烧结砖隧道窑的节能措施分析

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烧结砖隧道窑的节能措施分析
    近年来随着劳动力日趋紧缺、劳动成本迅速增加，用地紧张和粘土被禁用，促使制砖技术不断进步，隧道窑烧砖工艺以大量节省劳动力和降低工人劳动强度被广大砖厂所接受，机器人、码坯机代替人工码坯，大断面一次码烧隧道窑生产工艺迅速发展。窑车运转系统联动自动化、卸砖自动打包、机械装车等装置被广泛应用，大幅度提高了生产线自动化程度，不仅减少了用工，更重要的是大大降低了工人劳动强度。



一、隧道窑结构与能耗

1、窑体保温与能耗

燃料成本、电力成本、劳动成本构成烧结产品的三大成本，然而由于建设不合理、操作不当造成燃料浪费现象非常普遍。因此，降低能耗是烧结砖生产线长期的目标。
窑体保温性能优劣是降低能耗的关键。常年处于高温的焙烧窑，大约有30%~40%的热量被窑体吸收和散发掉，随着燃料价格的日趋上涨，提高窑体保温性能尤其重要。窑体可分为窑墙和窑顶两个部分。外墙直接与大气接触，一般需在墙体内增加150px~250px厚度保温棉以降低热量损失。窑顶散热是热量损失的主要途径，因此窑顶保温显得更为重要，除了在拱顶砖的加层中使用保温棉之外，还需在上部填充珍珠岩等保温材料，以增强保温性能减少热量损失。常用的硅酸铝纤维棉、岩棉、珍珠岩、轻质保温砖都是性能良好的保温材料。在同类地区，窑墙内加保温材料比不加保温材料烧成1kg制品可以降低能耗50kcal以上。
2、窑车保温与能耗
窑车散热也是窑内热量损失的重要途径，很多隧道窑车底温度高达300℃，不但热量损失严重，还经常烧坏轴承。窑车散热主要是车体砌筑材料保温性能差和两车接触面密封性能差，良好的窑车必须在车底面铺设保温棉、珍珠岩和轻质保温砖，然后再铺设耐火砖，接头处必须采用两级密封并嵌入保温棉才能有效减少热量传递到车底。
3、窑车沙封与能耗
隧道窑沙封密封性能不良不但导致热量损失，更重要的是导致窑内气流混乱，是出现生砖的主要原因，因为从沙封穿入的冷空气直接作用在窑车两侧的砖坯上，窑车两侧本身由于窑墙吸热的原因温度比中部低，再加上冷空气穿入，温度就会更低，因此沙封漏气必定导致窑内两侧出现生砖。
4、隧道窑通风与能耗
燃料燃烧需要足够的氧气，空气中的氧气是帮助燃料燃烧的介质，每公斤纯碳燃烧大约需要30m3~40m3的空气。虽然进入窑内的空气是靠排烟风机的抽力形成的，但是通风道截面积大小是确保通风量的关键。没有足够的风量燃料就不能充分燃烧，每公斤纯碳在氧气充分的条件下燃烧可产生8500kcal热量，释放二氧化碳，在氧气不足的条件下燃料只能产生1700kcal热量，没有完全燃烧的碳转变成一氧化碳（煤气）被排除窑外。

按照每公斤纯碳燃烧大约需要30m3~40m3的空气，每烧1万块砖约需1.1t纯碳计算，一条日产20万块砖（标准砖）的隧道窑每小时产量约8000多块， 约需纯碳0.88t(880kg)，通风道每小时需通过880×40=35200m3空气，按照通风道空气流速8m/s计算，通风道面积应达到35200/3600/8=1.22m2。而通风道截面积应比计算面积大1.5倍，因为烧砖所用的内燃和外投煤都是纯碳，灰分较大，热值较低，燃烧时需要的氧气量远大于纯碳燃烧消耗量。

5、窑体保温与砖坯干效果

干燥砖坯的热量来自焙烧窑的烟热和余热。所谓余热是烧砖过程中砖坯冷却过程中释放的热量，保温良好的焙烧窑不但烧砖过程中能够减少热量损失降低能耗，而且能从冷却带抽取足够的热量送往干燥窑，确保干燥窑热量充足，干燥窑有了充足的热量才能保证砖坯干燥效果。

6、窑体长度与热利用率

增加窑体长度不但能提高产量和质量，更重要的是提高热利用率，通过增加窑体长度加长焙烧带，延长焙烧时间，实现低温长烧的焙烧方式。砖坯在相对较低的温度下延长保温时间不但能使窑内断面温度趋于一致，提高制品强度减少生砖，而且在延长焙烧带的前提下可以适当加快进车速度能提高产量。更重要的是，加长焙烧窑长度后能够充分抽取冷却带砖坯余热送往干燥窑干燥砖坯。如果隧道窑长度不足，顶出窑外的砖块温度还很高，大量的余热被散发在大气中白白浪费，只有停留在窑体内的砖块热量才能被风机抽出送往干燥窑得到利用，因此适当增加焙烧长度不断能提高产量、保证产品质量，还能最大限度的利用余热干燥砖坯。

7、产量与能耗

由于焙烧窑体所吸收的热量与时间有关，与产量无关，从年初点火到年底熄火无论烧多少产品窑体每天都在消耗固定的热量，因此提高焙烧窑日产量是降低能耗的有效途径。加大焙烧窑通风量促进燃料快速燃烧是提高产量的必要条件，提高了焙烧窑产量也就相对降低了每块砖的能耗。

二、砖坯干燥过程中产生裂纹及倒塌的原因及处理办法

砖坯干燥过程是坯体从较高环境温度中吸收热量，使坯体中的物理水转变成水蒸气，受热气体随着温度升高膨胀，膨胀的气体压力升高，较高压力的气体就会向压力较低的自然环境中释放，水汽排放需要寻找缝隙从坯体中向外排出。砖坯干燥质量是确保烧成质量、产量的关键环节。没有理想的干燥砖坯就不能确保焙烧窑的产量和质量。结构科学的干燥窑，合理的送风方式、适合原料特性的送风温度，是确保砖坯干燥效果的前提。

增加干燥室容量，降低砖坯升温速度，延长砖坯干燥周期，提高干燥合格率，才能确保焙烧窑的火行速度，实现快速焙烧。

1、影响砖坯干燥性能的三个物理参数

（1）干燥敏感性——坯体在干燥过程中产生开裂的倾向性。有低、中、高之分，我们把干燥敏感性小于1的原料叫低敏感性，1~2叫中敏感性，大于2叫高敏感性原料。

（2）临界含水率——坯体在脱去自由水过程中会随水分减少而收缩，自由水蒸发而结束，坯体停止收缩，这时坯体说的含水率成为临界含水率。随湿度变化而变化。

（3）塑性指数——泥料在外力作用下任意改变形状而不开裂，外力移去后还能保持已改变的形状。

对于干燥敏感性系数大于2的高敏感性原料，要求干燥室的长度大于70m，干燥周期应在45h以上，送风温度不宜超过120℃，预热长度应在20m以上，坯体在于热带升温速度控制在3℃/h~4℃/h，于热带相对湿度控制在75%~85%，最关键的一点是在成型前加热原料，提高成型坯体温度并使坯体内温度趋于一致，并保证成型坯体温度略高于干燥室进口温度，做到以上条件就能确保砖坯干燥质量。
预热段空气湿度大小于取决于原料临界水分和干燥敏感性，原料临界水分高，干燥敏感性低，坯体从进入干燥室到停止收缩开裂的过程较短，预热段低湿度高温度，可以缩短干燥室长度，实现快速干燥。反之，干燥室就要相应加长，预热段就要高湿低温，降低干燥速度，否则砖坯就会出现裂纹。

2、码窑车

码窑车可以保证燃料和气流在窑断面的均匀分配，内燃烧砖码窑车的原则应是中细边密、底稀上密的码法，这样既满足窑中间间隙大，使潮气容易流出。实心砖在干燥过程中反而比空心砖容易塌坯，原因是实心砖所用原料多，重量大，总水量多，坯体受热后产生的潮气量大，如果排潮不足就会导致塌坯。

3、机械码坯

机械码坯不但可以保证坯垛的稳定性，也能保证坯体之间的间隙一致性。可以认为确定边密中稀并能保证所有窑车码坯稀密相同一致，便于受热、通风和排潮。目前几乎所有新建烧结砖生产线都采用机械码坯，因此在确定焙烧窑宽度时必须先根据砖形设计码车图，根据码车形式确定窑车规格和焙烧窑有效宽度，且不可随意确定窑的宽度。

4、砖坯预热

砖坯预热过程是坯体由外到内的升温过程，这一过程既要确保坯体缓慢升温，又要降低砖坯表面脱水速度，这就要保证预热带保持低温高湿状态。因为坯体表面受热快，坯体表面的水分就会逐渐变成水汽向空气中扩散而被对流的空气带走，这时如果坯体周围空气相对湿度较小，坯体表面水分就会迅速蒸发，水分蒸发，体积就会减小，表面就会收缩，坯体内部温度还较低，水分不会蒸发，体积也就不变化，内外收缩不一致就会造成坯体表面开裂。因此，必须等到坯体内部温度升高到开始蒸发水分时才能进入到脱水阶段。要保证坯体表面水汽不被迅速蒸发，就必须保证坯体周围的空气湿度。坯体在预热段到干燥段这一升温阶段，坯体的空气湿度应保持在70%~80%，温升速度应控制在3℃/h~5℃/h。升温过快，只会加快坯体表面温升速度，坯体表面向坯体内部的热传导升温速度又相对坯体表面的空气对流升温慢得多，在这一缓慢过程中必须让坯体处在一个高湿的环境中，也就是坯体的预热阶段，这个阶段一般需要8h~12h，预热段长度约20m~25m。如果预热阶段坯体周围的空气湿度较低，就会导致坯体表面脱水速度加快，坯体内外脱水速度不一致，使坯体表面开裂。

5、送风量与送风压力

风机变频器的应用方便了风机启动和灵活调整。但是，为干燥窑选型的风机不只是为了烧窑而选的。对于一条3m多的隧道窑而言，满足焙烧只需要一台每小时排风量3万m3、压力280pa、功率为7.5kw的风机即可。但是，为了给干燥窑送风，通常选用压力1200pa、风量在10万m3、功率在45kw以上的风机。

烧窑工为了满足烧砖所需的氧气量随意降低风机频率，导致进入干燥窑的风量风压严重不足是塌坯的主要原因。因为风机的风量与转速成1次方关系，风压与转速成平方关系，当频率由额定的50赫兹降低到30赫兹时，转速时额定的60%，这时的风量是额定的60%，而压力却只有额定的36%。小风量不能将侧面送入的风吹到窑车中间，也不能将顶部送入的风吹到车面，就不能使下部砖坯之间形成空气对流，潮气就不能排出。

送风温度直接影响到预热带的坯体升温速度和干燥段脱水速度，所以，对不同的原料和坯体含水率，送风温度应不同，一般情况下软质原料的送风温度不要超过110℃。这样，可以确保坯体在预热过程中合理升温。送风温度过高会导致坯体蒸发水分过快，会使干燥窑内水汽量过大，超过了排潮风机的排风量，使预热段的相对湿度达到饱和，就会使砖坯变软而倒塌。

6、漏气造成塌坯

漏气是导致塌坯的一个主要原因，进车端升降门周围漏气导致外界冷空气进入干燥窑，造成排潮风机排出潮气量下降，使高温潮气滞留在坯体表面，导致坯体变软而造成塌坯。现在大多数干燥窑只设了一道门，可就是这一道门，很多厂家也不重视门的密封效果，门的四周与端墙之间的底部轨道之间的缝隙很大，甚至门已经损坏也不修复，这样必然降低排潮风机的抽力。

砖坯产生裂纹的主要原因是：

（1）干燥窑预热段温度、湿度与原料的临界水分、干燥敏感性对应的环境不符。

（2）环境温度低，成型坯体内外温差大，坯体表面水分蒸发远快于内部水分蒸发。

（3）挤砖机压力小，成型水分高，原料临界水分低，成型水分与临界水分差值太大。

（4）原料塑性指数偏高，坯体不易脱水，干燥升温快，导致坯体表面开裂。

砖坯在干燥过程中出现塌坯是常见现象，尤其是软质原料塌坯倒窑现象更为常见。造成塌坯的原因很多，比如砖坯成型水分偏高，坯体强度低，下部坯体承受不了上部坯体的压力造成塌坯，坯垛码放层数过高使下部坯体被压变形造成塌坯，坯垛码放不规范使得受压不均造成塌坯。但是送风温度过高、升温速度过快是造成塌坯的常见原因。总之，降低能耗由多种途径，提高窑的保温性能和焙烧窑产量，是降低能耗的有效途径。

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