倒焰窑

一种间歇式的烧成窑炉

倒焰窑是指一种间歇式的烧成窑炉。主要由燃烧室、窑膛、窑底烟道等组成。特点为构造简单，但热效率不高。用于硅酸盐、冶金、化工等工业。

简述

倒焰窑是由升焰窑、馒头窑发展而来的，是我国陶瓷工业中使用较久、较广的一种间歇式火焰窑，其特殊的烟气流动形式与工作流程对现代陶瓷窑炉的设计仍有一定的参考价值。

倒焰窑大多用煤作燃料，在20世纪七八十年代我国电建造了不少以重油为燃料的倒焰窑，但它们的工作流程大致相同。为煤烧倒焰窑的工作流程，将煤加进燃烧室的炉栅上，一次空气由灰坑穿过炉栅，经过煤层与煤进行燃烧。燃烧产物自挡火墙和窑墙所围成的喷火口至窑顶，再经过窑内制品倒流至窑底，由吸火孔、支烟道及主烟道流向烟囱并被排出。在火焰流经制品时，其热量以对流和辐射的方式传给制品。

工作原理

倒焰窑是根据窑内火焰的流动情况命名的，其工作流程如图1《倒焰窑工作示意图》所示。燃料燃烧的火焰从燃烧室进入烧成窑室后向上冲向拱顶，受到拱顶的阻挡和窑底烟道的抽力而折向下运动，流经坯体或承载坯体的窑具的料垛，并将热能传递给坯体，使坯体在加热时发生物理化学变化而最终烧结，火焰则通过窑底的吸火孔汇集到烟道，由烟囱排出。由于火焰在窑内流动过程是向上至拱顶后又向下流动，故称之为倒焰窑。

结构

倒焰窑的结构包括三个主要部分：窑体、燃烧设备和通风设备。

窑体

倒焰窑的窑体从外形来分有圆形和矩形两种。圆窑具有很多优点：一是窑内水平温度比方窑要均匀，因为火箱依圆周平均分布，窑内没有死角，且每—要均匀，因为火箱依圆周平均分布，窑内没有死角，且每个火箱控制的加热面积为扇形，近火箱处是圆窑底的外围，加热面积大，而远离火箱的窑中心加热面积渐趋于零，这符合热量分布条件，使窑中心与四周的温度差很小；二是窑室容积在相同的条件下，圆窑比矩形窑有较小的窑墙侧面积及较小的砌筑砖体积。因此。圆窑窑体向外界散失和积聚的热量比矩形窑少，即单位制品的燃料消耗量相应较少。但圆窑的直径增至很大时，增加了每个火箱所控制的加热范同，凶而增加了窑内横截面上的温度差；另外，圆窑砌筑要用大量的异形砖，尤其是其窑顶是一个球缺，其形状复杂，砌筑更为困难。因此圆窑不宜容积过大，也不宜容积过小。而矩形窑可以维持窑的宽度不变，通过加长窑的长度来增大窑的容积以保证每个火箱所控制的加热面积不变。所以容积为100 m3以上的窑多为矩形，而由于砌筑上的原因，容积不大的窑也多为矩形。

燃烧设备

倒焰窑的燃烧设备一般由燃烧室、挡火墙与喷火口组成。

烧煤和油的倒焰窑都需要设置燃烧室，只是烧油的燃烧室不用设置炉栅和灰坑，在加煤口上安装油烧嘴即可。燃烧室的大小可根据每小时最大燃料消耗量来计算，但计算很复杂，而且算出的结果也未必准确。因此，往往是直接采用生产经验数据，即根据每10m3窑的容积应具有多少m3炉栅面积，或是炉栅总面积占窑底面积的百分比来决定。

挡火墙的设置在倒焰窑中具有重要意义，其作用是使火焰具有一定的方向和流速并合理地送至窑内，且能防止一部分煤灰入窑污染制品。挡火墙的高低严重影响窑内上、下部的温差，挡火墙太低，则火焰大部分到不了窑顶，而直接进入窑的下部，使窑的上部温度低，下部温度高；反之，挡火墙太高，则把火焰全部送至窑顶，甚至集中在窑的最顶点，只靠火焰由顶部向下流动时把热量传给制品，又造成上、下部的温差大，即上部制品过烧而下部生烧。所以，合理设计挡火墙的高低，可使大部分火焰送到窑顶，小部分直接进入窑的下部。有时还在挡火墙上开几个小通孔，用以调节窑的上、下部的温度。挡火墙一般比窑底高出0.5～1.0 m，对于容积大的窑的挡火墙应取高些，小窑则取低些。另外，应根据窑的实际操作情况，即窑内上、下部的温度分布情况来调整挡火墙的高度。

喷火口为挡火墙与火箱上面的窑墙之间的长方形截面空间，喷火口的截面面积过大，则火焰喷出速度小，使火焰喷出无力，不能到达窑顶和窑的中心，造成窑上部温度低、下部温度高，且占据窑内容积过多，减少制品的装载量。但是，喷火口也不能太小，以免火焰喷出时阻力太大，喷出困难，容易把燃烧室耐火砖及炉栅烧坏，且易造成窑内下部制品生烧的现象。一般喷火口截面面积约占炉栅水平面面积的20%～25%。

排烟通风系统

倒焰窑的排烟通风系统包括窑底吸火孔、支烟道、主烟道和烟囱。

倒焰窑吸火孔的作用相当于隧道窑排烟口的作用。倒焰窑是倒焰的，由窑底排娴，故吸火孔设在窑底。吸火孔总面积的大小和分布情况，对窑的操作控制和窑内水平截面上的温度均匀性关系极大。

支烟道分布在窑底吸火孔的下面，起连接吸火孔和主烟道的作用，而主烟道则是连接支烟道和烟囱的。为使烟囱对窑内各吸火孔的抽力基本相同，也就是使窑内温度分布均匀，支烟道多做成蜘蛛网式或“非”字形，窑底中心有一垂直烟道和主烟道相连，但其结构复杂，地基较深，还要注意地下水的位置。矩形窑支烟道多做成“非”字形，主烟道两端相通。主烟道是连接支烟道和烟囱的烟气通道，其作用是汇集烟气并流经烟囱将烟气排出室外。主烟道的横截面面积原则上比支烟道总截面面积大些，至少也要相等，另外还应考虑便于清理烟道的积灰以及离烟囱的远近来确定主烟道的截面大小。主烟道截面的高度一般大于宽度，有利于烟道上闸板对排烟的控制。主烟道的长度一般不要超过10 m，否则烟气在主烟道里温度降低太多，会减小烟囱的抽力，且增加建筑费用。主烟道上的闸板位置不宜紧靠烟囱，以使烟气在闸板至烟囱底部有一段较稳定的流动，不至于因闸板的少许变化而引起窑内压力的较大波动。

倒焰窑一般靠烟囱自然通风排烟，烟囱的高度直接影响其抽力，可以通过气体流体力学理论计算烟囱高度。为便于操作，一般是两座窑共用一个烟囱，设在两窑主烟道汇合处，且各自都设有烟道闸板。当这座窑冷窑不用烟囱时，就烧那座窑。这样不但彼此不受影响，反而使烟囱长期处于热的状态，克服了烧窑在低温阶段烟囱抽力不足的缺陷，有利于烧窑操作，并且节省了建筑费用。这样设计的烟囱，实际上等于一座窑使用，不必考虑烟囱加高加大的问题。

特点

倒焰窑与直焰式的立窑（冲天炉）相比延长了火焰在窑内的流动的距离和停留时间，使窑内温度场分布的均匀性有所改善。窑体尺寸可大可小，能适合大尺寸电瓷坯体的烧成。所以在百余年的电瓷生产中一直发挥着主要热工设备的作用，只不过近二三十年才逐渐地被现代车底窑所替代。

倒焰窑为间歇式作业的热工设备，优点是能适应不同的产品；不同烧成制度的烧成，较为灵活，间歇式作业、窑底固定的结构使其热效率不高，装出窑不方便。

烟囱为迫使火焰向下进入吸火孔提供抽力，烟囱的抽力有限，因此烟气在窑内流动速度和传热效率均不高，热气流由上向下缓慢地流动时出现分层现象，导致温度场沿高度方向出现较大的温差。为缩小室内温度分布不均匀而延长烧成（保温）时间，使烧成周期加长，热效率下降。

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