窑炉及其分类

窑炉及其分类
英文名称：kiln;furnace;oven
用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。

其种类甚多：
按煅烧物料品种可分为陶瓷用窑炉、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑等。

前者按操作方法可分为连续窑(隧道窑)、半连续窑和间歇窑。

按热原可分为火焰窑和电热窑。

按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。

按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。

按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。

一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。

窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。

电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。

其结构较为简单，操作方便。

此外，还有多种气氛窑、电瓷窑炉等。

窑炉结构是否合理，选型是否正确，直接关系到产品的质量，产量和能量消耗的高低等，是陶瓷生产中的关键设备。

生产陶瓷的一个重要过程是烧成，烧成是在窑炉中进行的。

陶瓷生产的窑炉有连续式的（隧道窑）也有间隙式的（倒焰窑），不管是隧道窑还是倒焰窑，其热效率都比较低。

效率低的原因除了燃烧损失、散热损失等原因外，重要的一点是排烟损失。

烧成隧道窑废气带走的热量损失约占总热量的20%～40%，而倒焰窑废气带走的热量约占燃料消耗量的30%～50%。

因之回收窑尾废气的热量加以利用是提高窑炉效率的关键。

国内隧道窑排烟温度一般在200～300℃，也有高达400℃，个别倒焰窑的排烟温度可高达560℃。

一方面窑炉排烟带走
大量余热，另一方面为了干燥坯件，一些工厂又另外建造窑炉或锅炉产生热风和蒸汽以满足烘干坯件的要求。

采用热管换热器来回收烟气中的余热加热空气作为烘干坯件的热源，可以取得较好的节能效果。

一、隧道窑烟道气余热利用
隧道窑余热回收主要用以加热空气作为烘干坯件的热源，也可作为助燃空气以提高窑炉本身的热效率，两者的选择可依据各工厂具体情况而定。

二、电瓷厂隧道窑冷却带余热利用
将电瓷厂隧道窑冷却带400℃～450℃的废气抽出通过热管换热器换热，烟气温度降至300℃，再返回窑炉中烧成带作为气氛膜风使用。

被加热的新鲜空气送入烘房，干燥电瓷坯件。

三、倒焰窑烟道气余热利用
某厂倒焰窑排烟温度为564℃，实测该窑炉热效率仅为23%，由于坯件入窑前需要预热烘干，因之需再建一个烘干窑，以煤作为燃料，燃烧的烟气作为烘干热源。

根据计算，如将560℃烟气降到160℃排空，将新鲜空气加热到60～120℃，其热量足够烘干坯件所用。

•陶瓷窑炉污染分析
•
我国是陶瓷生产大国，日用瓷和建筑卫生陶瓷的产量均居世界第一。

据有关资料显示，2003年建筑陶瓷产量达30亿平方米，占全世界总产量的40%；卫生陶瓷6000万~6500万件，全国有陶瓷厂上万家，拥有大小窑炉几万条，消耗能源4000万~5000万吨标准煤。

然而，我国是一个能源资源相对贫乏的国家，人均能源可采储量2000年石油为2.6吨、天然气为1074立方米、煤炭为90吨，分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%，远远低于世界的平均水平。

而陶瓷行业是一个高能耗的行业，能耗占陶瓷生产成本的30%~40%，
陶瓷的高能耗必然带来高污染，故全国迅猛发展的陶瓷业对我国的环境造成很大的污染，特别是陶瓷发展迅速的瓷区及周边地区更为严重。

广东省内除佛山地区外，其他地区，如深圳、东莞、清远、潮州等地及全国各主要瓷区已出现不少有关陶瓷厂烟囱废气污染而造成附近农民果树及农作物枯死失收等纠纷。

另外，窑炉废气易造成酸雨，广东每年因酸雨损失多达40亿元。

因此，节能降耗减少陶瓷窑炉污染是陶瓷生产的大势所趋，也是陶瓷工业可持续发展的重要条件。

窑炉结构不合理造成热污染据报道，我国共有建筑卫生陶瓷厂3000多家，有大小窑炉上万座，年耗标准煤近500万吨。

而能源的利用率仅是美国的一半，即28%~30%.这些窑炉中，很大部分仍是砖砌式窑墙结构，窑墙厚。

早期的隧道窑，窑墙厚达1~2米，由于大都是重质耐火砖，导热系数大，故窑墙外表面温度高，有的高达300~400℃，不但造成了热损失，降低了窑炉的热效率，还造成严重热污染。

如车间窑炉旁温度高达几十摄氏度，造成车间环境恶劣，严重影响窑炉操作工人的身体健康。

现在很多辊道窑，辊棒日夜辊动，使填塞的保温棉辊成孔洞漏热，特别是正压操作，火焰从孔洞两边喷出，辊棒附近温度高达300~400℃，对周围环境造成严重热污染。

还有便是大多数的梭式窑，由于结构及烟气的排出没有经过余热回收，大多数的梭式窑尾气在600~860℃，不但大量的热从不锈钢板所弯制的烟囱排出，而且由于烟囱外壁的辐射对流把大量的热散失在车间周围引发热污染。

由于热耗增加，故要多消耗大量的燃料，燃料在燃烧过程中会产生更多的废气，污染环境。

保温材料和保温方式不合理不同的窑墙结构、保温材料，其保温效果完全不同，窑墙外表面的温度也不同。

利用轻质保温材料或陶瓷纤维，可大大地增强保温性能，使窑外壁的散热量大大减少，原因是
纤维的导热系数一般只有传统耐火砖的1/6，容重在100~600千克/立方米，是传统耐火砖的1/25，而蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30~1/10，如实用温度在1300~1500℃的新型SX系列电阻炉，使用莫来石纤维，不但可以减少炉壁厚度，大大减轻窑炉重量，加快窑炉升温速度，空炉升温至1500℃，升温时间仅为传统电炉的1/18，即少于20分钟即可。

大大减少窑外壁的散热量，节能率可达30%左右。

在连续式窑炉高温部位粘贴莫来石纤维，节油率达28.7%.全纤维5立方米梭式窑每窑次耗气量为170千克左右，比原砖混结构窑炉，每次可节气60千克左右。

故现代的轻质窑墙或全纤维质窑墙保温性能都很好，窑外壁温度可降到30~60℃，大大提高了窑炉的热效率，减少窑墙的热污染。

同时，由于保温性能好，减少热损失，从而减少燃料的损耗，实际上是减少了废气污染。

燃料和燃烧方式不同形成的污染物不同（一）以煤为燃料我国是煤炭储量大国，同时也是世界上最大的煤炭消费国，耗煤量占世界总耗煤量的1/4，2000年煤产量达14.5亿吨，这么多煤炭，大部分都作为燃料烧掉，故煤炭作为燃料直接燃烧是我国大气污染的主要根源。

目前我国大气中90%的SO2、85%的CO2、80%的ROx（粉尘）和50%的NOx均来自煤的燃烧，其中煤炭燃烧后排放出的温室气体CO2占我国全部矿物燃料燃烧排放出的CO2的85%，而我国每年的CO2的排放量已排名世界第二位（13.6%）。

陶瓷窑炉使用燃料多种多样，而煤占燃料总消耗量的2/3，由于燃煤窑炉建造费用和燃料成本低，煤炭资源丰富，分布广泛，可就地取材，所以对大、中、小陶瓷企业，特别是乡镇企业，仍有很大的吸引力。

据资料统计，目前仅在日用陶瓷、建筑卫生陶瓷生产企业中就有3000余座燃煤窑炉，达到窑炉总数的70%.据计算，烧天然气的CO2排放量比烧煤炭少45%
左右，烧石油比烧煤炭少15%左右。

燃烧产生的大量CO2促使地球大气层产生温室效应，造成地球表面温度逐年升高，使人类生态环境受到极大的威胁，人类文明进程中所产生的温室气体的负面作用正威胁着人类本身的生存和发展，国际上已提出“大气污染防治重点在亚洲，而亚洲的关键在中国”。

各国为了减轻温室效应给人们带来的严重后果，采取各种积极措施，如丹麦、荷兰、瑞典、芬兰4国已开始向企业征收CO2排放税，多数国家征收煤炭税，即用税收政策来控制CO2的排放量。

SO2虽不是温室气体，但却是很有害的气体，它与空气中的水蒸汽结合生成的亚硫酸和硫酸对森林植被、农作物、建筑物、文物古迹、牲畜等一切生物及人类本身都有很大的危害。

据统计，
陶瓷工业窑炉的节能问题，始终制约着陶瓷行业的发展。

此前，据对一些企业能耗的调查，结果显示卫生陶瓷烧成能耗指标最高与最低相比，有的可达到几倍。

进入２１世纪以来，国际能源市场供应形势发生了许多变化，令人不得不更加关注陶瓷行业的节能。

可以说，将来陶瓷业的竞争首先是降低能耗型的先进烧成技术的竞争。

现代建筑卫生陶瓷行业使用的窑炉，具有许多先进的工艺技术特点。

具体分析其特点，有：使用了洁净的能源种类与采用了全自动化控制高速喷嘴；新型节能型窑炉大量采用了轻质□热的耐火材料；窑炉设计为宽断面明焰裸烧型结构；节能型窑炉更能够适宜流行的低温快烧生产方式。

１．洁净能源与全自动化高速喷嘴
大多数陶瓷窑炉由于采用了高效喷嘴，清洁高热效能源已成为陶瓷烧成燃料的主流。

纵观陶瓷发展史，适宜于陶瓷烧成的能源种类很多，有固体燃料、液体燃料及气体燃料等。

它们有木柴、煤炭、重油、轻质油、电力、天然气、液化石油气等等。

随着历史前进，烧成技术不断提高，有的能源地位上升，有的则被淘汰出局。

例如，用于传统陶瓷制品烧成的木柴与煤炭等固体燃料，由于热效低及对环境污染严重等原因，在建筑卫生陶瓷生产方面已经基本完成了其历史使命。

重油与液化石油气热值高，便于低温快速烧成，尤其是液化石油气在新兴建筑卫生陶瓷行业成为最受青睐的能源种类。

由于液化石油气热值高，燃气内杂质含量少，且容易快速升温与降温，非常方便于陶瓷的低温快烧工艺。

随着等温高效均匀燃烧喷嘴的革新与推广，将极大地降低能源消耗。

新型全自动化控制高速喷嘴由于强力的喷燃系统，可以降低窑内温差，迅速提高窑温，实现快速等温烧成效率。

因此，陶瓷窑炉的节能今后将取决于新型全自动化控制高速喷嘴的不断改进。

２．明焰裸烧方式
从陶瓷烧成的发展历史看，陶瓷工业窑炉的烧成方式分为明焰装匣烧（传统煤烧隧道窑）、□焰露烧（马氟窑）及明焰裸烧（辊道窑、梭式窑、电窑）等多种方法。

２．１明焰装匣烧成方法
此类烧成方式采用了木柴或煤炭作为能源。

产品装匣的目的：一是为了避免木灰或煤渣的污染；二是为了增加产品的装载量。

由于制品是先放入匣钵内，再组装成匣钵柱入窑烧成，产品不是直接受热，大量的能源消耗在窑具上，因此明焰装匣烧成方法能耗非常高，窑内上下温差大而且烧成周期很长。

此种烧成方法造成产品废品率高，经济效益低，长期以来制约了国内陶瓷工业的发展。

２.２□焰露烧方法
马氟窑是□焰露烧方法的代表性窑型。

□焰露烧方式可以部分解决窑内温差的问题，但由于产品的烧成仍然为□焰受热方式，大量的能源消耗在厚厚的耐火材料□壁上，而且□焰露烧使用的窑炉窑型小，不能形成大规模生产批量。

２.３明焰裸烧方法
明焰裸烧方法是２０世纪７０年代以来陶瓷烧成最引人注目的成果。

明焰裸烧方法作为最先进的烧成方法在窑温的均匀性、窑容积、生产强度和单位耗能方面均表现出最佳效果，成为现代建筑卫生陶瓷烧成的首选窑型，因此能在很短的时间内推广普及。

明焰裸烧方式窑温均匀性高，这是由于此种烧成方式的产品垛阻力小、窑内压力降低、预热带负压低，因此漏入冷空气少。

由于烧嘴的喷射作用，窑炉内的气流强烈循环、热焰剧烈扰动，对于均匀和平衡窑内温度非常有利。

现在许多新型窑炉在预热带都设置了高速调温喷嘴，更加有利于直接减少窑内预热带上下的温差，很早即开始保证窑内的低温差烧成。

传统的窑炉如□焰露烧窑由于其加热方式仅为固体间产品柱的辐射传热，而不能形成剧烈的热搅动与热循环，因此降低了烧成热效。

此外，其窑内的窑温均匀性也很差，窑温均匀性低直接导致产品烧成温度不一及废品率增加。

采用明焰裸烧烧成方式时，窑容积生产强度最高，由于产品不需要装入匣钵内，避免了间接传热造成的浪费性热消耗。

又由于产品是直接裸露于焰气中，非常利于快速传热烧成。

由于窑温均匀，传热迅速，窑具与产品重量比小，明焰裸烧的烧成时间大大低于明焰装匣烧方法。

明焰裸烧由于不使用匣钵，增加了产品的装载密度。

３、采用轻质耐热保温材料
轻质耐热窑炉的先进性表现在按照模数设计成轻型装配式外型，然后再以耐高温轻质□热耐火材料进行严密的砌筑。

窑炉的内衬采用了耐高温的陶瓷毡，外加陶瓷棉或其他□热保温板，总厚度为４５０毫米。

内衬为轻质高铝砖，中间及其外侧也都采用了陶瓷棉，总厚度达到６００毫米。

窑墙的外表为金属板，这种设计与制作保证了窑炉的耐高温实用性与节能性。

由于陶瓷纤维热稳定性好，在高温烧成中不变形、不熔融，又由于其导热率低、蓄热少、密度小、重量轻，因此具有明显的节能效果。

轻质□热窑炉的窑顶采用Ｚ型纤维预制块组合吊挂，减轻了窑体
重量，增加了保温□热效果。

在设置喷嘴和急冷风部位的窑顶加设有金属换热器（占窑顶面积的６５％以上），用以预热助燃空气及急冷风。

窑墙则采用浇注捣打成型的Ｕ型耐火材料砌块（高铝、粘土质），砌块内填充有耐火纤维棉，外面采用耐火材料纤维毡或硅钙板，Ｕ型砌块与外部钢架相连接，这种结构比较稳定，热稳定性好且节能效果高。

据计算，当窑内壁温度达到１２５０℃时，窑外壁温度仅为５０℃左右，说明窑体的密封性极好。

窑车上的耐火材料也全部采用了耐火纤维材料，这同样降低了热能的无谓消耗。

澳大利亚通用公司（简称澳通公司）的纤维吊顶节能窑炉，具有窑体宽、装载能力大、烧成周期短等特点。

该窑炉的有效宽度达到２．６５米，由于烧成批量大且烧成效率高，满负荷烧成时可以使窑炉的总体能耗大为减少。

目前，此类窑炉在我国经过引进与吸收消化，已成为国内许多地方的主要窑型之一。

４、低温快烧技术
近年来建筑卫生陶瓷产品越来越多采用了低温快烧技术。

釉面瓷砖的烧成温度从１１８０℃～１２００℃降低到现在的１０５０℃～１１００℃左右。

卫生陶瓷的烧成温度已经从过去的１３００℃降低到了现在的１１５０℃～１２００℃左右。

根据陶瓷热工学计算原理，越是高温烧成时，能源消耗越多。

据此，从１２００℃烧成到１３００℃时，耗费的能源大约是产品烧成总能耗的约４０％左右。

这样看来，节能效果就非常明显。

低温快烧方法除了节能外，还可以缩短生产周期，节约人力物力。

低温快烧技术除了对窑炉有特别技术要求外，还必须研制与开发出更好的适宜于低温快烧的陶瓷原料。

目前，此类原料有硅灰石原料、珍珠岩原料、透辉石原料、叶蜡石原料等。

国外为了降低烧成温度与降低产品的成本，则大量使用了含铁量较多的红土原料、紫砂原料等，也有使用工业废料制作瓷砖坯体的。

此类原料生产的产品经过优质釉色覆盖后，仍然有不菲的卖价。

而在利用劣质原料方面，国内许多陶企做的还远远不够。

总之随着建筑卫生陶瓷工业的发展，产品烧成节能工作越来越重要。

这就需要继续提升新型窑炉设计水平，积极研制开发新型高效节能耐火材料，不断推广低温快烧技术等方面的工作，使国内陶瓷企业的节能不断登上新台阶。