專利名稱：改進的焙燒系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及工業爐焙燒器(burner)中的改進的焙燒系統，更具體地是用于用來 焙燒陶瓷材料的隧道爐。
背景技術：
隧道爐(也叫做臺車爐(trolley furnace))在現有技術中是廣為人知的，并且數 十年來已被用來燒成陶瓷產品、耐火材料等。這些爐基本上如下操作陶瓷產品、耐火材料等(在下文中稱做“負載(load)”) 以“原材料”的形式進入爐的一端，并向前移動至相對端，在相對端處，它們以“燒成品”的 形式出來。然而，對于每種待燒成的產品，在爐的每段中細分而具有不同的理想內部溫度曲 線，以使材料具有期望的結構特性。例如，對于耐火粘土，溫度應在1000°c左右。對于衛生 陶瓷，溫度應在120(TC左右。還可發現其它溫度，例如，對于硬質餐具瓷器溫度是1450°C， 對于高鋁材料溫度是1600°C，并且，對于堿性磚(在鼓風爐中使用)溫度高達1850°C。與間歇式爐(intermittent furnace)相比，這些隧道爐具有非常好的熱效 率。這歸因于許多因素，其中的事實是，與間歇式爐中發生的情況不同，隧道爐的隔熱層 (insulation)不需要加熱。如上所述，如同在傳送帶中一樣，臺車中的材料負載進入爐，并從爐的一端連續地 向前移動至另一端，穿過具有不同溫度的若干個區域，直到產品完全燒成且固化(cured) 為止。在爐的第一區域中，原材料穿過預熱區，在該預熱區，爐通常具有僅在負載的下部 (在臺車的上隔熱層與負載支撐板的下表面之間)工作的焙燒器。負載所穿過的第二區域是主燒成區(firing zone)，該主燒成區通常在負載之上 和之下的兩個水平面上具有焙燒器。在離開燒成區后，負載穿過過渡臺(transition stage)，然后進入快速冷卻區域。在不具有焙燒器的該冷卻區域中，冷空氣在負載之下和之上直接噴入爐內。負載所穿過的第四區域是叫做緩慢冷卻區的過渡區，該過渡區在第五(是最后一 個)區域之前，在第五區域處，通過再一次噴射大量空氣以將燒成的負載冷卻至室溫來進 行最終冷卻。一些現有技術文獻教導了工業爐及其相應的焙燒器的實施。然而，其目的與本發 明的目的根本不相似。1977年9月20日提交的文獻GB 1，559，652描述了一種適于燒成陶 瓷材料的加熱爐(oven)，明顯地以高熱效率為目的，其中，陶瓷物品各自沿著加熱爐前進。 然而，其在具有旋轉輥的加熱爐中使用，該旋轉輥轉動以使物品(負載)前進。然而，這些 加熱爐不會降低氣體燃料(gas)消耗，并且甚至未提及焙燒器的使用。現在仍然使用類似 這樣的加熱爐，但是它們通常會產生問題，這是為什么不再建造這種類型的雙輥道式加熱 爐的原因。1991年6月27日提交的文獻GB 2，245，693描述了用于燒成陶瓷產品的輥道窯， 其中，窯道被再分成一個或多個由碳化硅板元件制成的中間頂(intermediate ceiling),并且，焙燒器被引入由中間頂分隔的空間中，以便直接施加熱量。然而，此文獻針對的是用 于細粒產物的輥道窯所出現的具體問題。此外，其目的并不在于減少氣體燃料(通常在此 類型的爐中使用的燃料)的消耗。1989年10月11日提交的英國文獻GB 2，224，105也涉及工業爐。此爐具有多個 焙燒器，其中，根據爐的氣體燃料成分的含量，可利用二次空氣以可控的量來供應焙燒器火 焰的區域。此文獻針對的是將二次空氣噴入傳統的焙燒器。現在仍廣泛使用，但僅是在間 歇式爐中而且用于細粒產物。二次空氣降低了火焰溫度并增大了爐內的氣體燃料體積，使 得其均勻(homogenous)。與本發明的目的相反，氣體燃料消耗大幅度增加。在1985年11月16日的美國專利4，884，969中發現另一種已有的解決方案。此 文獻描述了用于陶瓷產品的隧道窯，其包括加熱部分、燒成部分和冷卻部分，其中，通過氣 體燃料傳送裝置從所述冷卻部分的區域獲得氣體燃料，并將氣體燃料傳送至所述燒成部 分，由此將至少一個附加焙燒器布置在所述燒成部分與所述冷卻部分之間的過渡區域中。 此文獻具有與本發明的理念相似的理念，即其利用來自窯底部的清潔空氣作為燃燒和有效 空氣。第一重要差異在于這樣的事實，本發明僅在以下兩個區域中具有若干焙燒器/噴射 器第一個區域，其具有4個噴射器并位于快速冷卻區之后，具有使溫度均勻并在點燃后加 熱窯爐的用途；以及第二個區域，其具有8個噴射器并位于燒成區與快速冷卻區之間的過 渡區域中。此外，本發明在燒成區中使用傳統的焙燒器，并在12個其它噴射器中包括不同 的焙燒器，如圖8所示。第二重要差異在于這樣的事實，此現有技術文獻未公開火焰“旋轉 (rotation) ”。對于靜態火焰，局部溫度會非常高，而在產品上留下痕跡并使噴射器的氣體 燃料出口破裂。另一方面，本發明提出將所有噴射器沿著燒成區放置并利用火焰旋轉。此 特征很重要，不會僅在一個地方燃燒所有的氧氣。
發明內容
考慮到所述問題，并且，為了克服這些問題，本申請提出一種旨在將工業爐中的負 載燒成和固化工藝中的燃料消耗降低大約30%的系統。本發明的另一目的是，通過使用火焰旋轉來避免在火焰形成的位置處的局部加 熱，并由此避免最終產品中的不期望的痕跡和噴射器的破裂。
圖1示出了傳統工業爐的燒成區的橫截面圖；圖2示出了工業爐的不同區域和衛生材料的特定燒成曲線圖；圖3示出了爐的預熱區；圖4示出了爐的燒成區；圖5示出了爐的快速冷卻區、緩慢冷卻區和最終冷卻區；圖6示出了具有改進的焙燒系統的爐的燒成區的橫截面圖；圖7示出了具有改進的焙燒系統的爐的燒成區的外部視圖；圖8A至圖8F示出了隧道爐噴射器的平面圖，其中火焰以漸進的時間間隔旋轉地 燃燒；以及圖9A和圖9B分別示出了通過水套和通過空氣套來冷卻的焙燒器噴射器冷卻系
4統。
具體實施例方式從以下對附圖的詳細描述可以更好地理解這里提出的系統。圖1示出了傳統工業爐的燒成區的橫截面圖。負載10 (即，陶瓷產品，耐火材料等) 以“原材料”的形式進入爐，并在爐內部向前移動數小時，并在相對端處以“燒成品”的形式 出來。對于每種產品，在爐的每個部分中存在內部溫度曲線，以使材料具有期望的特性。如 可在圖2中看到的，負載在爐內向前移動，并穿過不同的區域和溫度。圖2中下部的圖表示 出了用于衛生材料的典型的溫度曲線。爐在側部和頂部上具有陶瓷隔熱層15。所述隔熱層15的厚度取決于隔熱層的特 性并取決于該區域中的溫度。返回圖1，在爐的下部，由臺車13提供隔熱層，臺車是具有鋼 架構和鑄鐵輪的非常堅固的結構。這些臺車被定位為從爐的入口到出口一個接一個。僅需 要用液壓缸推動第一臺車，以使整個臺車系向前移動一個位置。推動臺車的缸體的向前移 動速度取決于待燒成的材料。負載10的支撐板11的隔熱層和支撐柱12放置在鋼架構上。為了防止氣體燃料 通過臺車的側邊進出爐，臺車具有沿著由沙子填充的槽滑動的裙部14。與間歇式爐相比，這些隧道爐具有非常好的熱效率。這歸因于許多因素，其中的事 實是，與間歇式爐中發生的情況不同，隧道爐的隔熱層不需要加熱。此外，如上所述，與在傳 送帶中一樣，臺車中的材料負載進入爐，并從爐的一端連續地向前移動至另一端，穿過具有 不同溫度的若干個區域，直到產品完全燒成且固化為止。在爐的第一區域中，如可在圖3中看到的，臺車上的原材料穿過預熱區，在該預熱 區，爐通常具有僅在負載的下部(在臺車的上隔熱層與負載支撐板的下表面之間)工作的在第二區域中，根據圖4，負載穿過主燒成區，該主燒成區通常具有位于負載之上 和之下的兩個水平面上的焙燒器16。所產生的燃燒氣體燃料在相反的方向上移動，并被入 口中的爐抽力20吸出(在圖3中示出)。在離開燒成區后，負載移動至分區域，穿過短的過渡區，然后移動至第三區域，快 速冷卻區23。此冷卻區域沒有焙燒器，并且，在此處，冷空氣在負載之下和之上直接噴入爐 內。負載所穿過的第四區域是叫做緩慢冷卻區的過渡區，該過渡區在第五(最后一 個)區域之前，在第五區域處，通過再一次噴射大量空氣以將燒成的負載冷卻至室溫來進 行最終冷卻。在圖5中示出了這三個最后的區域，快速冷卻區、緩慢冷卻區和最終冷卻區。如可從上面的描述注意的，空氣及其溫度是完美地固化待燒成材料的關鍵因素， 尤其是冷卻空氣。部分空氣在爐的出口處通過熱空氣抽吸系統21被吸出。然而，大量空氣 在爐的入口處由爐抽力吸出。精確地，由爐抽力吸出的空氣將隧道爐與間歇式爐完全區分 開。基本上，當空氣第一次穿過與爐的入口相對的端部進入爐內時，此空氣是冷的，并 且，當空氣沿著與負載相反的方向向前移動時，其通過熱交換“吸收”材料的熱溫度并冷卻 負載。所有這些“冷的”和純凈的空氣(大約21%的氧氣)到達主燒成區，該主燒成區的溫度比產品的燒成溫度稍低(差異大約是30°C )。應該指出，這些空氣的大約90%在負載之 上和之下向前移動。這些熱量(流速X溫度X比熱)的大部分用來加熱負載。在間歇式 爐中未發現這些空氣。換句話說，這些爐是大的熱交換器，其中，負載從入口移動至出口并且氣體燃料從 出口移動至入口。現在使用的隧道爐的焙燒器被分成燒成組，如圖1的橫截面圖所示。隧道爐具有 3至11個燒成組。爐的每個模塊是大約2至3m長，并且，爐的相同側上的焙燒器隔開0. 75 至1. 5m的間隔。然而，相對側上的焙燒器不對齊。每個傳統的焙燒器噴射過量空氣系數(air excess factor)在大約0. 8至 1. 15(正常變化)范圍內的氣體燃料和空氣。這表示，例如，為了燃燒Im3的天然氣，最少需 要8. 5m3的空氣體積，以獲得化學計量的燃燒(過量空氣系數=1)。因此，這表示，對于每 m3的氣體燃料，傳統的焙燒器噴射氣流速度從0. 8X8. 5 = 6. 8到1. 15X8. 5 = 9. 77m3變 化的空氣。通常，將冷的環境空氣噴入焙燒器。一些爐(主要是高溫爐)具有回收系統 (recovering system)，以將燃燒空氣預熱至高達400°C的溫度。此預熱的主要目的是節約 能量。燃燒空氣的溫度越高，火焰的溫度越高且達到相同溫度所需的氣體燃料體積越小。在 離解作用(dissociation)下，絕熱火焰溫度從1971°C (空氣為25°C )達到2543°C (空氣 為 1100°C )。理想地，從理論角度來看，不應將冷的燃燒空氣直接噴入傳統的焙燒器，并且，應 將冷卻處理產生的“預熱”空氣作為燃燒空氣。基本理念將是，用噴射純凈氣體燃料或噴射 具有大約從0. 1至0. 2的過量空氣系統的氣體燃料的若干個噴射器代替傳統的焙燒器。然 而，實際上這不可能實現，主要是由于兩個因素在形成火焰的位置的過熱和由于氣體燃料 爆裂而阻塞氣體燃料出口。為了解決第二個問題，可設計特殊的氣體燃料出口，并且，可一直使用冷卻水直到 出口，等等。但是，對于局部火焰過熱問題，本發明提出用輻射火焰表面解決該問題，通過將 火焰分成若干股較小的間歇火焰，而不是將火焰集中在單個固定位置。代替在燒成區(溫度高于800°C )中使用傳統的焙燒器，本發明尋求實現噴射純凈 氣體燃料或具有非常少量的空氣的氣體燃料的若干個噴射器17，由此提供脈動燒成，如圖 6所示。將控制裝置(優選地是電磁閥，但不限于此)插入每個噴射器中，使得噴射器響應 于具有專用軟件的可編程邏輯控制器(PLC)的信號而旋轉地工作。這避免出現局部過熱。 圖7示出了包括多個噴射器的爐及噴射器的布置的外部視圖。圖8A至圖8F示出了交替地且旋轉地燒成的爐的噴射器。在圖8A中，在號碼從 20至39的噴射器中，在瞬時tl工作的噴射器焙燒器(injector burner)是號碼20、25、30 和35。在瞬時t2 = tl+1，將之前工作的噴射器關閉，并且，噴射器22、27、32和37開始工 作-圖8B。在瞬時t3 = t2+l，關閉之前的噴射器，并且，以下噴射器24、29、34和39開始 燒成，等等，直到瞬時t6，如圖8F所示，其對應于從tl開始的循環的重新開始。該時間由可 編程邏輯控制器(PLC)控制，并可根據需要設置間隔t。此外，為了避免氣體燃料爆裂，可以通過使用冷卻裝置18 (優選地是水套)，或通
6過使少量空氣循環通過噴射器，來冷卻噴射器的末端。此冷卻系統在圖9A和圖9B中示出。 類似地，為了提高熱效率，還可以改進爐的冷卻區域，以便通過在出口處再循環空氣和通過 在快速冷卻風扇中使用從爐底部重新獲得的空氣，來獲得更多空氣和進入燒成區的空氣的 更高溫度。這通過將再循環裝置定位在爐出口的頂部上來實現，由此大幅度提高冷卻空氣 的溫度。此方法與增大爐的尺寸類似，仿佛將爐的出口端“展開” 一樣。增加熱空氣量的另一種可能性是，通過在快速冷卻風扇中使用預熱空氣而不是使 用冷空氣。應該指出，此空氣可在爐的出口處從熱空氣去除。應該進一步指出，本發明也可在輥道爐中實現。因此，應該理解，本發明的主題及其上述組成部分是一些優選形式的一部分和會 發生的情況的實例的一部分，然而，本發明主題的實際范圍在權利要求中定義。
權利要求
一種改進的焙燒系統，包括具有隔熱壁(15)、并被分成具有不同溫度的不同區域的爐，其特征在于，進一步包括多個噴射器(16)，每個噴射器都包括控制裝置，所述多個噴射器被分成多個組，并且每組噴射器在由可編程邏輯控制器(PLC)控制的預設時間間隔啟動。
2.根據權利要求1所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述爐可為隧道型的、輥子型 的以及其它相似類型的工業爐。
3.根據權利要求1所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述多個噴射器位于所述爐 的燒成區內。
4.根據權利要求3所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述噴射器噴射純凈氣體燃 料或具有少量空氣的氣體燃料。
5.根據權利要求3所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述多個噴射器中的每個噴 射器的末端由冷卻裝置(18)來冷卻。
6.根據權利要求5所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述冷卻裝置(18)是水套或 大量空氣的循環。
7.根據權利要求1所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述控制裝置是電磁閥。
8.根據權利要求1所述的改進的焙燒系統，其特征在于，所述可編程邏輯控制器由專 用軟件啟動。
9.根據權利要求1所述的改進的焙燒系統，其特征在于，進一步包括位于所述爐的出 口處的空氣再循環裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用于工業爐焙燒器(16)的改進的焙燒系統，更具體地是用于用來燒成陶瓷材料的隧道型爐，以在燒成負載(10)(例如，地面磚、瓷磚、衛生材料、耐火材料、瓷器、絕熱體、磨石、餐具陶瓷、紅色陶瓷和通用陶瓷)的過程中通過這些爐提高熱效率并減少消耗，通過使用火焰旋轉系統，通過將火焰分成更小的間歇火焰來提供輻射火焰表面。
文檔編號F27B9/36GK101939607SQ200880125055
公開日2011年1月5日 申請日期2008年1月18日 優先權日2008年1月18日
發明者埃內斯托·阿道弗·哈特舒特紹布 申請人:埃內斯托·阿道弗·哈特舒特紹布