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墻地磚生產(chǎn)輥道窯的燃燒狀態(tài)檢測與調(diào)節(jié)

2016-05-14 13:21謝炳豪譚映山胡衛(wèi)清
佛山陶瓷 2016年7期
關(guān)鍵詞:智能控制

謝炳豪 譚映山 胡衛(wèi)清

摘 要:本文論述了陶瓷企業(yè)中普遍采用的墻地磚生產(chǎn)輥道窯燒成氣氛控制的重要性,以及燒成氣氛在窯爐燒成過程中對產(chǎn)品質(zhì)量和能源消耗的影響。通過數(shù)據(jù)分析窯爐燒成氣氛調(diào)節(jié)對降低窯爐運行過程能源消耗的重要性,并提出了窯爐燃燒狀態(tài)的檢測方法,為今后墻地磚生產(chǎn)輥道窯實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理和智能控制提出發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:墻地磚輥道窯;燃燒狀態(tài);檢測與調(diào)節(jié);智能控制

1 引言

陶瓷墻地磚企業(yè)中普遍采用的輥道窯,目前一般只裝備有檢測溫度的熱電偶和溫控儀表,普遍未裝備檢測和控制窯內(nèi)壓力、窯內(nèi)燃燒氣氛的儀表。筆者經(jīng)過多年控制與調(diào)節(jié)窯爐燒成過程的實踐,總結(jié)了窯爐燃燒狀態(tài)對產(chǎn)品質(zhì)量和能耗的影響,并提出了窯爐燃燒狀態(tài)數(shù)據(jù)檢測方法,以期引起陶瓷企業(yè)對窯爐燃燒狀態(tài)調(diào)節(jié)的重視。

2 窯爐燒成氣氛

墻地磚生產(chǎn)輥道窯的燒成氣氛,是指在燒制過程中窯爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)物(煙氣)中所含的氧(O2)含量和一氧化碳(CO)含量的百分比。一般將燒成氣氛分為氧化氣氛和還原氣氛兩種,窯內(nèi)煙氣中氧含量在8%以上時的燒成氣氛稱為強氧化氣氛,窯內(nèi)煙氣中氧含量在4%~5%時的燒成氣氛稱為普通氧化氣氛。墻地磚生產(chǎn)輥道窯一般采用氧化氣氛燒成。

在實際生產(chǎn)中,采用何種氣氛制度來燒制陶瓷產(chǎn)品,要根據(jù)配方中原料的組成以及燒制過程中各階段的物化反應(yīng)情況來確定。當(dāng)原料中所含有機物和碳較少,且粘性低、吸附性弱、含鐵量較高時,適合于還原氣氛燒成,反之則適合于氧化氣氛燒成。

陶瓷產(chǎn)品在燒成過程中會發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng),如水分的蒸發(fā),鹽類的分解,有機物、碳和硫化物的氧化,晶型的轉(zhuǎn)變,晶相的形成等。這些物理化學(xué)反應(yīng)的速度,除了受溫度影響之外,氣氛對其也有很大的影響,如果控制不當(dāng),就會使陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)生黑心、氣泡、針孔(低溫段氧化不足)和色差(燒成氣氛不穩(wěn)定)等各種缺陷。

3 燒成氣氛的控制

燒成氣氛的控制受到窯爐結(jié)構(gòu)和配置設(shè)備的限制,比如窯爐配置各風(fēng)機風(fēng)量的大小,風(fēng)管直徑的大小,排煙口、抽熱口、抽濕口位置的設(shè)置等,都會影響到燒成氣氛的控制。但是,最關(guān)鍵的還是根據(jù)窯爐的產(chǎn)量,穩(wěn)定壓力制度,采用合適的燃燒器來穩(wěn)定氣氛狀況。

墻地磚生產(chǎn)輥道窯的預(yù)熱帶,要排走水分和燃燒時產(chǎn)生的煙氣,故壓力比窯外環(huán)境的壓力低,對比之下窯內(nèi)氣壓處于負(fù)壓狀態(tài)。而在冷卻帶要鼓入冷空氣使制品冷卻,壓力高于窯外環(huán)境,對比之下窯內(nèi)氣壓處于正壓狀態(tài)。在正負(fù)壓之間有一零壓面,燒成帶處在預(yù)熱帶和冷卻帶之間,因而零壓面的移動就會引起燒成帶氣氛的變化。窯內(nèi)壓力制度的變化(波動零壓面的移動)會引起氣氛的波動,因此要控制好氣氛,就必須先要穩(wěn)定好壓力制度,而穩(wěn)定壓力制度的關(guān)鍵在于控制好零壓面。

燒成的燃料是否完全燃燒將會影響到窯爐氣氛,特別是燒成帶的氣氛。控制好燃料的燃燒程度,是控制窯內(nèi)氣氛的重要手段。因此要根據(jù)窯爐自身的狀況選用合適的燃燒器和燒嘴火焰長度,選用合適的燃燒器,也是確保窯爐橫斷面溫差一致,保證產(chǎn)品不存在色差的措施。

4 影響窯爐氣氛變化的因素

在實際操作中,窯爐操作人員會因為要解決某些燒成問題而改變窯爐的氣氛,從而出現(xiàn)各種問題。

(1)為了提高燒成溫度而改變空氣過剩系數(shù)。

有些企業(yè)為了追求單窯產(chǎn)量的最大化,不斷地加快燒成速度,縮短燒成周期。而操作工最常用的手段就是加大燃料供應(yīng)量,但燃料供應(yīng)量增加后往往沒有及時調(diào)節(jié)各燒嘴助燃空氣的供應(yīng)量和助燃風(fēng)機總量,造成燒成氣氛由氧化氣氛變?yōu)檫€原氣氛。

(2)為了解決預(yù)熱帶出現(xiàn)的缺陷而改變其氣氛。

一些操作工為了降低預(yù)熱帶后段的溫度而減小排煙風(fēng)閘的開度,或為了提高預(yù)熱帶的溫度而增加排煙機的開度,從而影響了窯爐壓力平衡和氣體流速,使預(yù)熱帶的氧化氣氛變化。

(3)為了解決冷卻帶出現(xiàn)的缺陷而改變冷風(fēng)量。

操作人員在加大或減少急冷風(fēng)風(fēng)量時,燒成帶零壓面也受到影響而移動,都會使窯內(nèi)燃燒氣氛發(fā)生改變。為了穩(wěn)定窯內(nèi)壓力,進(jìn)行上述操作時必須相應(yīng)調(diào)節(jié)抽熱風(fēng)機風(fēng)閘的開度,以平衡全窯的氣體進(jìn)出量,穩(wěn)定零壓面。

(4)為了解決產(chǎn)品色差,開大助燃風(fēng)以加長燒嘴火焰長度。

產(chǎn)品出現(xiàn)色差,經(jīng)測溫環(huán)檢測,發(fā)現(xiàn)窯內(nèi)存在橫斷面溫差問題,操作人員往往采用加大助燃風(fēng)風(fēng)量從而加長燒嘴火焰來解決,但這樣會導(dǎo)致窯內(nèi)燃燒氣氛發(fā)生改變。因此應(yīng)更換更合適的燒嘴或采用其它措施解決此問題。

5 燃燒狀態(tài)檢測與調(diào)節(jié)

任何一種燃料燃燒都需要一定量的氧氣或空氣,燃料的種類和用量確定之后,進(jìn)行燃燒所需要的空氣量是一定的,為保證充分燃燒常常需要比理論值稍過量的空氣。

對于目前大多數(shù)墻地磚生產(chǎn)輥道窯均采用氣體燃料,燃燒空氣系數(shù)∝值在1.10~1.15即可。若當(dāng)窯爐燒成帶助燃風(fēng)量不足夠,燃料(煤氣)燃燒不完全,測試數(shù)據(jù)顯示為窯內(nèi)煙氣含氧量低,CO含量偏高,出現(xiàn)這種情況是煤氣未能完全燃燒而導(dǎo)致的;當(dāng)窯爐燒成帶中燃燒空氣過量,測試數(shù)據(jù)顯示為窯內(nèi)煙氣含氧量高、燃燒空氣系數(shù)大,這是因為過量的空氣進(jìn)入燃燒系統(tǒng),此時為了保持窯內(nèi)的溫度,就需要過量燃料(煤氣)進(jìn)入燃燒系統(tǒng),同時也迫使窯爐的預(yù)熱帶負(fù)壓開得很大來適應(yīng)窯爐運行,從而使排煙量增大,窯爐熱損失增大,燃料消耗增加。燃燒空氣系數(shù)與窯爐燃燒效率和窯爐熱損失之間的關(guān)系如圖1所示。

通過合理地調(diào)整窯爐燃燒狀態(tài),不僅可以解決產(chǎn)品質(zhì)量問題,同時可以減少窯爐能耗和污染物排放。調(diào)整窯爐燃燒狀態(tài)之前,必須要進(jìn)行窯爐燃燒狀態(tài)參數(shù)的檢測,掌握窯內(nèi)燃燒狀況,從而根據(jù)所檢測得的數(shù)據(jù),對窯爐燒成溫度曲線、壓力曲線、氣氛曲線進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié),使窯爐燃燒狀態(tài)更加合適,從而減少排煙的熱損失,降低窯爐能耗。

當(dāng)前,墻地磚生產(chǎn)輥道窯普遍仍存在著缺乏燃燒狀態(tài)監(jiān)控儀表的問題,一般只裝備有檢測溫度的熱電偶和溫控儀表,仍然未裝備窯內(nèi)壓力、窯內(nèi)氣氛檢測和控制的儀表。目前僅使用便攜式微壓力計和煙氣成份分析儀沿著窯爐的燒成區(qū)在觀火孔處探入窯內(nèi)逐點逐點測試窯內(nèi)壓力和煙氣成份變化數(shù)據(jù)。測試過程的具體操作方法如圖2所示。

其中,便攜式微壓力計的測量范圍為0~2000 Pa,數(shù)據(jù)分辨率為1 Pa;煙氣成份分析儀能夠測量煙氣中O2、CO2、CO成份即可。為了能夠抽取窯內(nèi)的煙氣,可采用一根長度1 m以上直徑Φ10 mm的瓷管或耐高溫不銹鋼管在觀火孔處插入窯內(nèi)一定深度連接至儀器探頭,并以保溫棉堵塞好瓷管插入處,防止外界空氣漏入,以保證儀器所抽取的煙氣為窯內(nèi)真實的煙氣。儀器顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后,記錄儀器顯示數(shù)據(jù),同時記錄煙氣成份和壓力數(shù)據(jù)。先測試窯爐的主動側(cè),再測試被動側(cè),沿著窯爐預(yù)熱帶至燒成帶,從低溫區(qū)至高溫區(qū)選擇12至15個點測試。

表1為某企業(yè)的窯爐內(nèi)煙氣成份和壓力數(shù)據(jù),以表1中的煙氣含氧量數(shù)據(jù)、窯內(nèi)壓力數(shù)據(jù)繪制出窯內(nèi)的氣氛變化曲線、窯壓變化曲線分別如圖3和圖4所示。通過對表1所測試的數(shù)據(jù)分析可知:燒成帶低溫區(qū)存在燃?xì)馊紵煌耆那闆r(CO偏高),高溫區(qū)存在空氣系數(shù)偏高的情況;同時也存在窯內(nèi)低溫區(qū)負(fù)壓偏大,窯爐排煙量偏大的情況。若安排人員查找原因并對燃燒狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整,窯爐能耗仍有降低的潛力。

6 結(jié)語

窯爐燃燒狀態(tài)的調(diào)節(jié)是否合理,是影響窯爐運行的重要因素。除了窯爐的設(shè)計合理和配置的燒嘴合適之外,合理調(diào)節(jié)燃燒狀態(tài)可達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低窯爐能耗的目的。通過對窯爐燃燒狀態(tài)數(shù)據(jù)的檢測,可掌握窯內(nèi)燃燒狀況,指導(dǎo)操作人員對窯爐進(jìn)行調(diào)節(jié)。窯爐裝備有實時監(jiān)控窯爐內(nèi)壓力變化和燃燒狀態(tài)變化的儀表,隨時測取和顯示窯內(nèi)壓力和窯內(nèi)煙氣成份數(shù)據(jù),以測取的數(shù)據(jù)通過自控調(diào)節(jié)窯爐燃燒狀態(tài),將是今后窯爐實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理、智能控制的發(fā)展方向。

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