辊道窑工作原理及优势-从燃料燃烧到换热面积

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：辊道窑的工作原理包括燃料燃烧、气体流动和传热。但辊道窑属中空窑，窑内的正负压差并不大，在30Pa～40Pa。另外，辊道窑大都采用中、高速烧嘴，气流扰动作用剧烈，完全可以克服几何压头引起的上下温差。增大换热面积S辊道窑内陶瓷墙地砖是放在辊棒上运行的，制品上下均接受强烈的气体循环，换热面积最大。

辊道窑的工作原理包括燃料燃烧、气体流动和传热。这里只讨论与辊道窑有关的气体流动和传热。

（一）窑内气体的流动

辊道窑窑内气体的流动基本遵循不可压缩气体的伯努利方程。现讨论方程式中各压头对气体流动的影响。

1.静压头hs=P-Pa

辊道窑是平焰窑，窑内气体流动的直接动力是静压头。静压头所引起的气流方向是由压强高的地方流向压强低的地方。窑内送风则呈正压，抽风则呈负压。加热段中，设有排烟孔处呈负压，设有烧嘴处呈正压；冷却带喷入冷风处呈正压，抽出热风处呈负压。因而烧成带窑内气体流向预热带，冷却带窑内气体由冷风喷入处流向热风抽出处。但辊道窑属中空窑，窑内的正负压差并不大，在30Pa～40Pa。在预热带和烧成带窑内以及冷却带窑内都分别存在呈负压和正压的区段，负压和正压的交界处则呈零压。辊道窑零压位一般控制在预热带和烧成带之间或烧成带内。零压位的控制，对窑炉操作有重要的意义，如果零压位前移，则烧成带正压增大，热气体外溢，损失热量，恶化操作环境；如果零压位后移，则预热带负压增大，易漏入冷空气，造成气体分层，上下温差增大。

冷却带内的零压位同样存在类似的情况，稳定冷却带零压位，对防止冷风干扰烧成带和烟气倒流有一定作用。

零压位置与燃烧设备的类型，鼓风和抽风位置，风压、风速大小等有关。

2.几何压头 hg=gz（ρa-ρ）

辊道窑断面较矮，加上采用整体结构，冷风不易漏入窑内，因而几何压头造成的窑内上下气流分层不明显。另外，辊道窑大都采用中、高速烧嘴，气流扰动作用剧烈，完全可以克服几何压头引起的上下温差。

3.动压头

动压头的大小取决于窑内气体流速。气体流速越大，气体紊乱程度越大，窑内温度越易均匀。同时，流速大，对流换热系数大，换热效率大，可缩短烧成时间。所以，辊道窑内气体有一定流速（大于1m/s）。当然，气体流速大，会使窑内阻力损失也增大。

4.压头损失

陶瓷墙地砖辊道窑内气体流动时，制品产生的阻力很小，为防止窑内气体流动过快，增加了挡板和挡墙设置，以增加气流阻力，减缓气流速度；局部阻力也很小；摩擦阻力损失与窑长有关，窑越长摩擦阻力损失越大。但也不能只从降低阻力一方面来考虑，还要考虑窑内断面温度的均匀性，制品的质量与产量等。实际上，辊道窑窑长有越来越长的趋势。

（二）辊道窑内传热(www.chuimin.cn)

辊道窑内的传热属导热、对流换热和辐射换热三种基本传热形式的综合传热。

1.传导传热

辊道窑窑墙、窑顶的散热，属高温气体通过器壁向低温气体综合传热，其散热量可以根据多层壁稳定导热计算，也可以根据外壁向环境的对流、辐射换热计算。辊道窑由于采用耐火纤维等高效能的耐火保温材料做窑内衬，隔热性能好，窑体的散热量很少。

2.对流换热

对流换热是辊道窑的主要传热形式。加快对流换热的有效途径，可根据对流换热计算式Q=α（tf-tw）S来分析，其途径如下：

（1）提高对流换热系数α

这是加快对流换热最有效的方法。气体在窑内流动，对流换热系数与气体标态流速的0.8次方成正比。因此，辊道窑内要求气体流速大于1m/s。辊道窑由于采用中、高速烧嘴，喷出速度大，到达窑内使气体流速加快，对流换热系数增加，缩短烧成时间。

（2）加大气体与制品表面温差Δt

烧成过程中制品的温度是根据烧成温度曲线制定的。欲增大气体与制品表面温差，在加热阶段，只有提高气体温度，冷却阶段则相反。因此，在加热阶段应采用合理的空气系数，预热助燃空气，减少各种热损失等来提高实际燃烧温度。在负压区防止漏入过多冷空气，以免降低烟气温度。在冷却阶段，则可增加鼓入的冷空气量。值得注意的是，气体和制品表面温差的增大，会使制品表面和中心的温差增大，从而使制品受到的热应力增大，产生废品的危险性增大。

（3）增大换热面积S

辊道窑内陶瓷墙地砖是放在辊棒上运行的，制品上下均接受强烈的气体循环，换热面积最大。

3.辐射换热

指预热带、烧成带烟气对制品的辐射换热。冷却带窑内是空气，无气体辐射。强化气体辐射换热，尤其是强化高温段的气体辐射换热，也是加快烧窑速率的必要措施。强化窑内气体辐射换热，可从增加气体黑度和提高气体温度两方面着手。增加气体黑度的方法，一是增加气层有效厚度，可以采取的措施是烧成带适当加宽加高。二是增加烟气中有辐射能力的气体成分。

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