗增大，也增大了废烟气的排放量。在本发明提供的方案中，我们对现有用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统进行改良，将原有的下窑腔高度H＞上窑腔高度h改变为上窑腔高度h≥下窑腔高度H。

辊道窑上窑腔h的高度多为300mm～360mm，现有常规设计的辊道窑的下窑腔H的高度通常设置为420mm～480mm，而在本发明中我们将下窑腔H的高度设置为240mm～300mm。

实施例1

本实施为现有设计结构的辊道窑，我们参照附图1-4介绍其燃烧系统结构，辊道窑的燃烧系统是指窑炉烧成区及与之配套工作的燃料供应装置和助燃空气供应装置。燃料供应装置包括气站和输送的管道、泵站及相应的控制闸阀，助燃空气供应装置包括助燃风机和助燃风管及相应的控制闸阀。在烧成区我们以燃烧喷枪设置的位置作为区分，可将烧成区划分为两个区域，分别为预热带和中高温带，其中预热带使坯体原料中大部分的可分解组分完成分解，例如化学水、碳酸盐类等，在此区间仅在辊棒2的下方设置燃烧喷枪3，燃烧喷枪3通常为交错设置，即在某一侧喷枪的正对方向的另一侧不会设置喷枪，这样是为了避免燃烧喷枪喷射而出的火焰在窑腔内对撞，影响烧成。

参照附图1，附图1提供的是现有技术中辊道窑预热带的某一段的侧面结构示意图，其包括窑体1、辊棒2和燃烧喷枪3，这里窑体采用耐火砖砌筑而成，其内具有狭长的窑腔；辊棒2位于窑体1的中部，多根在同一高度上水平设置的辊棒2构成了坯体原料的输送平台，辊棒2彼此之间相互平行且设置方向与坯体原料输送方向垂直。在辊棒2上通常装有驱动装置，例如驱动齿轮，驱动齿轮上啮合有链条，当电机驱动链条转动时，链条也会随之转动，进而带动辊棒转动。当然除了链条传动外齿轮等公知的传动方式亦可，这些均属于公知技术，因此未在图1中详细绘出。预热带所需热能较少，其升温区间约为400℃～900℃，因此仅在辊棒的下方设置有燃烧喷枪3，也常被称为底喷枪。窑腔顶部至辊棒中心线21的距离h为360mm，辊棒中心线21至窑腔底部的距离H为420mm。位于辊棒下方的燃烧喷枪3（底喷枪）距离辊棒中心线21的距离h1为290mm。

参照附图2，附图2提供的是现有技术中辊道窑中高温带的某一段的侧面结构示意图，从附图中可以看出，中高温带与预热带的结构区别主要在于在位于辊棒2上方的窑体1侧壁上还设有燃烧喷枪3，通常称之为面喷枪或顶喷枪，面喷枪在窑体1相对的两侧也为交错设置，在附图1或2中虚线绘制的喷枪表示位于窑体1另一侧的燃烧喷枪3。在窑体1的同一侧，面喷枪和底喷枪呈交错的“品”字型分布。面喷枪距离窑炉辊棒中心线21的距离为250mm～290mm。

在附图1和附图2中，窑体1同一侧相邻的顶喷枪或相邻的底喷枪的间距为1.02m～1.08m。

附图1与2展示了以上结构的辊道窑烧成系统可以烧成陶瓷墙地砖产品，其中附图1与2中标准3表示陶瓷砖砖坯。

此种结构的辊道窑也适合发泡陶瓷产品的烧制。对于陶瓷墙地砖产品，将原料经冲压成型后，直接将陶瓷砖砖坯4置于辊棒2上，辊棒2转动带动陶瓷砖砖坯4向前运动进行烧结。对于发泡陶瓷产品，采用的烧成方式为粉料烧结，因此需要使用耐火窑具，具体可参见附图3和附图4，附图3和4为此种现有的辊道窑烧成系统的截面结构示意图，其中附图3表示为预热带，附图4表示为中高温带，其烧制的产品选择为发泡陶瓷粉料，如附图3和4所示，发泡陶瓷粉料5需预先装载在耐火的窑具6内，刮平后送入辊道窑内烧成，一般选择为堇青石和/或莫来石制的耐火窑具6，为了避免发泡陶瓷在烧成时对耐火窑具6的侵蚀，通常会在窑具垫上一层耐火材料的纤维纸，例如硅酸铝材质的纤维纸等。耐火窑具6可以直接放在辊棒2上（如附图3和4所示），也可以在耐火窑具2下方放置由耐火材料（例如碳化硅）制成的横梁。

烧成规格为1000mm×3000mm×60mm的发泡陶瓷板产品，使用原料为公知的以碳化硅为发泡剂的发泡陶瓷原料，烧成温度设定为1150℃，烧成周期为15小时，其中承载发泡陶瓷原料的窑具在燃烧系统中进行烧结的时间约为3小时。产品的优等品率约为73%。这种结构的燃烧系统，烧成1m³发泡陶瓷产品消耗天然气约为100m³,燃料消耗巨大，并且对应会产生大量烟气，因此发泡陶瓷的生产成本中70%～80%为燃料成本。

实施例2

在本参照附图5和附图6，本实施例介绍本发明提供的生产发泡陶瓷的辊道窑烧成系统。通过实施例1及附图1-4的介绍，现有的辊道窑燃烧系统中，以辊棒中心线21为分隔，位于辊棒上方的上窑腔11的高度h＜位于辊棒下方的下窑腔12的高度H，这种结构使发泡陶瓷的烧成能耗特别大(1m³消耗的天然气量约为100m³),参照附图5或6，其中附图5为预热带某一段的侧面结构示意图，附图6为中高温带某一段的侧面结构示意图。在此实施例中，我们将辊道窑烧成系统中上窑腔11的高度h设置为≥下窑腔12的高度H。用于生产发泡陶瓷的窑具高度多为200mm～240mm，对应的上窑腔11的高度以300mm～360mm为宜，这样可以避免窑顶对窑具的刮碰，而且窑顶以平面窑顶为宜。在此实施例中，上窑腔11的高度我们设置为360mm，下窑腔12的高度设置为300mm，下窑腔12的高度H＜上窑腔11的高度h。通过如此设计，在与实施例1生产相同的发泡陶瓷制品时，1m³发泡陶瓷的天然气消耗量可以降低至85m³，这与实施例1相比较可以使能耗降低约15%，同时因为废气量减少产品的优等品率也提升至约78%。

当然，下窑腔12的高度H在适当范围内还可以继续压缩，但需要考虑底部的燃烧喷枪3距离辊棒2的距离，如果将下窑腔12的高度设置过小，则底喷枪喷出的火焰难以在下窑腔12内分散，会影响窑炉的截面温差，致使某处出现局部温度过高的过烧现象，因此下窑腔12的高度H以240mm～300mm为宜。

实施例3

此实施例我们对位于辊棒下方的燃烧喷枪3即底喷枪的位置进行优化探讨。在实施例1中我们已经介绍，在现有技术中，底喷枪距离辊棒中心线21间的距离h1为290mm。在此实施例中我们将h1缩短为150mm，以此来进一步节约燃料，降低能耗。发泡陶瓷采用耐火窑具承载发泡陶瓷粉料进行烧结，因此火焰不直接作用在发泡陶瓷粉料上，火焰先对耐火窑具进行加热，然后由耐火窑具将热量传导至发泡陶瓷粉料上，火焰与发泡陶瓷粉料不直接接触。当底喷枪与辊棒中心线间的距离h1减小时，热能可以得到最大效率的利用，但底喷枪与辊棒中心线间的距离也不宜过小，这是因为窑具之间设有间隙，底喷枪喷出的火焰会沿着相邻窑具间的间隙上蹿，致使靠近窑具侧边的位置升温过快，因此h1的高度以100mm～150mm为宜。

此实施例中，通过进行以上优化，我们可以将生产1m³发泡陶瓷的燃料消耗量缩小至仅需天然气80m³,这较传统的辊道窑烧成系统可以节约能源约为20%，而且发泡陶瓷的优等品率可以提升至80%。

实施例4

在此实施例中，我们进一步对本发明提供的方案进行优化。在现有技术中，同侧相邻燃烧喷枪间的间距L≤1.1m，如实施例1中设置L为1.02m～1.08m，但对于烧成形制较大的发泡陶瓷制品而言，可以将相邻燃烧喷枪之间的间距L增大至1.2～1.8m，在本实施例中使选用的方案为较优的1.5m。同侧相邻喷枪之间的间距大，燃料的消耗会减少，但对温度均匀性的控制会变差，因此需要仅在一定范围内调整。当选用同侧相邻燃烧喷枪之间的间距为1.5m的方案时，1m³发泡陶瓷对天然气的消耗量可以降至78m³,同时产品的优等品率可以提升至82%。

当进一步增大L时，能耗会进一步降低，但产品优等品率会随之下降。针对此问题，我们在另一个优选实施例中通过缩小燃烧喷枪上的助燃风管的管径来解决，在通入的空气量质量相同的情况下，较细的助燃风管产生的风压较大，产生的扰流会减少因喷枪间距增大而造成热量分布不均匀的影响，助燃风管的管径设置为100mm～150mm时，L为1.8m的情况下，优等品率可保持在82%，并且1m³发泡陶瓷的天然气消耗量可以降低至74m³。

另外，因此烧成发泡陶瓷使用辊棒优选为高铝陶瓷棍棒或SiC棍棒。以上辊棒的高温性能好，特别适合承载耐火窑具。

另外，发泡陶瓷所使用的燃烧喷枪的功率以现有陶瓷墙地砖烧成时所使用的燃烧喷枪功率的1/5～1/2为宜，优选为1/3。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其包括窑体、辊棒和燃烧喷枪；

所述窑体由耐火材料砌筑而成，其内为供发泡陶瓷原料输送和烧成的窑腔；

所述辊棒用于在烧成过程中承载和输送发泡陶瓷原料，其穿过所述窑体中部且与发泡陶瓷原料输送方向垂直；所述辊棒为多根紧密平行排布并由驱动机构驱动向同一方向转动；

所述燃烧喷枪连接有燃料管和助燃风管，其用于发泡陶瓷原料烧成，所述燃烧喷枪设置在窑体的两侧并伸入窑腔内，燃料和助燃空气在燃烧喷枪内混合燃烧并将火焰喷入窑腔内；

所述辊棒将窑腔分隔为上窑腔和下窑腔，其特征在于，以辊棒中心线为分隔，上窑腔的高度h≥下窑腔的高度H。

2.如权利要求1所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，所述上窑腔的高度h为300mm～360mm，所述下窑腔的高度H为240～300mm。

3.如权利要求1所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，在位所述窑腔同侧的相邻的燃烧喷枪的间距L为1.2m～1.8m。

4.如权利要求3所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，在位所述窑腔同侧的相邻的燃烧喷枪的间距L为1.5m。

5.如权利要求1所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，所述燃烧喷枪以位于所述辊棒中心线的上方或下方作为区分，分为顶部燃烧喷枪和底部燃烧喷枪，所述底部燃烧喷枪距离所述辊棒中心线的距离h1为100mm～150mm。

6.如权利要求1所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，所述辊棒为高铝陶瓷棍棒或SiC棍棒。

7.如权利要求3所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，所述助燃风管的内径为100mm～150mm。

8.如权利要求7所述的用于生产发泡陶瓷的辊道窑燃烧系统，其特征在于，在位所述窑腔同侧的相邻的燃烧喷枪的间距L为1.8m。