一种辊道窑冷却带余热利用的新技术
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中国陶瓷工业 2011 年 4 月 第 18 卷第 2 期
C H IN A C E R A M IC IN D U S TR Y A pr.2011 V ol.18,N o.2
文章编号:1006-2874(2011)02-0033-03
一种辊道窑冷却带余热利用的新技术
付海丹 1 冯 青 1 汪和平 1 吴卫兵 2
为了回收利用较高温度余热,稳定实现节能技术的改造, 本文基于辊道窑冷却带,创新地提出一种余热利用的新技术 - - 急冷差压补压技术,消除或减轻窑炉冷却带各段之间、冷
却带和烧成带之间的压力不平衡现象,提高助燃风温度,提高 燃料的燃烧效率,实现能量的高效高用,节约能源、减轻污染、 降低生产成本以及提高经济效益。
冷段间的压力不平衡现象。缓冷段的稳定运行可以通过保证 缓冷段与快冷段间压力值与改造前一致来实现。也就是只要保证 急冷段和缓冷段的压力与改造前一致,此系统将会稳定运行[6]。
(2)设置风量自动控制系统,与窑炉压力检测平衡系统组 成联动系统,采集辊道窑各段的压力和温度信号、干燥窑的热 风温度和热风流量信号,以此作为控制信号,调节风机的开 度,输出适当的风量,保证热系统的稳定运行。
1 急冷差压补压技术简介
以辊道窑、干燥窑组成的热系统为研究对象,应用独立自 主技术改造辊道窑,开发应用窑炉冷却带余热供至烧成带助 燃风系统,并通过对建陶耗能整线进行在线控制,将整套生产 装备作为一个系统,在最优工况下运行,提高助燃风温度、燃 料的燃烧温度和速度,进而提高燃烧效率,从而实现能量的高 效高用,达到节约资源、降低能耗的目的。
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中国陶瓷工业
2011 年第 2 期
段,迅速补充急冷段的差压。多余的缓冷热风抽至干燥窑内, 起干燥坯体作用。本技术不影响窑炉生产,更不消耗系统以外 的能量,大大提高了燃料的热利用率。辊道窑冷却带具体余热 利用系统,如图 2 所示。
图 2 热系统余热利用示意图 Fig.2 Use of waste heat in the thermal system
3 结语
辊道窑急冷差压补压技术是一项先进的、具有创造性的 余热利用技术。它在不影响辊道窑运行的情况下,对窑炉的烧 成带助燃风系统、急冷段和缓冷段进行改造,通过窑炉压力监
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中国陶瓷工业
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测平衡系统、窑炉密封系统、风量自动控制系统和管道保温系 统四大技术系统来保证急冷差压补压技术的实现。通过这项 技术,可以充分利用冷却带余热,提高燃烧温度,进而提高燃 烧效率,节约能源,降低能耗,减轻污染,提高经济效益。对于 建陶行业这样的第一耗能大户,意义将是非常重大的。面对社 会能源紧张和环境污染问题的严峻挑战,陶瓷企业应大胆尝 试使用新技术、新工艺、新设备,为陶瓷企业节能减排引领方 向,推动陶瓷行业向节能化、技术化、环保化方向发展,实现经 济利益和环境效益的双赢[3]。
企业中有着丰富的余热资源,按温度水平可将余热分为 三个档次:温度高于 650℃时为高温余热;温度为 230~650℃ 是为中温余热;温度低于 230℃时为低温余热。据有关部门统 计,在建材工业中,来自高温排烟、窑顶冷却、高温产品等余热 来源占部门燃料消耗量的 40%左右[6],而急冷差压补压技术所 使用余热来自急冷段,属于高、中温余热,占部门燃料消耗量 的 20~30%左右。急冷差压补压技术是一个充分利用急冷风 余热,抽至助燃风机入口,作为二次助燃空气,以缓冷抽热风 补充压差做后盾,提高助燃风温度,进而提高燃料的燃烧温度 和燃烧速度,稳定窑内燃烧,提高窑炉热系统热效率,达到节 能效果的技术。在保证辊道窑的最高烧成温度、产量、燃料消耗量基 本不变的情况下,要实现此技术,必须要有窑体结构上的保证。 2.1 要有稳定的窑炉压力检测平衡系统、风量自动控制系统、
A bstract Differential pressure compensation was introduced as a new technique for the use of the waste heat in the rapid cooling zone of a roller kiln. The technology and its work principle were briefly described.
K ey w ords roller kiln; use of waste heat; cooling zone; new technology
图 1 辊道窑急冷抽热风做助燃风示意图 Fig.1 Extracting hot wind from urgent cooling as
combustion-assistance wind in the roller kiln
收稿日期:2011- 02- 28 通讯联系人:付海丹,E- mail: duty200@
4 张根栓,刘振贤,杨 托.气烧辊道窑余热利用的研究.实验与研究,2009 (6):79~81
5 徐景福,炊敬甫.辊道窑尾冷段余热利用浅析.陶瓷,2007(2):36~38 6 冯 青,罗强等.辊道窑节能管屏技术的原理分析研究.陶瓷学报,2009,
30(4):551~553 7 谢炳豪,罗汉国.提高辊道窑助燃风温度的探讨.佛山陶瓷,2007(11):
助燃风经预热提高温度后,空气体积膨胀,动力粘性系数 增大,流动阻力加大,若继续采取以前的烧嘴,烧嘴的燃烧能 力将会下降,达不到预期的提高燃烧效率的效果。所以应选用 与助燃风特性相匹配的稳定可靠的高温助燃风烧嘴,以提高 燃烧效率。
此外,烧嘴助燃风调节阀门、连接软管等也要用耐热性能 好一些的,防止不耐高温的材质过早损坏。
2 急冷差压补压技术原理
窑炉冷却带余热特点是数量比较大,纯净无杂质,不含水 分,亦不含 CO2、N2 等阻碍燃烧的气体,把它用作窑炉助燃风 是比较合适的,也是非常简单的。其根据有三点:(1)因为助燃 风 的 需 求量比较多,节能空间大;(2)对温度的高低没 有 特 殊 要 求,多少都可以;(3)需用点相距较近,投资不大,便于利用[5]。
参考文献
1 曾令可,邓伟强等.陶瓷工业能耗的现状及节能技术措施.陶瓷学报, 2006,27(1):109~115
2 曾令可,宋 婧,税安泽等.浅谈喷雾干燥塔的节能措施.陶瓷,2008(2): 35~36
3 汪和平,沈超群等.辊道窑节能管屏技术应用前景分析研究.中国陶 瓷工业,2009.16(5):8~10
(3)设置窑炉密封系统。具体在急冷和烧成带之间设置挡 板和挡墙,并在挡墙上涂一层高温耐火密封材料,防止因急冷 段的压力减少导致烧成带内的烟气倒流。
(4)设置管路保温系统。急冷段热风由于温度比较高,当抽 至助燃风机入口前,风管外面可以采用包裹多层低导热性能 的带铝箔的硅酸铝纤维毯,降低热风输送过程中的热损失。很 多使用烟煤、重油等含硫量高的燃料,燃烧产生的烟气对管道 产生严重的腐蚀,因此,必须对管道采取防腐措施。在管道内 涂抹一层 3~5mm 的防腐材料,这样既可以起到防腐的作用, 又可以加强对管路的保温效果[5]。 2.2 选用供风量大、耐热性能好的风机,加大助燃风机的供风能力
Vt=V0[1+Av(t- t0)] [7] 式中,Vt 为温度为 t 时的体积;V0 为常温 t0 时的体积;助燃风温度;t 为加热后 助燃风温度。
从上式可以看出,助燃空气体积随温度提高而提高,在不 改变流速的情况下,空气的流通面积也会增大。因此,为了减 少压力损失,使单位时间内流过的助燃空气质量保持不变,必 须提高空气的流通面积,即增大助燃风的主送风管道直径以 及分支至各个喷枪的风管直径。 2.4 选用专用的高温助燃风烧嘴。
11~14
A New Technique for Using the Waste Heat in the Cooling Zone of Roller Kiln
FU Haidan 1 FENG Qing 1 WANG Heping 1 WU Weibing 2 (1.School of Materials Science and Engineering, Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen, Jiangxi 333403; 2.Jiujiang Sub-Institute of Jiangxi Research Institute of Boiler & Pressure Vessel Inspection and Detection, Jiujiang, Jiangxi 332000)
由于原来的系统是基于低温设计的,能够满足室温条件 下的要求。然而急冷热风温度比较高,空气体积膨胀,要保持 空气中的氧含量不变,热风体积流量将会随着急冷抽热风的 温度增加而增加。若继续用以前的风机,将会产生流量不足, 一些耐热性能不好的风机,会因此产生故障,妨碍热系统的稳 定运行。 2.3 改大助燃风的主送风管道及分支至每个喷枪的风管
本技术具体内容为:在辊道窑冷却带安装急冷差压补压 余热利用系统,由辊道窑急冷段最末端抽出热风至助燃风机 入口,作为二次助燃空气,直接与燃料进行混合燃烧,具体混 合燃烧示意图如图 1 所示;由于抽热风的缘故,急冷段压力会 出现下降,为了防止因急冷段的压力减少导致烧成带内的烟 气倒流至急冷段,保证窑炉的稳定运行,由缓冷抽热风至急冷
0 前言
近年来,我国陶瓷工业得到飞速发展。从 2004 年的建筑 瓷砖年产量 30 亿 m2(约占世界总产量的 50%),日用瓷产量 130 亿件(约占世界总产量的 6 成)[1],到 2006 年的建筑陶瓷 砖年产量约为 35 亿 m2(约占世界总产量的 55%),日用陶瓷产 量高达 170 亿件(约占世界总产量的 65%)[2]。这些惊人的天文 数字让中国名副其实地成为世界陶瓷生产和消费的第一大 国。而在我国建筑陶瓷企业的生产过程中,存在能源消耗大、 污染较大、劳动生产率较低、集约化和科技含量较低、管理水 平较低等问题,特别是能量利用效率有巨大的潜力可挖。据统 计,我国现有建筑陶瓷企业 4300 余家,其中国有集体企业 700 余家,民营及外资企业 3600 多家,建筑陶瓷辊道窑约 8000 条,耗能巨大,热能利用率仅 25%左右[3]。窑炉余热利用 率也低,据国内外各种窑型窑炉的资料分析及计算,可回收的 余热大多数用于制品的干燥,有的也用于烧嘴的助燃,但经过 配温,助燃风温度在 70℃~150℃之间,余热利用率很低,没有 将可回收的较高温度余热有效利用[4]。
(1.景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,江西 景德镇 333403;2.江西省锅炉压力容器检验检测研究院 九江分院,江西 九江 332000)
摘 要 基于辊道窑冷却带,创新地提出一种余热利用的新技术 - - 急冷差压补压技术,本文简要地介绍了急冷差压补压技术 及其工作原理。
关键词 辊道窑;余热利用;冷却带;新技术 中图分类号:TQ 174.53 文献标识码:A
近几年来,由于广大科技工作者的共同努力, 采用新技 术、新材料、新工艺,使其生产能耗有了大幅度的降低,有的已 经接近国际水平。余热利用方面也取得了突出的成绩,进行了 多项节能技术的研究,如辊道窑节能管屏余热利用技术的应 用、急冷区域预热助燃风技术的应用、烟气余热干燥技术的应 用、烟气回助燃在建筑陶瓷工业窑炉上的应用、建筑陶瓷工业 窑炉余热发电技术的应用等。但是在实际生产应用中,有些节 能技术的改造会影响窑内的烧成制度,很难实现窑炉各段之 间的压力平衡,未能达到预期的节能效果。
窑炉密封系统、管路保温系统 对辊道窑急冷差压补压技术的改造是以辊道窑正常工作 为前提的,为了保证辊道窑、干燥窑的稳定运行,必须保证上 面四个系统稳定运行。 (1)设置窑炉压力检测平衡系统,定期地采集急冷段和缓 冷段的压力和温度信号以及缓冷段和快冷段的压力和温度信 号。因为急冷段抽热风,会导致压力下降,若还是保持以前的 急冷风量,将会导致烧成带内的烟气倒流至急冷段,使产品熏 黑。因此,当出现异常情况时,可以通过调节鼓入的急冷风量 以及缓冷抽至急冷段的热风量,以此消除或减少烧成带和急
C H IN A C E R A M IC IN D U S TR Y A pr.2011 V ol.18,N o.2
文章编号:1006-2874(2011)02-0033-03
一种辊道窑冷却带余热利用的新技术
付海丹 1 冯 青 1 汪和平 1 吴卫兵 2
为了回收利用较高温度余热,稳定实现节能技术的改造, 本文基于辊道窑冷却带,创新地提出一种余热利用的新技术 - - 急冷差压补压技术,消除或减轻窑炉冷却带各段之间、冷
却带和烧成带之间的压力不平衡现象,提高助燃风温度,提高 燃料的燃烧效率,实现能量的高效高用,节约能源、减轻污染、 降低生产成本以及提高经济效益。
冷段间的压力不平衡现象。缓冷段的稳定运行可以通过保证 缓冷段与快冷段间压力值与改造前一致来实现。也就是只要保证 急冷段和缓冷段的压力与改造前一致,此系统将会稳定运行[6]。
(2)设置风量自动控制系统,与窑炉压力检测平衡系统组 成联动系统,采集辊道窑各段的压力和温度信号、干燥窑的热 风温度和热风流量信号,以此作为控制信号,调节风机的开 度,输出适当的风量,保证热系统的稳定运行。
1 急冷差压补压技术简介
以辊道窑、干燥窑组成的热系统为研究对象,应用独立自 主技术改造辊道窑,开发应用窑炉冷却带余热供至烧成带助 燃风系统,并通过对建陶耗能整线进行在线控制,将整套生产 装备作为一个系统,在最优工况下运行,提高助燃风温度、燃 料的燃烧温度和速度,进而提高燃烧效率,从而实现能量的高 效高用,达到节约资源、降低能耗的目的。
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中国陶瓷工业
2011 年第 2 期
段,迅速补充急冷段的差压。多余的缓冷热风抽至干燥窑内, 起干燥坯体作用。本技术不影响窑炉生产,更不消耗系统以外 的能量,大大提高了燃料的热利用率。辊道窑冷却带具体余热 利用系统,如图 2 所示。
图 2 热系统余热利用示意图 Fig.2 Use of waste heat in the thermal system
3 结语
辊道窑急冷差压补压技术是一项先进的、具有创造性的 余热利用技术。它在不影响辊道窑运行的情况下,对窑炉的烧 成带助燃风系统、急冷段和缓冷段进行改造,通过窑炉压力监
2011 年第 2 期
中国陶瓷工业
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测平衡系统、窑炉密封系统、风量自动控制系统和管道保温系 统四大技术系统来保证急冷差压补压技术的实现。通过这项 技术,可以充分利用冷却带余热,提高燃烧温度,进而提高燃 烧效率,节约能源,降低能耗,减轻污染,提高经济效益。对于 建陶行业这样的第一耗能大户,意义将是非常重大的。面对社 会能源紧张和环境污染问题的严峻挑战,陶瓷企业应大胆尝 试使用新技术、新工艺、新设备,为陶瓷企业节能减排引领方 向,推动陶瓷行业向节能化、技术化、环保化方向发展,实现经 济利益和环境效益的双赢[3]。
企业中有着丰富的余热资源,按温度水平可将余热分为 三个档次:温度高于 650℃时为高温余热;温度为 230~650℃ 是为中温余热;温度低于 230℃时为低温余热。据有关部门统 计,在建材工业中,来自高温排烟、窑顶冷却、高温产品等余热 来源占部门燃料消耗量的 40%左右[6],而急冷差压补压技术所 使用余热来自急冷段,属于高、中温余热,占部门燃料消耗量 的 20~30%左右。急冷差压补压技术是一个充分利用急冷风 余热,抽至助燃风机入口,作为二次助燃空气,以缓冷抽热风 补充压差做后盾,提高助燃风温度,进而提高燃料的燃烧温度 和燃烧速度,稳定窑内燃烧,提高窑炉热系统热效率,达到节 能效果的技术。在保证辊道窑的最高烧成温度、产量、燃料消耗量基 本不变的情况下,要实现此技术,必须要有窑体结构上的保证。 2.1 要有稳定的窑炉压力检测平衡系统、风量自动控制系统、
A bstract Differential pressure compensation was introduced as a new technique for the use of the waste heat in the rapid cooling zone of a roller kiln. The technology and its work principle were briefly described.
K ey w ords roller kiln; use of waste heat; cooling zone; new technology
图 1 辊道窑急冷抽热风做助燃风示意图 Fig.1 Extracting hot wind from urgent cooling as
combustion-assistance wind in the roller kiln
收稿日期:2011- 02- 28 通讯联系人:付海丹,E- mail: duty200@
4 张根栓,刘振贤,杨 托.气烧辊道窑余热利用的研究.实验与研究,2009 (6):79~81
5 徐景福,炊敬甫.辊道窑尾冷段余热利用浅析.陶瓷,2007(2):36~38 6 冯 青,罗强等.辊道窑节能管屏技术的原理分析研究.陶瓷学报,2009,
30(4):551~553 7 谢炳豪,罗汉国.提高辊道窑助燃风温度的探讨.佛山陶瓷,2007(11):
助燃风经预热提高温度后,空气体积膨胀,动力粘性系数 增大,流动阻力加大,若继续采取以前的烧嘴,烧嘴的燃烧能 力将会下降,达不到预期的提高燃烧效率的效果。所以应选用 与助燃风特性相匹配的稳定可靠的高温助燃风烧嘴,以提高 燃烧效率。
此外,烧嘴助燃风调节阀门、连接软管等也要用耐热性能 好一些的,防止不耐高温的材质过早损坏。
2 急冷差压补压技术原理
窑炉冷却带余热特点是数量比较大,纯净无杂质,不含水 分,亦不含 CO2、N2 等阻碍燃烧的气体,把它用作窑炉助燃风 是比较合适的,也是非常简单的。其根据有三点:(1)因为助燃 风 的 需 求量比较多,节能空间大;(2)对温度的高低没 有 特 殊 要 求,多少都可以;(3)需用点相距较近,投资不大,便于利用[5]。
参考文献
1 曾令可,邓伟强等.陶瓷工业能耗的现状及节能技术措施.陶瓷学报, 2006,27(1):109~115
2 曾令可,宋 婧,税安泽等.浅谈喷雾干燥塔的节能措施.陶瓷,2008(2): 35~36
3 汪和平,沈超群等.辊道窑节能管屏技术应用前景分析研究.中国陶 瓷工业,2009.16(5):8~10
(3)设置窑炉密封系统。具体在急冷和烧成带之间设置挡 板和挡墙,并在挡墙上涂一层高温耐火密封材料,防止因急冷 段的压力减少导致烧成带内的烟气倒流。
(4)设置管路保温系统。急冷段热风由于温度比较高,当抽 至助燃风机入口前,风管外面可以采用包裹多层低导热性能 的带铝箔的硅酸铝纤维毯,降低热风输送过程中的热损失。很 多使用烟煤、重油等含硫量高的燃料,燃烧产生的烟气对管道 产生严重的腐蚀,因此,必须对管道采取防腐措施。在管道内 涂抹一层 3~5mm 的防腐材料,这样既可以起到防腐的作用, 又可以加强对管路的保温效果[5]。 2.2 选用供风量大、耐热性能好的风机,加大助燃风机的供风能力
Vt=V0[1+Av(t- t0)] [7] 式中,Vt 为温度为 t 时的体积;V0 为常温 t0 时的体积;助燃风温度;t 为加热后 助燃风温度。
从上式可以看出,助燃空气体积随温度提高而提高,在不 改变流速的情况下,空气的流通面积也会增大。因此,为了减 少压力损失,使单位时间内流过的助燃空气质量保持不变,必 须提高空气的流通面积,即增大助燃风的主送风管道直径以 及分支至各个喷枪的风管直径。 2.4 选用专用的高温助燃风烧嘴。
11~14
A New Technique for Using the Waste Heat in the Cooling Zone of Roller Kiln
FU Haidan 1 FENG Qing 1 WANG Heping 1 WU Weibing 2 (1.School of Materials Science and Engineering, Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen, Jiangxi 333403; 2.Jiujiang Sub-Institute of Jiangxi Research Institute of Boiler & Pressure Vessel Inspection and Detection, Jiujiang, Jiangxi 332000)
由于原来的系统是基于低温设计的,能够满足室温条件 下的要求。然而急冷热风温度比较高,空气体积膨胀,要保持 空气中的氧含量不变,热风体积流量将会随着急冷抽热风的 温度增加而增加。若继续用以前的风机,将会产生流量不足, 一些耐热性能不好的风机,会因此产生故障,妨碍热系统的稳 定运行。 2.3 改大助燃风的主送风管道及分支至每个喷枪的风管
本技术具体内容为:在辊道窑冷却带安装急冷差压补压 余热利用系统,由辊道窑急冷段最末端抽出热风至助燃风机 入口,作为二次助燃空气,直接与燃料进行混合燃烧,具体混 合燃烧示意图如图 1 所示;由于抽热风的缘故,急冷段压力会 出现下降,为了防止因急冷段的压力减少导致烧成带内的烟 气倒流至急冷段,保证窑炉的稳定运行,由缓冷抽热风至急冷
0 前言
近年来,我国陶瓷工业得到飞速发展。从 2004 年的建筑 瓷砖年产量 30 亿 m2(约占世界总产量的 50%),日用瓷产量 130 亿件(约占世界总产量的 6 成)[1],到 2006 年的建筑陶瓷 砖年产量约为 35 亿 m2(约占世界总产量的 55%),日用陶瓷产 量高达 170 亿件(约占世界总产量的 65%)[2]。这些惊人的天文 数字让中国名副其实地成为世界陶瓷生产和消费的第一大 国。而在我国建筑陶瓷企业的生产过程中,存在能源消耗大、 污染较大、劳动生产率较低、集约化和科技含量较低、管理水 平较低等问题,特别是能量利用效率有巨大的潜力可挖。据统 计,我国现有建筑陶瓷企业 4300 余家,其中国有集体企业 700 余家,民营及外资企业 3600 多家,建筑陶瓷辊道窑约 8000 条,耗能巨大,热能利用率仅 25%左右[3]。窑炉余热利用 率也低,据国内外各种窑型窑炉的资料分析及计算,可回收的 余热大多数用于制品的干燥,有的也用于烧嘴的助燃,但经过 配温,助燃风温度在 70℃~150℃之间,余热利用率很低,没有 将可回收的较高温度余热有效利用[4]。
(1.景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,江西 景德镇 333403;2.江西省锅炉压力容器检验检测研究院 九江分院,江西 九江 332000)
摘 要 基于辊道窑冷却带,创新地提出一种余热利用的新技术 - - 急冷差压补压技术,本文简要地介绍了急冷差压补压技术 及其工作原理。
关键词 辊道窑;余热利用;冷却带;新技术 中图分类号:TQ 174.53 文献标识码:A
近几年来,由于广大科技工作者的共同努力, 采用新技 术、新材料、新工艺,使其生产能耗有了大幅度的降低,有的已 经接近国际水平。余热利用方面也取得了突出的成绩,进行了 多项节能技术的研究,如辊道窑节能管屏余热利用技术的应 用、急冷区域预热助燃风技术的应用、烟气余热干燥技术的应 用、烟气回助燃在建筑陶瓷工业窑炉上的应用、建筑陶瓷工业 窑炉余热发电技术的应用等。但是在实际生产应用中,有些节 能技术的改造会影响窑内的烧成制度,很难实现窑炉各段之 间的压力平衡,未能达到预期的节能效果。
窑炉密封系统、管路保温系统 对辊道窑急冷差压补压技术的改造是以辊道窑正常工作 为前提的,为了保证辊道窑、干燥窑的稳定运行,必须保证上 面四个系统稳定运行。 (1)设置窑炉压力检测平衡系统,定期地采集急冷段和缓 冷段的压力和温度信号以及缓冷段和快冷段的压力和温度信 号。因为急冷段抽热风,会导致压力下降,若还是保持以前的 急冷风量,将会导致烧成带内的烟气倒流至急冷段,使产品熏 黑。因此,当出现异常情况时,可以通过调节鼓入的急冷风量 以及缓冷抽至急冷段的热风量,以此消除或减少烧成带和急