專(zhuān)利名稱(chēng)：：太陽(yáng)能風(fēng)能陶瓷燒成制度可控窯爐的制作方法太陽(yáng)能風(fēng)能陶瓷燒成制度可控窯爐本發(fā)明屬于太陽(yáng)能風(fēng)能利用技術(shù)和硅酸鹽生產(chǎn)技術(shù)。硅酸鹽材料包括陶瓷、玻璃和水泥。本發(fā)明適用于這三大領(lǐng)域，但這里著重于在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用。我國(guó)有工業(yè)窯爐16萬(wàn)座以上，年耗煤達(dá)3億t，但平均效率僅40%，比國(guó)外先進(jìn)水平低10%~30%,故節(jié)能潛力超過(guò)l億t煤。全國(guó)有陶瓷企業(yè)二、三千家，它們多數(shù)設(shè)備陳舊、工藝落后，不僅能耗大且產(chǎn)品質(zhì)量也差，廢品率很高。在廢品中燒成工藝造成的廢品占大多數(shù)，這就使陶瓷業(yè)成本上升，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重。在這二、三千家中真正有實(shí)力的不過(guò)百家,而這近百家企業(yè)與國(guó)外窯爐業(yè)一樣，也都遇到了前所未有的嚴(yán)峻考驗(yàn)窯爐的巨大煤、油耗和它們對(duì)環(huán)境的各種污染。當(dāng)前的節(jié)能減排形勢(shì)，使它們共同面臨關(guān)停、搬遷或提升轉(zhuǎn)產(chǎn)的生死關(guān)頭。與國(guó)內(nèi)外的各行各業(yè)一樣，在陶瓷業(yè)中也出現(xiàn)了節(jié)能減排的行動(dòng)與技術(shù)，但它們并沒(méi)有突破傳統(tǒng)的熱源，因此目前和今后的節(jié)能減排效果均很有限。最近美國(guó)開(kāi)發(fā)出多功能的數(shù)字化玻璃陶瓷窯爐，它主要用于研究實(shí)驗(yàn)，總有效體積3m3，加熱方式是將發(fā)熱體安裝在爐頂、底及四面爐壁上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)坯體的均勻加熱，用較先進(jìn)的耐火材料，提高保溫性能，節(jié)能效果好。該窯爐有數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)燒成制度的相關(guān)各方面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最佳測(cè)控。但它機(jī)構(gòu)復(fù)雜，仍使用傳統(tǒng)能源，窯爐的污染問(wèn)題依然，且它的重要性在于實(shí)驗(yàn)研究，不能形成大的生產(chǎn)能力。陶瓷成形后的坯體要經(jīng)過(guò)干燥和燒成工序，這兩工序都要大量熱能，傳統(tǒng)生產(chǎn)中，這熱源絕大多數(shù)為煤炭和重油，近年也有用天然氣和煤氣的，個(gè)別有用電的。這些能源都是不可再生的，都直接間接排放C02,多數(shù)還產(chǎn)生有害氣體NOx和SOx以及煙塵，常會(huì)降低陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量。它們產(chǎn)生的熱量(溫度)在使用過(guò)程往往不能實(shí)時(shí)和精確控制，因而造成干燥和燒成過(guò)程的大量廢品。本發(fā)明將最重要的可再生能源太陽(yáng)能和風(fēng)能用于耗能大戶(hù)的窯爐，將最清潔的可再生能源替代煤、油燃料，從而為陶瓷業(yè)的綠色生產(chǎn)開(kāi)辟了普遍的可行、有最大性?xún)r(jià)比的生產(chǎn)設(shè)施。窯爐生產(chǎn)需要的熱量很大，至少是幾千kw;它所需的溫度很高，多在幾百130(TC之間；它需要連續(xù)供應(yīng)熱量，一個(gè)生產(chǎn)周期為幾小時(shí)幾天；在一次生產(chǎn)中，坯體在窯爐內(nèi)經(jīng)歷的環(huán)境(溫度、氣氛)是變化的，因此要對(duì)它們實(shí)時(shí)測(cè)量與控制；為保證燒成質(zhì)量，坯體各部位和多層碼裝產(chǎn)品的上、下坯體，受熱要較均勻。在傳統(tǒng)窯爐中，上述各方面都是由燒咀的數(shù)量與分布、供給燒咀的燃料數(shù)量和空氣等來(lái)控制的。對(duì)用煤窯爐則由人工投煤來(lái)控制。這些實(shí)際上很難控制與優(yōu)化。為了燃燒產(chǎn)熱和排煙，傳統(tǒng)窯爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它所出產(chǎn)品，常因燒成制度的難以實(shí)現(xiàn)和燃料對(duì)坯體的污染，而造成大量廢品與次品。太陽(yáng)能風(fēng)能陶瓷窯爐完全避免了燃燒過(guò)程，它沒(méi)有燒咀和排煙等燃燒裝置；它的熱源為太陽(yáng)能和風(fēng)能經(jīng)光一電轉(zhuǎn)換成的熱能并貯于地下的高溫U40(TC土)的熱能；它所需的熱能是由介質(zhì)——空氣由地下貯熱場(chǎng)帶到窯內(nèi)的；這熱空氣介質(zhì)在進(jìn)入窯爐之前，可根據(jù)燒成制度的要求進(jìn)行測(cè)試和調(diào)控；對(duì)需要溫度低于熱源溫度的預(yù)干燥和預(yù)熱帶可以引入適量冷空氣，使混合空氣溫度達(dá)到所要的溫度，也可引入部分水蒸氣以滿(mǎn)足預(yù)干燥對(duì)相對(duì)濕度的要求；當(dāng)熱成帶所需溫度高于熱源溫度時(shí)，也可通過(guò)熱電阻對(duì)熱源空氣進(jìn)行調(diào)(補(bǔ))溫并檢測(cè)其溫度。同樣，在高溫階段可根據(jù)燒成氣氛的不同，在熱空氣進(jìn)入窯內(nèi)之前摻加部分氧氣(采用氧化氣氛)或摻加CO氣(采用還原氣氛)。這種調(diào)整過(guò)氣氛的熱空氣要經(jīng)過(guò)氣體分析儀測(cè)定02含量和CO含量后再輸入窯腔內(nèi)。顯然，先經(jīng)過(guò)調(diào)溫以及調(diào)02和CO的熱空氣，能夠簡(jiǎn)便易行地且完全準(zhǔn)確地實(shí)施燒成制度，為產(chǎn)品的優(yōu)良提供了保證。本發(fā)明得以實(shí)施的先決條件是"光一電和風(fēng)—電的電一熱轉(zhuǎn)換共貯與連續(xù)恒溫利用"(本人的另一發(fā)明)的實(shí)施，現(xiàn)將該技術(shù)簡(jiǎn)介如下說(shuō)明書(shū)附圖l的說(shuō)明本技術(shù)將鎳鉻鋼管埋于地下，以鋼管周?chē)暗[為貯熱介質(zhì)；以鎳鉻鋼管作為電-熱轉(zhuǎn)換器件，光-電或風(fēng)-電流經(jīng)鎳鉻鋼管時(shí)，此鋼管的高電阻使電能轉(zhuǎn)換成熱能。加熱了的鋼管，為流經(jīng)其內(nèi)部的空氣加熱，產(chǎn)生的熱氣流可供任何需要熱能的場(chǎng)所(干燥車(chē)間、高溫滅菌或蒸煮工藝，也可供采暖和多功能溫室使用，也可在無(wú)陽(yáng)光時(shí)供給溫差發(fā)電裝置)；還為其管外空間加熱，將熱量貯于管外的介質(zhì)中。管外貯熱介質(zhì)，在表土較厚但場(chǎng)地較廣的條件下，可用礫石和干砂。礫石放置在緊貼鋼管外一圈的位置，礫徑由大(>50mm)到小(約2mm)放在鋼管外周邊，小礫石周邊之外，堆放經(jīng)分選的干砂(粒徑1.5im左右)。如此放置礫石和砂子，是為了礫、砂顆粒之間有較多的連通的孔隙。當(dāng)鋼管通電產(chǎn)熱時(shí)，礫和砂能將熱量由管邊傳向四周，而顆粒間的空氣受熱膨脹會(huì)以更快的速度流向更遠(yuǎn)的地下空間，它將熱量帶傳遠(yuǎn)處。當(dāng)鋼管無(wú)電流時(shí)，己加熱了的管外礫石和空氣向管子壁供熱，使管內(nèi)的空氣從管外介質(zhì)(礫、砂和空氣)獲得熱量，由于砂、礫的熱容量為空氣的3000—4000倍，所以，在一定時(shí)間內(nèi)將以相同的溫度供應(yīng)熱空氣。這時(shí)，鋼管外的熱固體和氣體為流動(dòng)于鋼管內(nèi)的冷空氣加熱，鋼管又成了固一氣和氣一氣熱交熱器，且效率很高。為節(jié)省占地和減小埋深，這鎳鉻鋼管可做成"u"字形。說(shuō)明書(shū)附圖1(左)為"U"形鋼管的俯視圖，附圖1(右)為側(cè)視圖。圖中1、2為"U"形鋼管的豎直部分。l為鋼管進(jìn)氣口，它與可調(diào)速的空氣泵連接；它還是風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電的接線柱。2為"U"形鋼管的排氣口，熱空氣可經(jīng)它送傳各種用熱場(chǎng)所；它還是風(fēng)-電或光-電輸出的另一接線柱。只要場(chǎng)地足夠大，1和2管段的間距盡可能大，它們的間距越大貯熱能空間越大，這貯熱用熱裝置能穩(wěn)定供熱的天數(shù)越多。l和2管段的垂直長(zhǎng)度，取2m左右。3為"U"形鋼管的水平部分。"U"形鋼管的總長(zhǎng)度(即1——3——2)和其斷面積大小，應(yīng)與光-電和風(fēng)-電的輸出的最小電能相匹配。4為鋼管周?chē)牡[石層。5為礫石外圍的大致等粒徑的砂層。6為未經(jīng)篩分的一般沙土。7為保溫材料層。8為混凝土地面，其功能是防止熱空氣流失；防止空氣過(guò)熱從而壓力過(guò)大時(shí)地面開(kāi)裂甚至爆炸；防止雨水滲入地下(這會(huì)使砂、礫層潮濕、導(dǎo)電)。9為彈簧式安全閥，當(dāng)?shù)叵聹囟冗^(guò)高、空氣體積膨脹、壓力驟增超過(guò)混凝土地面的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度之前，彈簧受壓縮而放氣降壓。10為絕緣板(墻)，防止1和2之間的短路。當(dāng)絕緣有保證時(shí)，也可不設(shè)此絕緣板。本發(fā)明與傳統(tǒng)窯爐相比，①改能源為太陽(yáng)能和風(fēng)能；②以熱空氣作介質(zhì)為坯體供熱；③燒成參數(shù)是在進(jìn)入窯腔前調(diào)制好的。除此之外，沒(méi)有改變所有各類(lèi)窯的任何部分(只是把燃燒有關(guān)的部件全去掉了)，所以它適用于各種陶瓷窯爐的新建和改造。下面以它在輥道窯的實(shí)施為例。附圖2為輥道窯的示意圖現(xiàn)代輥道窯都采用模塊裝配式結(jié)構(gòu)，窯體分節(jié)，圖中l(wèi)、2、3……29代表29個(gè)模段(29節(jié))。一般模段長(zhǎng)2.2m左右。生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)產(chǎn)品的燒成制度，靈活地選用各種窯長(zhǎng)，形成適于生產(chǎn)特定產(chǎn)品的輥道系列。附圖2中，A所示眾模段為預(yù)干燥帶，E為預(yù)熱帶，G為熱成帶(相當(dāng)于傳統(tǒng)窯爐的燒成帶)，O為冷卻帶。X為位于模段上的裂隙式熱氣噴咀。它們?cè)谙嗤G壁上、下交錯(cuò)分布，左右窯壁亦交錯(cuò)分布，以很好地造成紊流，使坯體均勻受熱。各熱氣噴咀的熱氣主要來(lái)自附圖1的產(chǎn)熱鎳鉻鋼管。在預(yù)干燥帶(坯體入口處)一為可調(diào)控溫度和相對(duì)濕度的風(fēng)機(jī)。二為將預(yù)干燥帶的濕空氣排出的風(fēng)機(jī)。在預(yù)干燥帶，兩壁熱氣噴咀供給的空氣溫度一般不超過(guò)300°C,(要與適當(dāng)濕度相配合)。以熱空氣為干燥介質(zhì)的干燥方法，廣泛用于日用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷以及電瓷等的坯體的干燥，在這里這種干燥法用于輥道窯，成了這種自動(dòng)生產(chǎn)線的首道工序。熱空氣干燥法根據(jù)對(duì)空氣溫度和濕度的不同控制，有三種基本干燥工藝制度，它們是低溫高濕干燥、低溫逐漸升溫干燥和控制濕度干燥。由于本發(fā)明具備能夠靈活調(diào)控干燥介質(zhì)濕度和溫度的風(fēng)機(jī)，建議選用控制濕度干燥法，因它制度合理，干燥質(zhì)量好，干燥周期短，適用于包括大而厚的坯體在內(nèi)的各種坯體的干燥。在預(yù)干燥帶A中，一為溫度與濕度都可調(diào)控和檢測(cè)的風(fēng)機(jī)，二為將預(yù)干燥帶中的濕空氣排除，以提高干燥效率的風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)二排出的濕空氣，在脫除過(guò)多水分后可送風(fēng)機(jī)一循環(huán)利用。在預(yù)熱帶E,溫度一般控制在300~400'C,50060(TC和〈900'C。三為排熱氣風(fēng)機(jī)，此風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)二應(yīng)保持相同的負(fù)壓，以免模段5與模段6之間產(chǎn)生濕空氣和熱空氣的交流。風(fēng)機(jī)三排出的熱空氣，可回送到模段7至21復(fù)用，但均需經(jīng)調(diào)控溫度并經(jīng)檢測(cè)。熱成帶G:溫度在100(TC士，直到最高熱成溫度(附表)。四為氣氛調(diào)控風(fēng)機(jī)，其中一條橫線代表供02風(fēng)機(jī)，另一條代表供CO風(fēng)機(jī)，輥道窯各類(lèi)產(chǎn)品的最高熱成溫度與時(shí)間<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>它們可分別向模段17至21配送適量的02和CO，以形成氣氛制度所要求的強(qiáng)氧化氣氛(游離氧含量8%10%)和一般氧化氣氛(游離氧含量4%5%)以及強(qiáng)還原氣氛(CO含量3%~6%)和弱還原氣氛(CO含量1.5%~2.5%)。為保證窯內(nèi)氧化氣氛順利轉(zhuǎn)換成還原氣氛，傳統(tǒng)窯爐要求正確使用氣氛幕，要求它的位置、風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)溫要適當(dāng)。本發(fā)明中，由噴咀噴入熱成帶的空氣的02含量和CO含量以及溫度都在噴入窯腔相應(yīng)位置前調(diào)配好并經(jīng)檢測(cè)的，故不用氣氛幕，只要相鄰噴咀的熱氣壓壓力相等即可。同理，傳統(tǒng)窯爐對(duì)各窯位氣氛的測(cè)試在本技術(shù)中也沒(méi)有必要。熱成帶(傳統(tǒng)叫法稱(chēng)為燒成帶)應(yīng)控制好最高熱成(這里沒(méi)有燃燒，故稱(chēng)為熱成)溫度。最高熱成溫度的控制很重要，一般將最高熱成溫度安排在熱成帶最后l、2模段之間，生產(chǎn)上可通過(guò)試生產(chǎn)準(zhǔn)確確定。注意最高熱成溫度過(guò)前，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易使制品過(guò)燒變形；過(guò)后，則保溫不足，易生燒。在冷卻帶0:模段22為急冷段，急冷空氣由風(fēng)機(jī)五供給。對(duì)大件裸裝產(chǎn)品，為避免冷風(fēng)噴入不均勻引起產(chǎn)品炸裂，可在急冷風(fēng)中摻入部分由風(fēng)機(jī)三排出的熱空氣，或調(diào)配200'C以下的熱空氣作急冷用。急冷中要注意防止降溫太急引起的產(chǎn)品炸裂。模段23為過(guò)渡段。模段24一26為抽熱段，它由風(fēng)機(jī)六將成品放出的熱量產(chǎn)生的熱空氣抽出，抽出的熱空氣可并入熱源空氣，重復(fù)使用。風(fēng)機(jī)六抽出的空氣，由其前后的急冷段和吸冷段的空氣補(bǔ)充，要注意冷卻帶空氣進(jìn)出的平衡。七為風(fēng)扇排，它們將產(chǎn)品吹冷至常溫。這吹冷段為成品的出口。所有排放的熱都循環(huán)使用，當(dāng)循環(huán)使用熱量尚有富裕時(shí)，亦可供建筑取暖和溫室等民用。本發(fā)明只使用太陽(yáng)能和風(fēng)能。目前使用這兩種能源的設(shè)備的投資均較大，但風(fēng)能投資相對(duì)小很多，在風(fēng)能資源豐富地區(qū)，盡可能利用風(fēng)力發(fā)電，在一般地區(qū)可風(fēng)電太陽(yáng)能電互補(bǔ)。對(duì)目前正準(zhǔn)備搬遷的窯爐建議將新址選在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，如海濱地區(qū)。由于窯爐生產(chǎn)過(guò)程也有少量機(jī)械(如成型機(jī)械等)需要電能，所以窯爐還應(yīng)配備能大功率放電的鋰離子電池。有時(shí)熱成制度要求溫度很高(可能超過(guò)熱源空氣，達(dá)1400。C)，鋰離子電池還可為熱源空氣加溫。也可用于場(chǎng)院照明等，亦可考慮并網(wǎng)供電。太陽(yáng)能和風(fēng)能的一性投資雖大，但它可使用20年以上，使用期內(nèi)不要投資，使用費(fèi)用也極少。權(quán)利要求1、太陽(yáng)能風(fēng)能陶瓷燒成制度可控窯爐為節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)技術(shù)，其特征在于a、以太陽(yáng)能和風(fēng)能為熱源；b、太陽(yáng)能和風(fēng)能經(jīng)轉(zhuǎn)換成電能后，再轉(zhuǎn)換成熱能貯于地下，可隨時(shí)連續(xù)取用高溫?zé)峥諝?；c、窯爐內(nèi)沒(méi)有燃燒工序和相應(yīng)裝置；d、以熱空氣為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)燒成制度下的對(duì)坯體的干燥與燒成；e、燒成參數(shù)是在熱空氣進(jìn)入窯腔(噴出噴頭)前調(diào)控到符合燒成制度要求的，并經(jīng)檢測(cè)；f、一般不會(huì)因干燥和燒成工序產(chǎn)生廢品和次品。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，在每個(gè)模段設(shè)4個(gè)裂隙式噴頭。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，窯頭模段設(shè)溫度和濕度可調(diào)控、檢測(cè)的風(fēng)機(jī)。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，在預(yù)干燥帶末設(shè)排濕風(fēng)機(jī)，它與相鄰的預(yù)熱帶的排熱氣風(fēng)機(jī)等壓。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，將預(yù)熱帶排熱氣風(fēng)機(jī)排出的熱空氣回送到預(yù)熱帶和熱成帶循環(huán)使用。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，設(shè)氣氛調(diào)控風(fēng)機(jī)2臺(tái)，分別為熱成帶噴咀配供02和C0，以營(yíng)造氧化氣氛和還原氣氛。7、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，氣氛調(diào)控風(fēng)機(jī)與急冷空氣風(fēng)機(jī)等壓。8、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，將太陽(yáng)能風(fēng)能產(chǎn)生的直流電貯于可大功率放電的鋰離子電池。9、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，將太陽(yáng)能風(fēng)能轉(zhuǎn)換成的電能用于其它機(jī)械和照明。10、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，將窯爐富裕的熱空氣供應(yīng)生產(chǎn)和民用。全文摘要太陽(yáng)能風(fēng)能陶瓷窯爐是燒成制度可準(zhǔn)確控制的，沒(méi)有燃燒，不用煤，油、氣的綠色生產(chǎn)設(shè)施；它可使陶瓷產(chǎn)品在干燥和燒成工序中不出廢品和次品。它將太陽(yáng)能和風(fēng)能先轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽俎D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，貯存于地下備用；無(wú)論任何天氣和黑夜都可連續(xù)穩(wěn)定地供應(yīng)高溫空氣，為坯體干燥和燒成。適用于各類(lèi)窯爐的新建和改造，可生產(chǎn)普通面磚、瓷質(zhì)磚、衛(wèi)生陶瓷和日用瓷等。本技術(shù)以輥道窯為例，給出了其結(jié)構(gòu)和燒成制度。在電量和熱能富裕時(shí)還可為陶瓷生產(chǎn)的其它工序提供電力，為建筑和溫室供熱取暖。它可形成離網(wǎng)或并網(wǎng)的可再生能源系統(tǒng)。文檔編號(hào)C04B35/64GK101560107SQ200810093658公開(kāi)日2009年10月21日申請(qǐng)日期2008年4月18日優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日發(fā)明者楊佳昱,音鐘,鐘顯亮,黃福元申請(qǐng)人:鐘顯亮