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窯|什么是窯|窯的分類(lèi)|窯的作用

窯:高溫下(一般>800°C)燒制產(chǎn)品的熱工設備。廣義的工業(yè)用窯類(lèi)型很多,包括應用于冶金、化工、建材和輕工等部門(mén)的各類(lèi)窯。由于以硅酸鹽為主要原料的產(chǎn)品(如陶瓷、水泥、玻璃和耐火材料等無(wú)機非金屬材料)都是用窯燒制的,這類(lèi)窯的類(lèi)型最多,數量也很大?,F代工業(yè)用窯一般均指硅酸鹽工業(yè)常用的熱工設備。

沿革 “窯”字淵源于古代燒羊制佳肴的"穴"。中國是世界上使用窯爐生產(chǎn)硅酸鹽制品最早的國家。約在公元前3000年中國已有燒制陶器的穴窯。這種古老的窯(圖1)已經(jīng)是由燃燒室、 窯室、火道以及調節爐溫用的大小不一的火眼所組成,燒成溫度可達1200°C左右。商代(約公元前17世紀初~前11世紀)出現了燒成溫度更高的半陶半瓷窯;戰國(公元前475~前221)時(shí)開(kāi)始有饅頭窯及龍窯,燒成溫度可達1300°C;明末清初(17世紀中葉)出現了景德鎮窯,這種窯利用空氣隔熱層保溫,砌筑高達17~18m的薄壁煙囪,并能調節燒成制度以適應不同類(lèi)型制品的要求。

隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要,改進(jìn)工藝、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量成為窯的發(fā)展方向,從19世紀后期開(kāi)始陸續出現了連續生產(chǎn)的各類(lèi)新型窯,如1867年F.西門(mén)子建造了第一座連續熔制玻璃的池窯,1883年K.迪奇建造了第一臺連續生產(chǎn)水泥熟料的立窯,1885年英國F.蘭塞姆建造了連續煅燒水泥熟料的回轉窯并于1889年建廠(chǎng)生產(chǎn)水泥,1899年法國的福熱隆建造了機械化連續操作的隧道窯(見(jiàn)彩圖)等,從而奠定了現代化窯爐的基礎。20世紀以來(lái),尤其是近幾十年,各類(lèi)窯都在向大型化方向發(fā)展,取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

分類(lèi) 窯有許多不同的分類(lèi)方法。根據窯爐的形狀分為方形窯、圓形窯等;按照制品的種類(lèi)分為陶瓷窯、水泥窯、玻璃窯、磚瓦窯等;從火焰流動(dòng)的特征分為橫焰窯、升焰窯、倒焰窯、馬蹄形焰窯等;根據所用燃料種類(lèi)分為燒煤窯、燃油窯、煤氣窯等;根據物料輸送方式又可分為窯車(chē)窯、輥底窯、推板窯等。更為通用的是根據焙燒制品的物理狀態(tài)、結合生產(chǎn)方式進(jìn)行分類(lèi)

間歇式窯的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的靈活性大,用得較多的是倒焰窯(圖2c)。連續式窯(圖2a、b、d、e)較之間歇式窯具有產(chǎn)量高、燃料消耗低、勞動(dòng)條件好、易于機械化自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),是現代化生產(chǎn)普遍采用的窯型。

窯的組成 窯系統由供熱、窯室、氣體輸送裝置和傳送物料設備等部分組成。①供熱設備。硅酸鹽工業(yè)大多采用煤、石油、天然氣和各種人工合成煤氣為燃料,窯爐設有專(zhuān)門(mén)的燃燒室(或燃料在窯室內進(jìn)行燃燒),以供應系統所需的熱量。②窯室。放置所焙燒的物料或制品的操作空間。以氣體作為載熱體進(jìn)行氣-固(或氣-液)間的換熱,因此兼有分配熱量、進(jìn)行化學(xué)反應,有時(shí)也有冷卻產(chǎn)品的功能,是完成煅燒工藝過(guò)程的主要場(chǎng)所。③氣體輸送裝置。提供助燃或冷卻用空氣及排送煙氣,兼有調節壓力、控制氣氛的作用,一般選用煙囪(自然通風(fēng))和鼓(排)風(fēng)機(強制通風(fēng))作為驅使氣體流動(dòng)的裝置。④傳送物料設備。原料、燃料的供應,通常選用各種類(lèi)型的運輸機、加料機等。產(chǎn)品在窯內傳送及排卸方法因窯類(lèi)型不同而異,如回轉窯利用兩端高差及筒體本身的回轉而輸送物料;隧道窯則用專(zhuān)門(mén)的窯車(chē)及推車(chē)機輸送制品,池窯利用進(jìn)料和卸料位差使玻璃液流動(dòng)等等。

近年來(lái),為進(jìn)一步提高經(jīng)濟效益、節約能源和保護環(huán)境,還增設了廢氣余熱利用裝置(如各類(lèi)原料預熱器、空氣預熱器及廢熱鍋爐等)、含塵氣體凈化裝置(如旋風(fēng)收塵器、布袋收塵器及電收塵器等)以及成品顯熱回收裝置(用以預熱助燃用空氣等),組成更為經(jīng)濟完善的窯系統。

窯型選擇和燒成制度 在設計中,窯型的選擇主要根據產(chǎn)品品種、質(zhì)量要求、生產(chǎn)規模、生產(chǎn)方式、原料、燃料供應以及資金情況,經(jīng)過(guò)方案對比而選定。窯爐的燒成制度包括窯的升溫速率、燒成溫度、保溫時(shí)間、窯內氣氛、壓力分布、傳熱速率、物料運動(dòng)速度及停留時(shí)間、冷卻速率等。燒成制度的波動(dòng)將直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。長(cháng)期以來(lái),燒成制度都根據經(jīng)驗掌握,如中國景德鎮窯的精湛燒成技藝,就是長(cháng)期積累經(jīng)驗的結果。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前有些大型窯爐,已經(jīng)按照選定的燒成制度,通過(guò)儀表和計算機自動(dòng)控制其操作,以達到穩定生產(chǎn)和提高制品產(chǎn)量、質(zhì)量的要求。

窯爐系統在工藝上開(kāi)展了低溫燒成和快速燒成的研究;在熱工上開(kāi)發(fā)新的余熱利用技術(shù)和先進(jìn)的燃燒調溫技術(shù);在結構上采用高溫輕質(zhì)新型隔熱材料和各類(lèi)特殊的窯體結構如隔焰窯、多通道隧道窯等。其中以水泥回轉窯系統的改革最為活躍,以20世紀50年代出現的懸浮預熱器和70年代出現的窯外分解爐為主要標志。懸浮預熱器是一種多級串聯(lián)的氣固懸浮態(tài)換熱裝置,普遍使用的有四級旋風(fēng)預熱器(見(jiàn)窯外分解技術(shù))和立筒預熱器兩種類(lèi)型。采用懸浮預熱器可以有效地回收窯尾廢氣余熱,從而大幅度降低單位熟料的熱耗,若與分解爐配合使用,還可使窯的單位容積產(chǎn)量成倍增長(cháng)。

 

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