第一章

隧 道 窑 (3)

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陶瓷窑炉与设计－－－－第一章　隧道窑

3) 排烟系统 排烟系统 : 排烟口，支烟道，主烟道，排烟机及烟囱 隧道窑预热带设置分散的排烟口 分散排烟的目的 :

易于控制各点的烟气流量，保证按烧成曲线进行焙烧 迫使烟气多次向下流动，减少气体分层现象。 分布排烟口的地段。约占预热带全长的 70 ％ 自进窑第二车位起，每车布置一对排烟口。　　按烧成曲线在不同距离的温度转折点上设排烟口　　排烟口设置得多些，容易进行调节。　　

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排烟口之上为支烟道和主烟道支烟道联接排烟口和主烟道主烟道汇各支烟道的烟气进烟囱

排烟口

垂直支烟道

水平支烟道

汇总烟道

主烟道

调节闸板

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排烟口和垂直支烟道

宽 200 ～ 300mm

高 134 ～ 270mm

排烟口上有过桥砖

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主烟道的布置：

　①主烟道穿过窑底与另一侧主烟道会合进烟囱

　　烟囱在窑的一侧。

结构复杂，主烟道基础深，不宜在地下水位高的地方砌

筑，且阻力较大，使烟囱高度增加。

　②两侧主烟道平行至窑头会合再进烟囱

　　烟囱在窑头。

　主烟道平行砌筑，结构简单，阻力较小，烟囱高度二十余米

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主烟道布置

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　　排烟口、支烟道及主烟道的设计尽量减少阻力损失， 烟气进入烟道即能顺利地排走，烟道应避免急剧弯曲。　　排烟系统的断面积在砌筑条件允许下大些好，不能太大，以免浪费。　　设计主烟道能顺利进行清扫灰渣为宜。　　排烟口，支烟道及主烟道是砌在窑体内或基础内和地面下的砖砌管道。　　在小型隧道窑中，可用金属管引出窑外。原则上排烟口的总面积应等于支烟道的总截面积，等于主烟道的截面积，等于烟囱出口截面积。

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　　设计：排烟口和支烟道中气体流速为 1.0 ～ 2.0 Bm/s

　　　主烟道中和烟囱出口为 2.0 ～ 4.0 Bm/s 。 采取了高速调温烧嘴，则流速有所增加。 烟气的流量根据燃料消耗数据可以算出，选定流速，用流速除流量，即可求出各处的截面积。　　主烟道不宜过长，过长则散热损失大，烟气温度降落大，本身阻力也大，使烟囱抽力减小。　　在不影响操作的条件下，越短越好。但有的窑因为烟囱建得过高，抽力过大，不得已将烟道延长，才好控制，这种设计是不好的。

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　　排烟机和烟囱　　只用烟囱　　窑炉把烟气排除出去要有一个烟囱。　　在自然抽风的窑炉，没有排烟机，　　烟囱作用：有一定的高度，足够的抽力能克服窑内的阻力　　　　　　　把烟气送到较高的空间去避免污染住宅区。　　　　　　　机械通风的窑炉，窑内阻力有抽风机克服，　　　　　　　不能放在低空住宅区，需要烟囱。　　烟囱高于周围 100m范围内的最高屋顶 3m 。　　隧道窑烟囱在 45m 以下，倒焰窑烟囱在 35m 以下。 国外为了避免烟气污染，烟囱 300m 以上。

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　　烟囱下部高温段内衬粘土耐火砖，外砌红砖。 烟囱上部低温段可以全用红砖砌筑。 75m 以上烟囱外壳要用钢筋混凝土　　特高烟囱宜采用轻质高强度材料砌筑。　　砖烟囱自顶至底，外表面有 1.5 ～ 2.5 ％的倾斜度。 烟囱上口筒身厚度 120 ～ 240mm

自烟囱口向下每高 10 ～ 15m 分为一节，每节筒身厚度相同， 下节比上节厚度增加 120mm ，

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　　当窑内阻力大，烟气温度不很高的情况，采用排烟机，配以一个合乎卫生条件的不大烟囱。　　排烟机使用温度不超过 300℃，超过此温度时，则需掺冷空气后使用。 　烟囱或排烟机所要克服的窑内阻力，应该自窑内零压面算起，经料垛，排烟口，支烟道、主烟道至烟囱底的全部阻力。　　　　在隧道窑中，当冷却带鼓风维持正压，烧成带近于零压时，则自烧成带算起，经预热带至烟囱止。　　当冷却带无鼓风机呈负压时，则应从冷却带开始经烧成带，预热带至烟囱止。　　烧成带负压操作烧煤的隧道窑，零压面在煤层下，应自煤层经烧成带，预热带至烟囱底止。　　烧成带正压，煤层下鼓风的窑，零压面可能在预热带和烧成带交界处。

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　　采用排烟机，后面的烟囱又不足以克服其本身的阻力，则排烟机还要考虑克服这个阻力。 　可以两窑共用一个烟囱，烟气流量是两窑之和，阻力却是一个窑的阻力。要在烟囱底内部砌一不高的隔墙，以免两股烟气相撞产生涡流‘增加阻力。

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5) 气幕、搅动循环装置 　隧道窑预热带处于负压，易漏入冷风，冷风密度大，沉在下部，迫使热气体向上，产生气体分层现象，上下温差最大可达 300 ～ 400℃。　克服预热带气体分层现象，采取气幕或循环装置 气幕：在隧道窑横截面上，自窑顶及两侧窑墙上喷射多股气流进入窑内，形成一片气体帘幕；气幕的形式 :

　 在窑头有封闭气幕，预热带有循环搅动气幕。　在烧成带还有氧化气氛幕　在冷却带有急冷阻挡气幕。

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（ 1） 封闭气幕位置：预热带窑头 , 一车位处由窑顶和两侧送入； 1 ～ 2Pa 正压形式：格子或狭缝；

气体来源：车下热风或冷却带热风或烟气

方向：垂直或向入车方向斜 30 度到 40 度；

　间歇推车 : 窑内气流垂直的方向送入。 　

连续推车 : 在窑顶做成向出车方向的 45缝隙，喷出气流，阻止热烟气外溢。在两侧窑墙上做成向进车方向的 45缝隙

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垂直封闭气幕

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45封闭气幕

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（ 2）搅动气幕 　位置： 预热带设 2 ～ 3 道搅动气幕。在 600 ～ 800℃区间　方向：自窑顶一排小孔喷出，使窑内热气体向下运动，产生搅动，使窑内温度均匀。气流喷出角度可以 90 垂直向下，或以 120 ~180 角逆烟气流动方向喷出热气来源 : 是烟道内的烟气。烧成带窑顶二层拱内的热空气或冷却带抽来的热空气。喷出速度： 10m/s ，用高速调温烧嘴来代替搅动气幕。　高速调温烧嘴喷出的气体温度调节到该处所需的温度，喷出速度大，超过 100m／ s

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120搅动气幕

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（ 3）循环气幕 循环气幕是利用轴流风机或喷射泵使窑内烟气循环流动，以达到均匀窑温的目的。　　轴流风机装在窑顶洞穴中，叶片不超出拱顶面，机轴后面有夹道通向侧墙车台面处的吸气口，将同一载面上的烟气抽吸并自窑顶吹向下部。

　采用喷射泵时，用压缩空气自喷口高压喷出，在该处造成负压，将同一截面上的烟气抽出后又送入，形成烟气循环，减少上下温差

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轴流凤机循环 喷射泵气体循环

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（ 4） 气氛幕 烧还原气氛，坯体在 900前充分氧化，还原带前须有氧化带，在气氛改变的地方， 950 ～ 1050 处设气氛幕－氧化气幕　窑顶及两侧窑墙喷入热空气，使与烧成带来的含一氧化碳的烟气相遇而燃烧成为氧化气氛。　气幕的气体量要足够，使氧化反应完全，空气不能过多，以免该处温度过低，氧化反应不完全，引起坯泡。　气体来源：从冷却带、窑顶二层拱中、间接冷却壁中　　　　　　抽出的热空气，经烧成带二层拱加热　方向：　窑顶和两侧窑墙都设有喷气孔，上密，下稀， 90　　　　　角喷出

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（ 5）急冷阻挡气幕　　作用：急冷产品；隔绝烧成带和冷却带气体系统；　　气源：用冷空气、温度低的热空气自侧墙和窑顶喷入　　急冷气幕的对准料垛间隙喷入，能迅速循环，均匀急冷　　喷入的冷空气应在不远的热风抽出口抽出，须调节好急冷气幕和热空气抽出量，务使达到平衡，否则会影响窑的正常操作，并降低产品质量。　　结构型式同气氛幕。

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4) 燃烧设备

　燃烧设备：燃烧室、烧嘴、其他附属设备。

　　　　　 a 烧嘴将燃料喷入燃烧室，燃料在燃烧室燃烧，

燃　

　　　　　　烧产物喷入窑内加热坯体。

　　　　　　 b 燃料直接喷入窑内燃烧，使窑内温度均匀，热

效

　　　　　　率高。料垛间留有空间，

　　　　　 c 烧重油，须雾化后直接喷入窑内。

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（ 1）燃烧室的布置

　　隧道窑燃烧室的分布：

　　　　集中或分散

　　　　相对或相错

　　　　一排或二排。

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①集中或分散 隧道窑自 900 ～ 950℃左右开始一直到最高烧成温度处布置燃烧室和烧嘴　烧成带占全窑长度的 15~30 ％左右。 　燃烧室布置自低温起，先稀后密。 　全窑每小时要烧多少燃料，是根据热平衡或实际生产　　燃耗指标算出的，燃料必须在烧成带烧完。 集中布置燃烧室 :

用 1~2 对燃烧室。 分散布置燃烧室 :

用近 10 对或更多的燃烧室

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　集中布置 : 易于操作和自动调节　 烧还原气氛的隧道窑 :

氧化燃烧室，强还原燃烧室、　　　弱还原或中性气氛燃烧室，　　　须分布足够多的燃烧室保证温度制度和气氛制度。 　烧还原气氛的窑：　　　前一二对为氧化燃烧室　　　后 5 ～ 6 对为还原燃烧室　　　氧化燃烧室和还原燃烧室应有一定的距离，　　　便引入氧化气氛幕。

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②相对还是相错 　 燃烧室两侧相对布置　　砌筑简单，易于安置钢架结构。　　相对布置，对着喷火口的两侧料垛温度较高， 在烧成带长度上出现温差。 　 当烧嘴喷出的火焰长而速度高，如果相对布置，势必产生火焰猛烈冲击的不良影响。　　

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　　相错的布置：两侧燃烧室不全相对而略有错开。　　窑内气体产生循环，可使温度进一步均匀。　　采用高速烧嘴，更应相错布置。　　注意：　　相错的间距以半个车位到一个车位为宜，　　对准烧嘴的料垛应留适当的气体循环通道，　　将喷火口对准装载制品的下部或垫砖通道。

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喷火口对准垫砖通道

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③一排还是二排　燃烧室都是一排布置在近车台面处。 　喷火口对准窑车衬砖中的气体通道， 　　　　窑车面上垫砖通道及料垛下部　喷火口最高可达侧墙的 70 ％。

　　烧煤气的隧道窑，烧嘴布置较多，喷火口较矮。　　当料垛较密，或用棚板装车，上下气体沟通困难。　　避免下部温度高于上部，分上下两层布置烧嘴。

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（ 2） 烧煤的燃烧室　烧煤的燃烧室：人工烧煤和机械烧煤两种。　　人工烧煤不稳定，劳动强度大，燃烧不完全，热耗太。　　　　设备简单，投资少 　人工烧煤燃烧室：用块煤时用微倾式梁状炉栅　　　　　　　　　烧粉煤时用阶梯式炉栅。　　用烟囱自然抽风，炉栅下敞开，烧成带呈微负压下操作　　　　　窑结构简单，预热带负压大，易漏进冷风，造成气体分层，上下温差大。　　将炉栅下密闭鼓风 ( 或水封鼓风 ) ，使烧成带呈微正压操作，劳动强度较大，预热带温度较均匀。

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（ 3）烧重油的燃烧室 　重油雾化油滴大部分要在燃烧室内燃烧，进窑把热传给制品。　　重油燃烧室的温度比烧煤和煤气的高，容易烧坏燃烧室的内衬，燃烧室建得大些，适当降低空间热强度，用较好的耐火材料来砌。　　用高铝砖砌筑燃烧室，注意重烧收缩要小。　　用硅砖砌筑燃烧室，留有足够大的膨胀缝，烘窑时加以小心，烧到高温也就安全了。

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　　烧重油的燃烧室有挡火墙(实际上是燃烧室比车台面下落一个距离，扩大燃烧空间，喷火口仍自车台面开始 ) 。　　烧嘴对准挡火墙，以免重油雾滴直冲料垛，造成结焦。燃烧室前有烧嘴砖，烧嘴砖的喷口做成喇叭状，其张角应和烧嘴扩散角相配合，否则，燃烧室内易结焦。

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DT 型低压天然气烧嘴

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RK 型低压油嘴

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（ 4）烧煤气的燃烧室 烧煤气的燃烧室砌在两侧窑墙上，比烧煤或烧油的小，　一部分煤气在燃烧室内燃烧，大部分煤气直接喷入窑内燃烧． 　　不设燃烧室， 在窑墙上布置燃烧通道，将全部煤气喷入窑内燃烧的。 　　应将烧成带两侧适当加宽， 在料垛中留有空隙，具备足够的燃烧空间。

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（ 5）陶瓷工业隧道窑对煤气烧嘴的要求 　　烧煤气的隧道窑采用发生炉煤气，压力不高；用短焰烧嘴。陶瓷工业隧道窑宽度不大， 要求比较短而软的火焰， 多用低压涡流式烧嘴， 结构简单， 操作方便。　　短焰烧嘴有一部分燃烧在窑内进行，可使窑内温度均匀。 　用天然煤气或液化石油气烧窑，压力高，用喷射式无焙烧嘴喷出速度不高的话，火焰长度上的温度降落大，与初喷火焰接触的制品温度高，与火焰尾部接触的制品温度低，窑内温度不均。　　用高速烧嘴，克服这个缺点。将天然气降压使用，也就可以采用低压涡流式烧嘴。

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（ 6）陶瓷工业隧道窑对重油饶嘴的要求 　　雾化要好，雾滴要小而均匀，与空气混合要好，使火焰喷出短而软，不直接冲刷制品或匣钵，火焰扩散角适当(20 ～ 30) 。当喷油量发生变化时，要求空气能成比例地调节，能维持一定的气氛。 　　要结构简单，易于调节，操作方便，噪音较小。目前用得最多的为低压比例调节油烧嘴，用一般离心风机就可满足压力要求。动力消耗也小。

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6)冷却系统 　　烧好的产品进入冷却带，热传给入窑的冷空气及窑墙、窑顶，产品被冷却后出窑。　　冷却方法：自然冷却，　　　　　　　强制冷却　　强制冷却的方法：直接鼓风入窑冷却产品，　　　　　　　　　间接冷却　　　　　　　　　直接和间接冷却相结合。　直接冷却方法：最高温度至 700℃段鼓风入窑内使产品急冷　　　　　　　　冷却带末端鼓入冷风使产品强制冷却。　抽热风口位置：从 700 ～ 400℃每车位一对，设在车台面处，　　　　　　　　也可设上下两排抽风口。

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抽出的热风作用：　　　　　干燥干燥室作湿坯，　　　　　供各气幕　　　　　烧成带作一次或二次风燃烧　　冷却方法，在装有匣钵或棚板装车而顶部和两侧设有挡板时，效果很好。　　在明焰露装时，要将冷风喷向垫砖或窑车的气体通道，避免冷风不均匀地冲击产品。或将冷风经过夹壁后再向窑内喷出，间接急冷和直接急冷相结合。

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直接冷却的冷却带结构．1 －燃烧室； 2 －事故检查孔； 3 －急冷气幕孔， 4 －急冷气幕送风，5 －热风抽出孔， 6 －热风道， 7 －抽送去助燃； 8 －抽送去干燥，9 －热风道分隔闸板， 10 －冷风送入， 11 －冷风喷头， 12 一冷风入口

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设有引射装置的冷却带结构1 －燃烧室， 2 －事故检查孔， 3 －急冷气幕， 4 －助燃用热风抽出口，5 －引射装置， 6 －热风抽出孔， 7 －热风道， 8 －抽进去干燥　9 －冷风送人； 10 一冷风喷头； 1l －冷风送入

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窑尾直接冷风的鼓入：窑顶鼓入为主，两侧为辅。　　　　　　　　　　冷风送入与隧道中心线成 30 ～ 60角。　　　　　　　　　　　　在冷风送入的前端要有一个空间，以免　　　　　　　　　　冷风受到窑拱或产品阻挡而向出车端外　　　　　　　　　　　溢 窑尾间接冷却方法：　　　　　　　　　　冷空气鼓入两侧窑墙空隙夹壁　　　　　　　　　　窑顶双层拱内　　　　　　　　　　抽出热空气作气幕　　　　　　　　　　二次风及干燥。

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1 －侧壁间接冷却道 2 －热风道 3 －窑顶间接冷却道 4 －车下自然冷却通风孔道

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陶瓷窑炉与设计－－－－第一章　隧道窑4－4

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7) 钢架结构 隧道窑用钢架结构是为了克服拱顶的横推力。须算出拱半径 R ， 拱心 α ，拱顶各层材料的厚度 s 及其密度 ρ ，沿窑长度立柱之间的距离 l ，上下拉杆中心线间的距离 h 、上拉杆至拱脚中心线的距离 d 。

钢架计算示意图

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（ 1）横推力计算 两立柱间的窑顶重量 P 　　

（ N ） 两立柱间窑顶横推力

（ N ）（ 2 ）拱脚粱计算： 　　①弯曲力矩： （ N•m ） 　　 ②截面模数： 　　　　　 [σ] 为材料许用应力，一般选 [σ]=157×106 N ／ m2

　　 ③根据 W1 确定所用材料的规格及数量。

glss

RP

36022

22

ctg

PKF

81

FlM

][1

1 M

W

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(3) 上拉杆的计算 ·

①拉力 F1 （ N ）

②拉杆截面积 f1 (m2)

③拉杆的计算直径 d1 (m)

④选用材料

h

dhFF

)(1

][1

1 F

f

1

1

4 fd

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(4 ) 下拉杆的计算

①拉力 F2 N

②拉杆截面积 f m2

③拉杆计算直径 d m

④选用材料

h

FdF

2

][2

2 F

f

2

2

4 fd

][2

2 M

W

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(5) 立柱计算

①弯曲力矩 M N•m

②截面模数 W2

③选用材料

dFM 12

][2

2 M

W

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例　某隧道窑，在 20 ～ 750℃温度范围内，窑顶材料如图，内衬耐火粘土砖 230mm, 耐火涂层 10mm ，轻质砖 65mm ，上以粒状高炉渣填平，拱心处后 120mm ，在平放一层红砖，其他尺寸如图，立柱间距为 2.5mm ，上下拉杆中心线距离 h 为 2.15m 。上拉杆与拱脚中心线距离 d 为 0.59m ，试计算该段钢结构。 R=800mmα=600

解 ①横推力计算： 两立柱间窑顶所受重力 P 耐火粘土砖所受重力 P1

N9700

8091800522302

23080

360

601432

glS2

SR

360

2P 11

111

...).

.(.

)(

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轻质砖所爱重力 P2

N

glSS

RP

2060

80.910005.2075.0)2

075.023.08.0(

360

6014.32

)2

(360

222

2

22

高炉矿渣的截面积作为两个三角形近似计算，则其所受重力 P3

P3=0.5×0.28×0.55×2×2.5×550×9.80=2090 N

红砖所受重力 P4

P4 ＝ 0.053×1.1×2.5×1750×9.80 ＝ 2520 N

P ＝ P1+P2+P3+P4 ＝ 9700+2060+2090+2520 ＝ 16370 N ，

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横推力 F

22

ctg

PKF 取　 K=1.5

NctgF 2130073.12

163705.1

2

60

2

163705.1

②拱脚梁

mNFl

M 66408

5.221300

81

336

6

1

13.42103.42

10157

6640

][cmm

MW 即

查《筑炉工手册》 313~323 页，选 12 号热轧轻型钢， Wx ＝ 50.6cm3

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③ 上拉杆

拱顶材料图

Nh

dhFF 15400

15.2

)59.015.2(21300)(1

24

6

1

110985.0

10157

15400

][m

Ff

mmmf

d 2.111012.114.3

10985.044 2

4

1

1即

查《筑炉工手册》 336 页，选用 Φ12mm 热轧圆钢。

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④ 下拉杆

Nh

FdF 5830

15.2

59.0213002

24

6

2

210372.0

10157

5830

][m

Ff

mmmf

d 88.610688.014.3

10372.044 2

4

2

2即

查《筑炉工手册》 336 页，选用 Φ7mm 热轧圆钢。

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⑤ 立柱

查手册 313 ～ 323 页，选 14 号热轧轻型工字铜，其 Wx ＝ 81.7cm3

mNdFM 908059.01540012

336

6

2

2581058

10157

9080

][cmm

MW 即

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8) 窑炉基础

窑炉基础 : 用三合土、毛石、砖块或混凝土和钢　　　　　筋混凝土等做成的用于支持窑体所受　　　　重力的基础　　　　窑基放在地基土壤上。窑基结构形式：　　

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灰土窑基

最低紧贴地基土壤的为厚 400 ～ 500mm 的灰土层 (3 ： 7) ，上面为 100mm 厚的 75号混凝土， 混凝土之上再砌 250mm 砖层作为窑基

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毛石窑基

紧贴地基土壤的一层厚 500 ～ 600mm 的毛石层作为窑基

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陶瓷窑炉与设计－－－－第一章　隧道窑

无坑道砖砌窑基

最低层 100mm厚的 75号混凝土：其上再砌 300 ～ 400mm厚的砖层为窑基

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有检查坑道的毛石窑基

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有检查坑道的砖窑基

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防水结构窑基

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钢筋混凝土窑基　 A －轨道中心距或轨枕固定螺旋中心距　 B －窑基宽度

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轨道安装图 1

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轨道安装图 2