倒焰窯是指一種間歇式的燒成窯爐。主要由燃燒室、窯膛、窯底煙道等組成。特點為構造簡單，但熱效率不高。用於矽酸鹽、冶金、化工等工業。
基本介紹
- 中文名：倒焰窯
- 外文名：down draught kiln
- 組成：窯體、燃燒設備和通風設備
- 特點：構造簡單，但熱效率不高
- 套用：矽酸鹽、冶金、化工等
- 用途：冶金學
簡述,工作原理,結構,窯體,燃燒設備,排煙通風系統,特點,
簡述
倒焰窯是由升焰窯、饅頭窯發展而來的，是我國陶瓷工業中使用較久、較廣的一種間歇式火焰窯，其特殊的煙氣流動形式與工作流程對現代陶瓷窯爐的設計仍有一定的參考價值。
倒焰窯大多用煤作燃料，在20世紀七八十年代我國電建造了不少以重油為燃料的倒焰窯，但它們的工作流程大致相同。為煤燒倒焰窯的工作流程，將煤加進燃燒室的爐柵上，一次空氣由灰坑穿過爐柵，經過煤層與煤進行燃燒。燃燒產物自擋火牆和窯牆所圍成的噴火口至窯頂，再經過窯內製品倒流至窯底，由吸火孔、支煙道及主煙道流向煙囪並被排出。在火焰流經製品時，其熱量以對流和輻射的方式傳給製品。
工作原理
倒焰窯是根據窯內火焰的流動情況命名的，其工作流程如圖1所示。燃料燃燒的火焰從燃燒室進入燒成窯室後向上沖向拱頂，受到拱頂的阻擋和窯底煙道的抽力而折向下運動，流經坯體或承載坯體的窯具的料垛，並將熱能傳遞給坯體，使坯體在加熱時發生物理化學變化而最終燒結，火焰則通過窯底的吸火孔匯集到煙道，由煙囪排出。由於火焰在窯內流動過程是向上至拱頂後又向下流動，故稱之為倒焰窯。
圖1倒焰窯工作示意圖
圖1倒焰窯工作示意圖結構
倒焰窯的結構包括三個主要部分：窯體、燃燒設備和通風設備。
窯體
倒焰窯的窯體從外形來分有圓形和矩形兩種。圓窯具有很多優點：一是窯內水平溫度比方窯要均勻，因為火箱依圓周平均分布，窯內沒有死角，且每—要均勻，因為火箱依圓周平均分布，窯內沒有死角，且每個火箱控制的加熱面積為扇形，近火箱處是圓窯底的外圍，加熱面積大，而遠離火箱的窯中心加熱面積漸趨於零，這符合熱量分布條件，使窯中心與四周的溫度差很小；二是窯室容積在相同的條件下，圓窯比矩形窯有較小的窯牆側面積及較小的砌築磚體積。因此。圓窯窯體向外界散失和積聚的熱量比矩形窯少，即單位製品的燃料消耗量相應較少。但圓窯的直徑增至很大時，增加了每個火箱所控制的加熱范同，凶而增加了窯內橫截面上的溫度差；另外，圓窯砌築要用大量的異形磚，尤其是其窯頂是一個球缺，其形狀複雜，砌築更為困難。因此圓窯不宜容積過大，也不宜容積過小。而矩形窯可以維持窯的寬度不變，通過加長窯的長度來增大窯的容積以保證每個火箱所控制的加熱面積不變。所以容積為100 m3以上的窯多為矩形，而由於砌築上的原因，容積不大的窯也多為矩形。
燃燒設備
燒煤和油的倒焰窯都需要設定燃燒室，只是燒油的燃燒室不用設定爐柵和灰坑，在加煤口上安裝油燒嘴即可。燃燒室的大小可根據每小時最大燃料消耗量來計算，但計算很複雜，而且算出的結果也未必準確。因此，往往是直接採用生產經驗數據，即根據每10m3窯的容積應具有多少m3爐柵面積，或是爐柵總面積占窯底面積的百分比來決定。
擋火牆的設定在倒焰窯中具有重要意義，其作用是使火焰具有一定的方向和流速併合理地送至窯內，且能防止一部分煤灰入窯污染製品。擋火牆的高低嚴重影響窯內上、下部的溫差，擋火牆太低，則火焰大部分到不了窯頂，而直接進入窯的下部，使窯的上部溫度低，下部溫度高；反之，擋火牆太高，則把火焰全部送至窯頂，甚至集中在窯的最頂點，只靠火焰由頂部向下流動時把熱量傳給製品，又造成上、下部的溫差大，即上部製品過燒而下部生燒。所以，合理設計擋火牆的高低，可使大部分火焰送到窯頂，小部分直接進入窯的下部。有時還在擋火牆上開幾個小通孔，用以調節窯的上、下部的溫度。擋火牆一般比窯底高出0.5～1.0 m，對於容積大的窯的擋火牆應取高些，小窯則取低些。另外，應根據窯的實際操作情況，即窯內上、下部的溫度分布情況來調整擋火牆的高度。
噴火口為擋火牆與火箱上面的窯牆之間的長方形截面空間，噴火口的截面面積過大，則火焰噴出速度小，使火焰噴出無力，不能到達窯頂和窯的中心，造成窯上部溫度低、下部溫度高，且占據窯內容積過多，減少製品的裝載量。但是，噴火口也不能太小，以免火焰噴出時阻力太大，噴出困難，容易把燃燒室耐火磚及爐柵燒壞，且易造成窯內下部製品生燒的現象。一般噴火口截面面積約占爐柵水平面面積的20%～25%。
排煙通風系統
倒焰窯的排煙通風系統包括窯底吸火孔、支煙道、主煙道和煙囪。
倒焰窯吸火孔的作用相當於隧道窯排煙口的作用。倒焰窯是倒焰的，由窯底排嫻，故吸火孔設在窯底。吸火孔總面積的大小和分布情況，對窯的操作控制和窯內水平截面上的溫度均勻性關係極大。
支煙道分布在窯底吸火孔的下面，起連線吸火孔和主煙道的作用，而主煙道則是連線支煙道和煙囪的。為使煙囪對窯內各吸火孔的抽力基本相同，也就是使窯內溫度分布均勻，支煙道多做成蜘蛛網式或“非”字形，窯底中心有一垂直煙道和主煙道相連，但其結構複雜，地基較深，還要注意地下水的位置。矩形窯支煙道多做成“非”字形，主煙道兩端相通。主煙道是連線支煙道和煙囪的煙氣通道，其作用是匯集煙氣並流經煙囪將煙氣排出室外。主煙道的橫截面面積原則上比支煙道總截面面積大些，至少也要相等，另外還應考慮便於清理煙道的積灰以及離煙囪的遠近來確定主煙道的截面大小。主煙道截面的高度一般大於寬度，有利於煙道上閘板對排煙的控制。主煙道的長度一般不要超過10 m，否則煙氣在主煙道里溫度降低太多，會減小煙囪的抽力，且增加建築費用。主煙道上的閘板位置不宜緊靠煙囪，以使煙氣在閘板至煙囪底部有一段較穩定的流動，不至於因閘板的少許變化而引起窯內壓力的較大波動。
倒焰窯一般靠煙囪自然通風排煙，煙囪的高度直接影響其抽力，可以通過氣體流體力學理論計算煙囪高度。為便於操作，一般是兩座窯共用一個煙囪，設在兩窯主煙道匯合處，且各自都設有煙道閘板。當這座窯冷窯不用煙囪時，就燒那座窯。這樣不但彼此不受影響，反而使煙囪長期處於熱的狀態，克服了燒窯在低溫階段煙囪抽力不足的缺陷，有利於燒窯操作，並且節省了建築費用。這樣設計的煙囪，實際上等於一座窯使用，不必考慮煙囪加高加大的問題。
特點
倒焰窯與直焰式的立窯（沖天爐）相比延長了火焰在窯內的流動的距離和停留時間，使窯內溫度場分布的均勻性有所改善。窯體尺寸可大可小，能適合大尺寸電瓷坯體的燒成。所以在百餘年的電瓷生產中一直發揮著主要熱工設備的作用，只不過近二三十年才逐漸地被現代車底窯所替代。
倒焰窯為間歇式作業的熱工設備，優點是能適應不同的產品；不同燒成制度的燒成，較為靈活，間歇式作業、窯底固定的結構使其熱效率不高，裝出窯不方便。
煙囪為迫使火焰向下進入吸火孔提供抽力，煙囪的抽力有限，因此煙氣在窯內流動速度和傳熱效率均不高，熱氣流由上向下緩慢地流動時出現分層現象，導致溫度場沿高度方向出現較大的溫差。為縮小室內溫度分布不均勻而延長燒成（保溫）時間，使燒成周期加長，熱效率下降。
