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努力發揮隧道窯的先進性 發布人:技術中心  發布日期:2017-2-20  信息狀態:推薦

努力發揮隧道窯的先進性


趙鎮魁  周大林  嚴彥


        隧道窯是一種比較先進的熱工設備。由於不少磚廠在使用過程中嚐到了甜頭,對它的認可度正在快速攀升。但是,仍有一些磚廠由於設計和使用不當,發揮不出隧道窯應有的作用,有的甚至成了製約生產的瓶頸。為了更好的發揮隧道窯的先進性,必須糾正不恰當的做法。

現就如何正確處理當前出現的問題,談些看法:

1、應製定合理的燒成製度

製定燒成製度應遵循的原則是:在確保燒成質量的前提下,實現快速燒成,以達到高產、低消耗的目的。

製定燒成製度應考慮得因素:

1)根據坯體原料的化學成分和礦物成分可以初步判斷燒成溫度和燒結溫度範圍,以及在焙燒過程的不同溫度階段分解氣體量的多少;

2)根據差熱曲線了解坯體吸熱和放熱情況,再通過綜合判斷,可確定製品各階段極限升溫速率和最大加熱速度;

3)根據熱膨脹曲線了解坯體在加熱期間的尺寸變化,可以初步確定燒成溫度以及燒成溫度範圍;

4)然後在電爐中試燒,進一步確定燒成溫度以及燒成溫度範圍,加熱速度等;

5)了解窯爐結構特點,合理的碼窯圖,燃料種類以及調節的靈活性;

6)調查了解同類原料和產品生產以及實驗資料。

磚瓦焙燒時間,有的長達60餘小時。長時間的焙燒,不僅增加了燃料及電力消耗,而且影響了窯爐及其附屬設備的有效利用,牽製了生產能力的發揮。須知,隻有在坯體局部受熱,溫度不均時才會開裂。

舉一個例子:甲乙兩個磚廠用同一座頁岩山的原料,均用隧道窯焙燒同一種空心磚。甲廠要的焙燒時間為16小時,乙廠窯的焙燒時間為40小時,甲廠的焙燒速度是乙廠的2.5倍,甲廠燒出的成品質量還優於乙廠。因此,縮短焙燒時間,加速窯爐周轉,是一個值得研究的問題。

2、努力降低係統阻力損失

係統阻力損失越大,電量消耗越多。不但要增加動力設備的能力,增加生產成本,而且限製了窯的產量。降低係統阻力損失意味著節約電能。

降低係統阻力可采用以下措施:

1)坯垛碼得規範。窯內坯垛碼得規範,通道暢通,其長度方向阻力僅約8~10Pa/m;如果坯垛碼得不規範,通道不通暢,其長度方向阻力將成倍增加。坯垛適當稀碼則空隙大、阻力小,在同樣抽力下,有利於氣體流過,可以快速燒成;

2)選取適當流速。流速大,則摩擦阻力和局部阻力都相應增大;流速小,如要保持既定的產量,則會增大投資。應選取適當流速,一般用風機排煙時的流速取8~12m/s

3)對運行中的隧道窯,要經常清除煙道內的積灰,在地下水位較高的地區,要防止煙道內積水;

4)當煙道斷麵需要變化時,應用逐步變化代替突然變化,用圓滑轉彎代替直角轉彎,用緩慢轉彎代替急轉彎,以減少不必要的阻力損失;

5)管路光滑,可以減少摩擦阻力係數;

6)盡量縮短管道長度。

3、控製好零壓點的位置

零壓點是指窯內氣壓與大氣壓相等(即相對壓差為零)的位置。隧道窯的零壓位置常以零壓窯車表示。

控製好零壓點的位置,是正確執行窯內壓力製度和溫度製度的必要條件。

如果零壓位置向預熱帶偏移,勢必造成:(1)坯體在預熱帶升溫過急,導致坯體開裂;(2)致使燒成帶正壓加大,熱損失增加。

如果零壓位置向冷卻帶偏移,勢必造成:(1)預熱帶負壓加大,向窯內漏入冷空氣增多,窯內冷熱氣體分層加劇,坯體預熱不均,當這些坯體進入焙燒帶焙燒時,燒成廢品率增加;(2)產品得不到充分冷卻,高溫產品出窯遇到外界冷空氣,不但有損產品質量,而且增加了熱損失。

控製零壓點位置正確做法是:(1)嚴格按照既定間隔時間進車。例如,窯車長度為3.6m,當最高溫度點向預熱帶方向移動3.6m時,即向窯內進一車,將最高溫度點立即推歸原位。防止以下兩種不恰當的做法:其一是,當最高溫度點向預熱帶方向移動大於3.6m時向窯內進車,並反複如此做法,會導致零壓點向預熱帶大幅度偏移;其二是,當最高溫度點向預熱帶方向移動小於3.6m時向窯內進車,並反複如此做法,會導致零壓點向冷卻帶大幅度偏移:(2)隧道窯是穩定傳熱的焙燒窯爐,在一般正常情況下,各風道的閘閥提起高度和風機配置的變頻器頻率指示位置一旦確定,不宜隨意變動。

如出現異常情況,可借助於風機配置的變頻器和風道閘閥進行調節、控製。

4、高度重視窯車上下壓力平衡

壓力平衡是控製隧道窯熱工製度的重要手段之一。如在隧道窯的檢查坑道的檢查坑道設置擋板、車底閘、強製鼓風和抽風等辦法,使窯車上下(窯道內和窯車底)氣壓達到平衡,以減少漏出熱氣和吸入冷氣,確保窯內壓力製度穩定和減少熱損失,並保護窯車和改善勞動條件。

5、強化窯內有效傳熱

在窯內,用熾熱的火焰加熱磚瓦坯體,坯體溫度逐漸升高,完成焙燒過程成為磚瓦產品。坯體溫度升高是接受了火焰(高溫氣體)傳給它的熱量。已經焙燒好還處於高溫狀態的製品,要用冷空氣使其冷卻,製品冷卻放出的熱量加熱了空氣,使空氣溫度升高。因此,傳熱是窯內發生的重要過程之一。有些傳熱過程是1光棍电影不期望發生的,是有害的,如窯壁傳向外界的熱(散熱),它不但造成熱能無謂損失,而且惡化了環境。

應加強傳熱的研究,以強化和可控製的有效傳熱過程。同時采取密封、保溫和壓力平衡等措施,減弱有害的傳熱以達到提高產品質量、產量和熱能利用率,降低燃料消耗。

6、努力變層流湍流

所謂層流是流體層次分明,互不幹擾的都向著一個主流方向流動,在垂直於主流方向上的速度接近於零。層流會導致氣體分層,使得窯內溫差增大。

所謂湍流就宏觀而言,流體質點無規則的脈動呈現紊亂狀態,但仍有一個質點運動的主流方向。湍流有利於對流傳熱、均勻窯溫。

燒磚隧道窯很容易形成層流。這也是當前有些隧道窯焙燒的產品產量低、質量差、熱耗高的一個重要原因。

要解決氣體分層問題,就應努力使層流湍流轉變。實踐證明,采取各種動力措施,擾亂氣流可以促使溫度均勻。這些措施包括設置氣幕,安裝循環風機,使氣流發生局部橫向循環等。

7靜態密封動態密封缺一不可

隧道窯內的窯車上、下互相製約、互相影響的。如果處理不當,會給焙燒造成不良後果。如預熱帶的車上負壓過大,就會從砂封、窯體、窯車不嚴密處吸進大量冷風,這些冷風入窯後帶來的害處是:(1)由於冷風體積密度大,熱風體積密度小,導致氣體分層,加大上下溫差(上部溫度高,下部溫度低),使得窯車底部坯體預熱不足;(2)吸入的冷風被加熱,增加熱能消耗;(3)增大排煙風機的負荷,削弱了對窯道的抽力,給調整帶來難度,窯內零壓點難以控製。

如燒成帶與冷卻帶正壓過大,造成火焰或熱氣下竄,車下溫度升高,導致窯車金屬部件變形、開裂、窯車軸承潤滑油結焦(重慶市有些磚廠的窯車采用了無油自潤滑軸承,無此問題),窯車運轉不靈活,增加推車機負擔,甚至導致窯體損壞事故。

為了使隧道窯保持正常運轉,就必須使車上和車下分隔開來,盡量減少互相幹擾。辦法有兩個:(1)加強曲封、車封、砂封,盡可能在車下適當部位設置一道或多道擋牆,可稱之靜態密封。重慶市某頁岩磚廠在窯的檢查坑道有關部位設置了三道不同高度的擋牆,徹底解決了窯下冷氣上竄而導致下層製品欠火問題;(2)實行車上、車下均壓,造成車上、車下壓頭對抗。也就是說,在車下創造一個與車上相近的壓力曲線,使車上、下差趨於零,可稱之動態密封動態密封一般借助於風機作用。實現動態密封後,就可以有效的阻止燒成帶、冷卻帶的火焰或熱氣下竄,同時也可以避免預熱帶從車下吸入冷空氣到車上。實踐證明,隻要壓力曲線控製得當,就可以完全避免上述問題的發生。例如,湖北省某頁岩磚廠的隧道窯,在燒成帶後端出現熱氣下竄,燒窯車現象嚴重,後來在窯車下用一台T30型,“A”6#1.5KW軸流風機(配變頻器)鼓風,徹底解決了燒窯車問題。

8、靈活應對機械碼坯造成的不足之處

過去建造的普通隧道窯,配用的風機少,采用自然進風,調節手段有限,往往靠改變人工碼坯形式來調節,碼坯形式顯得尤為重要,固有七分碼,三分燒一說。我國的磚瓦工作者為了使各地的窯爐達到盡可能好的焙燒效果,多年來反複研究、實踐,創造了多種行之有效的碼坯形式,功不可沒。就碼坯最底層的基礎部分的炕腿(腿子)有:燈籠掛炕腿、三順坯炕腿、立坯炕腿等多種;而炕腿以上的垛身碼放形式有:直橫條碼法、直斜條碼法、大洞碼法等多種;而坯朵上部凡是對準加煤孔的火眼坯垛有:立腿大洞脫空火眼、搭橋火眼等多種。

人工碼坯畢竟勞動強度太大,勞動條件太差。采用碼坯機和機器人代替人工碼坯是大勢所趨。但機械畢竟不是人,不可能像人一樣隨意調節碼坯形式。碼坯形式較為呆板、單一(但是它碼的很規範,孔洞對的整齊,有利於減少局部阻力)。現代化隧道窯的風機設備多台(往往不再采用自然進風,而采用強製進風)以增加可調節的手段,靈活應對和彌補碼坯形式,不能隨意變化的不足。

9、不要小看砂封作用

1751年發明隧道窯之後,長達129年未能用於生產實際,其中的一個關鍵問題是沒有解決窯車上下空間的密封問題。直到1880年發明砂封後,隧道窯才得到推廣應用。對隧道窯來說,砂封是一個重要的組成部分。

砂封槽的主要作用是隔絕窯車上下氣流,使窯內壓力和溫度製度保持穩定。砂封缺砂或砂封槽破損,必然會造成窯車上下漏氣。應努力避免上述問題的出現。

砂封槽中應保持足夠量的砂子,砂麵高度不宜低於50~60mm(為了確保砂封槽具有較高的密封性能,國外有的窯車砂封板,插入砂子的深度達100mm)。砂子的理想粒度是5~7mm的約占30%,其餘70%是無塵細顆粒。

砂封槽的做法有三種:(1)用普通燒結磚砌築,表麵抹水泥砂漿。其優點是造價低廉;缺點是整體性能差,極易碰壞,造成漏氣。最好不采用;(2)鋼筋混泥土現澆。其優點是整體性能較好。缺點是施工較麻煩,如使用不當易碰損,一旦碰壞需及時修補;(3)鑄鐵件或型鋼件埋設。其整體性能好,施工也很方便。在條件允許的情況下應首先采用。

值得指出的是,有的磚廠采用一次碼燒工藝,隻設置焙燒窯砂封槽,不設置幹燥室砂封槽。造成幹燥室中一部分熱介質未能穿過窯車上坯垛空隙對濕坯體進行幹燥,而直接在窯車下方流過去。因而,造成熱能浪費,幹燥熱效率降低。如熱介質中摻有含硫煙氣,則會腐蝕窯車金屬構件。故幹燥室的砂封槽不能省去。

另外,窯車之間的砂封裙板縫隙應盡可能小,也是減少漏氣的一個重要方麵。

10、防止步入餘熱利用的誤區

所謂餘熱,是窯在滿足產品焙燒的前提下,出現的多餘熱量,對其加以利用,可以創造價值,是一件好事。

餘熱利用的方法有多種,如:

1)直接抽取窯的保溫冷卻帶餘熱。獲得的是一種潔淨的熱風,這樣做不但可以是即將出窯的窯車及產品降溫,而且可以用作幹燥室的熱源。

但是,應該指出的是:①在窯尾的自然進風的情況下,應謹慎抽取這種餘熱。否則,會導致窯的產量大幅度下降。因為抽取這種餘熱會牽製了火行速度。重慶的某頁岩磚廠的隧道窯的窯尾是自然進風,和不抽取這種餘熱相比,抽取這種餘熱後的產量僅為75%;②在窯尾強製進風的情況下,必須有足夠的的進風量,即在滿足焙燒用風量的同時,還有多餘的風量,滿足抽取餘熱。如果多餘的風量不能完全滿足抽取餘熱之需要,也會牽製火行速度,導致窯的產量下降。重慶的某煤矸石磚廠內寬7.1m的隧道窯,在未抽取保溫冷卻帶餘熱的情況下,也未配置強製送冷風機,窯的產量急劇下降。後逼迫加了一台強製進風機,才使窯恢複到原來的產量。

2)換取窯劵頂部蓄熱。這種做法是用空氣流經窯皮,將窯劵頂部蓄熱換走。

抽取窯頂蓄熱的方法是用陶瓷管或磚砌(曾有廠用鑄鐵管的,但因太重,而未再用)風道緊貼窯劵,並與總熱風道連接,進風口設於窯頂,由閘閥控製,在風機的作用下,冷空氣經窯劵上換熱管通過窯皮加熱,進入總熱風道,用作坯體幹燥熱源。

特別提醒:如采用陶瓷管風道,應高度重視陶瓷管的質量,防止其在高溫下炸裂;如采用磚砌風道,應高度重視砌築質量,防止其在長期氣流的衝刷下,造成灰漿脫落而漏氣。否則,將嚴重破壞窯內的焙燒製度。

3)窯的冷卻帶頂部設水箱。這是中小斷麵隧道窯常見的一種問題餘熱利用的做法。其中有些廠為了提高窯的產量,采取縮短窯車進窯時間的辦法,迫使高溫點向窯尾移動,使出窯產品很燙,水箱隻起了使出室產品降點溫度的作用。實際熱利用率很低,做的是虧本買賣。例如,某頁岩磚廠長97.54m,寬3.7m的隧道窯,在離窯尾約13m處的頂部設了一個3.7×1.2×1.2m的水箱,水箱一天24小時基本處於沸騰狀態,因水的氣化速度快,故需不斷向水箱補水。利用熱水的方式是供職工洗澡,實際上洗澡的人寥寥無幾,絕大多數熱量用於蒸發水分散向外界。磚的熱耗高達2090KJ/kg成品(500kcal/kg成品)。即浪費煤也浪費水。這種餘熱利用方法不可取。

應提醒的是:預防水箱漏水而導致室體爆裂。

4)餘熱發電。實踐證明,餘熱發電是超高發熱量煤矸石磚廠可以采用的一種行之有效的餘熱利用技術。它可以一舉兩得:其一可以使煤矸石中大量餘熱回收,轉化為電力供磚廠自用;其二是將多餘熱量回收利用後,使得原來不能燒磚的原料(發熱量過高的煤矸石坯體焙燒時,不但火行速度慢,產量低,而且極易過燒,成品率低)可以快速焙燒出優質產品。

應該指出的是,有些從頁岩和黏土為原料的磚廠,打算采取增加窯內燃料,人為地製造出大量餘熱的方法進行發電,是畫蛇添足、得不償失,絕不可取。因為這樣做不但給窯內焙燒製度控製帶來不小的難度,而且要造成能源的大量浪費。須知,能源轉換過程中是要損失的,從熱能轉換為電能損失率高達60%以上。

11、內置式風道優於外置式風道

隧道窯的風道通常有兩種形式,即鋼管外置式和磚砌內置式。采用哪一種,應根據窯體結構等具體情況進行選擇。原則是,能采用砌築內置式的,就不采用鋼管外置式。這樣做:(1)節省了鋼材;(2)免去了因煙氣對鋼管的腐蝕而帶來的維修量;(3)取消了繁雜的鋼管後,使得窯頂麵清爽、整潔、美觀;(4)免去了外置鋼管的散熱損失,有利於節約熱能。

兩種風道溫度下降大致情況如表1所示。

1兩種風道溫度下降情況



12兩燒一烘要不得

所謂兩烘一燒是在並列式一次碼燒工藝中,二條焙燒窯共同配置一條幹燥室。焙燒窯產生的全部煙氣作為幹燥介質。若這樣一種熱工製度可行的話,也就是說,以一條幹燥室提供的幹坯體供二條窯焙燒,這樣很難達到產量的平衡。行業中流傳的一句話:得幹燥者得天下,就足以說明了製磚工藝的各個環節中,幹燥是難以對付的一環。幹燥窯內過高的風速,不但會產生很大阻力,需配置動力較大的送、排風機;而且由於濕坯體水分蒸發過快,極易造成坯體開裂和塌垛難以向焙燒窯提供質量合格的幹坯體。這樣的例子較多,如:某頁岩磚廠采用二燒一烘,原定總產量為20萬塊普通磚/天,由於幹燥室內坯體裂紋多、塌垛嚴重,被迫將產量降為13萬塊/天,坯體幹燥質量有好轉,但因各工藝環節不平衡,經濟效益不佳。後來加了一條幹燥窯,變成二燒二烘,產量增至原定的20萬塊/天,幹燥情況依然較好,經濟效益明顯好轉。

特別提醒:二燒一烘要不得。

13、向熱窯車潑冷水的做法不可取

有些磚廠采用隧道窯一次碼燒工藝,因濕冷坯體碼在幹熱窯車上,底層坯體的急劇失水收縮,導致開裂。為了解決這一問題,就在車麵上噴淋冷水。例如,某頁岩磚廠每輛窯車約淋冷水35kg,每天進窯(被冷水淋過的)的窯車數為32輛,如按蒸發1kg水的熱耗為1000kcal計算,一天多耗熱量1120000kcal,折160kg標煤,一年多耗標煤達58.4t。這樣做不但增加了熱量消耗,而且窯車麵部在熱冷的反複作用下,會大大縮短耐火襯磚的使用壽命。顯然這種做法不可取。正確的做法是:(1)按照既定溫度曲線操作,不要不切實際的盲目追求高產量,迫使窯的高溫點後移,讓窯車和產品得到充分的冷卻,以盡可能地降低出窯溫度;(2)適當增加窯車數量,使窯車冷卻到一定程度再使用。

14、把握好隧道窯的研究方向

今後隧道窯主要研究方向是:

1)在劣質原料大量用於燒製磚瓦的趨勢下,能粗糧細作,快速燒成高質量產品;

2)更充分的利用各種含有熱能的資源(包括含有熱能的廢棄物和大自然賜予的免費太陽能、風能等);努力降低燃料消耗,進一步提高熱效率;尋求充分利用餘熱、廢熱的途徑;

3)凡是用固體煤作外燃的隧道窯,應研究高效、適用的機械化燃燒裝置代替人工加煤,這樣做可省去大量易漏氣的投煤孔,且為自動調節、控製加入窯中的外燃料量創造條件;凡是用液體或氣體作燃料的隧道窯,應努力改進燒嘴,發展各種高速等溫燒嘴;

4)研究、改進和發展各種耐火材料,努力提高窯爐保溫性能和使用壽命;

5)鑒於目前砌築隧道窯體用鋼材量較大,特別是窯車製作耗用大量鋼材,且十分笨重,因此,應研究節約鋼材的隧道窯體係;

6)研究加速隧道窯施工途徑。焙燒磚瓦的隧道窯堪稱龐然大物,施工砌築工程量大,要求嚴格,施工周期長,難以快速投產。因此,要研究大、中、小各種預製裝配式隧道窯的加工、製造和裝配的方法;

7)提高機械化和自動化程度。要研究機械化、自動化碼、卸窯車和幹燥車以及進、出窯和幹燥室的方法(不僅適應單一品種生產,還能適應多品種產品)進一步減輕笨重的體力勞動。同時要改進和完善隧道窯燒成製度的自動調節係統,達到提高產量、質量、降低燃料消耗(本人曾對14個磚廠的熱耗現狀進行調查,並對其進行理論計算。理論計算的結果是:燒成1kg成品平均用於幹燥熱耗約為110kcal,用於焙燒熱耗約為95kcal,共計約為205kcal。但是不少磚廠超過330kcal,有的高達500kcal。故降低燃料消耗大有文章可做),改善勞動條件的目的。研究、推廣計算機在窯爐上的應用,研究、推廣各類窯型的數字模式,並建立窯爐熱工最優控製方法的理論和實踐。

主要參考資料:

趙鎮魁,燒結磚瓦生產應知應會600問〖M〗,北京:中國建材工業出版社,2013                   文章來源:《磚 家》 201701 總第27

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