隧道窑生产线实用烧成工艺控制

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基本工作原理

砖瓦焙烧的关键技术是要有一个适合该窑炉及相应产品规格的升温、恒温、保温、降温过程中温度随时间变化的焙烧标准工艺曲线，传统的肉眼观测焙烧窑炉温度受外界因素和个体感觉因素影响极大，而用计算机检测窑炉温度则完全没有这个问题，科学检测为砖瓦焙烧的自动控制奠定了基础，焙烧工艺的标准化和砖瓦焙烧过程的自动化带来稳定的优质高产和节能降耗，从而给砖厂带来显著的经济效益。

系统解决方案

该控制系统将分布于隧道焙烧窑和干燥窑各车位的温度等传感器检测参数输入到计算机，计算机经过数据信号放大、数据采集和数据处理，把实时焙烧数据和设定的温度等工艺标准曲线参数进行对比，在输送到液晶屏显示的同时，能根据比较误差的情况、焙烧工艺的热工惯性、内掺燃烧反应的能量状况及变化趋势做出判断，改变窑炉风机变频器的频率，调整风机的转速以调节风量和压力，控制火带温度；可启动自动外投煤设备燃烧升温，促使实际的焙烧曲线和底部温度，接近或达到设定的温度、压力工艺标准曲线，使其在允许的范围内波动，以保证产品的质量、产量，最大限度地提高窑炉的热工性能，达到节能减排。

一、隧道窑烧成工艺

砖瓦自动焙烧系统由隧道焙烧窑和干燥室及其相关设施加上自动检测和自动控制设备等构成一个砖瓦焙烧自动控制系统，整个系统中的各个设备必须配合协调，才能达到工艺要求的质量和产量效果。因此，有必要对系统中的有关工艺设施在焙烧过程中的作用原理作一个介绍。
1.1 烧结砖焙烧、干燥工艺
A、一次码烧和二次码烧的焙烧隧道窑和隧道干燥室
砖瓦的干燥和焙烧工艺分别由隧道干燥室和焙烧隧道窑来完成，若干燥室和焙烧窑尺寸相同，并采用一种窑车，经成型→码车→干燥→焙烧，只做了一次码砖坯就送到窑车上，故叫一次码烧；二次码烧的工艺特点是：干燥室和焙烧窑采用不同的输送车，从成型到焙烧经过了两次码坯，即：成型→一次码车→干燥→卸车→二次码车→焙烧。
B、几个细分工艺
●进口工艺的大断面隧道窑：送热风机从焙烧窑的冷却段抽出热风到干燥室干燥砖坯，干燥室采用排潮风机负压排潮；焙烧窑出砖窑门关闭，冷却风机鼓风供给送热和焙烧；抽烟和抽热风机并联后与冷却鼓风机串联，风机串联风量相等，风压相加；焙烧窑为正负压。
●传统的小断面隧道窑：采用一次码烧，负压或者正压排潮工艺——从焙烧窑的预热段抽烟并鼓风送热到干燥室。干燥室有的采用排潮风机负压排潮、有的采用正压排潮；焙烧窑全为负压。
●直通隧道窑：采用干燥焙烧一体的一次码烧，负压排潮工艺——将干燥与焙烧连接成一体，分成干燥段和焙烧段，在干燥段设计抽烟排潮风机，有的在焙烧预热带设计抽热风机抽出热风送到干燥段，有的在焙烧冷却段抽热送到干燥段。
●窑体移动一次码烧隧道窑：干燥焙烧一体，有轮窑火走砖不走的特点，不需要窑车；窑体侧墙和顶随火带移动而移动，其干燥和焙烧的特点与直通式隧道窑相同。
近年来，已广泛使用在隧道窑的热工系统中将保温、冷却带的余热抽出，送入预热带或干燥带（窑），从而大幅度提高了窑的热效率，降低能耗。
1.2干燥室和焙烧窑设施在自动控制系统中的作用
1.2.1隧道式干燥室设施在自动控制中的作用
A、负压排潮干燥室
干燥室排潮风机：排出产生的潮气；
焙烧窑抽烟抽热风机：从焙烧要抽热风到干燥室（抽烟或者抽热）；
焙烧窑哈风闸和余热闸:调节烟热或者余热温度
干燥室送热风闸：调节热风在干燥室中的分布；
上述四种设备用来控制调节干燥室内的温度和湿度。排潮和抽烟或抽热风机串联，风量决定于二者中较小者，风压为二者之和；同时改变排潮和抽烟或抽热风量才可改变烘干排潮风量；同理，排潮风量的改变也会影响焙烧窑的抽烟抽热焙风量；改变干燥室各个车位热风闸的开度就可调节各个车位的相对温度和湿度；改变焙烧窑哈风闸或者余热闸的位置和开度可以改变烟热温度。
循环风机：顶部供热需要循环风机将顶风压向坯垛底部，并搅动空气以减少顶部与底部的温差；
进车：当干燥室各个车位的温度、湿度、时间都达到标准要求时需及时进车，调节进车时间可以调节烘干效果，进车间隔越长，干燥效果越好，单产量降低。
排潮口: 排潮风温以湿度小于95%不产生冷凝水为标准，风温越低其带走水分的能力越弱，排潮风量不变时，当排潮口的温度从45℃降到40℃时，其带走水分的能力降低了32%；或者说温度降低5度，风量须增加32%才能达到45℃的排潮效果。这就是气温下降时塌坯的主要原因。冬天比夏天砖坯的温差有30℃左右，干燥室应设计多个排潮口，冬天可以向出砖口方向移动排潮口位置，也可以加大排潮位置预热段热风的进风量，使排潮风温维持到45℃，也可以在排潮温度降低时增加排潮风机和抽热风机风量，增加排潮温度和加大排潮风量是解决冬季或者气温降低倒窑等干燥问题的主要手段；
窑门：负压排潮干燥室进车和出车窑门在正常干燥时关闭运行。
沙封：负压排潮通过沙封槽与车底密封，防止冷空气上窜。
码坯：码坯需要留出与干燥室垂直、与热风口对位的送热风道，顶部间歇高度小于15cm，横截面通风率大于35%。
调节干燥室温度湿度的4个方法：调节送热热风温度和风量、调节热风入口、调节排潮出口、稳定排潮风量（大于送热风量10%左右）。
B、正压排潮干燥室(采用烟囱排潮)
热风口：正压排潮多数从车底和侧墙送热风，没有沙封，只要窑门口不冒烟一般没有窑门，气流在干燥室内不是顺窑横行，而是以上行为主，对顶部间歇要求不高。热风口基本上全窑分布，调节各送热口的开度匹配可以调节干燥窑预热温度、排潮温度、风量分配、砖坯脱水速度，从而得到一个合理的砖坯温度曲线和脱水曲线。
焙烧窑抽烟抽热风机：产生负压作用于焙烧窑，抽烟或抽热风机从焙烧窑的预热段或者冷却段抽出热风，再从抽烟风机出口以正压鼓入干燥室干燥砖坯。
排潮口:正压排潮人工干燥室的排潮口，为排除砖坯水分的通道，直接接通大气。受外界温度、气压（空气比重）影响极大，最好是其开度可调。排潮口排出的热气流温度一般在45℃以上，含水蒸汽热气流的比重必须小于大气空气的比重，使出口热气流上升，在烟囱底部产生负压和送热正压一起作用排潮。其排潮风量决定于焙烧抽烟或者抽热风机鼓入的风量。所以正压排潮温度降低或者排潮湿度增加导致热气流比重增加，或者抽烟风机风压风量减小都会使热气流上升的速度降低，引起排潮不畅的干燥问题。
监控调节干燥室温度的3个方法：调节隧道窑抽热风温度和风量、调节热风入口开度、调节排潮口位置和开度。
1.3 隧道式焙烧窑的设施在自动控制系统中的作用

抽烟风机：其作用一是焙烧窑抽风（供氧）燃烧和送热风给干燥窑，风经过出砖口，冷却带，保温带，燃烧带，低温预热带的哈风闸被抽烟风机抽出焙烧窑。其风向与砖坯走向相反；二是把抽出窑内烟气（热）送去干燥窑烘干砖坯。在焙烧窑的低温预热带，风传热给砖，使砖坯温度达到煤的燃点，达到内掺煤燃点后，内掺煤的燃烧使温度上升到最高温度（如1000℃），抽烟风量须匹配内燃煤量，使该燃烧带有合适的氧含量，让70～80%的内掺煤炭在此带燃完，再进入保温和冷却带；在保温冷却带，砖传热给风，使风温达到最高温度再进入燃烧带助燃。风量过低燃烧不好，燃烧发出热量低，前火不走，后火不收，火跑面不下底；风量过高，烟气带走热量多，前火走，后火收，但全窑温度都低，火跑底不上面。

抽热风机：从冷却带抽热送干燥室干燥砖坯，不供氧燃烧。当风量增加时，冷却带温度降低，保温、焙烧、预热带温度下降；当风量减少时，冷却带温度增加，保温、焙烧、预热带温度增加。抽热风机的风向与抽烟风向反向，抽热会减少抽烟风量，也会造成窑温下降；但是，当燃烧带离抽热风机近时，抽热风量加大会造成火不走，码坯中部过火砖。采用窑门冷却风机供风并不变时，抽热风量加大必将减少抽烟风量，严重时造成缺氧燃烧。

车底：隧道焙烧窑的窑车底为一个贯通的风道，通过窑车两边的挡风板和砂封槽把车底和窑内空气隔开。如果车底压力与窑内压力相对平衡时，车底风不能进入窑内，底部不出生砖；也不让窑内风从窑内窜下车底而烧窑车。车底的温度一般控制在70℃～100℃以内。

砂封：加砂口加绿豆大小的粗砂，避免风把细砂吹空；粗砂通过窑车挡板带走并布满全部砂封槽，隔断底部与窑内的风道，减少出生砖，避免烧窑车。

车底平衡风机和压力检测控制：为了使车底压力与窑内压力平衡相等，焙烧窑设计了车底平衡风机。对无冷却风机的隧道窑来说窑内是全负压焙烧，车底平衡风机都是抽风；对出砖窑门密闭采用冷却风机鼓风供氧的隧道窑来说，窑内压力前段（预热带）为负压，冷却段为正压，2个平衡风机一个抽风，一个鼓风。一般安装2对压力检测，通过变频调节2个风机的风量，使前段和后段的车底压力与对应窑内压力相等平衡。

车底平衡闸：其作用相当于产生负压的平衡风机，但是不方便实现自动平衡控制，同时在正压段不能提平衡闸。

低温预热哈风闸：从进车到560℃之间的车位（即1～10车位）的哈风闸叫低温预热哈风闸，低温预热哈风闸的总开度决定了总风量，开度的组合变化决定了1～10车位温度分布。

低温预热哈风闸的最大拉闸高度约为哈风闸半径，拉闸个数为总风道直径与哈风闸直径的倍数的平方。例如总烟道直径为1.2m，哈风闸直径为0.4m，其总风道直径与哈风闸直径的倍数为：

1.2÷0.4＝3，满闸的个数为：32 = 9个，平均开度为半闸，则应该有18个，即9对闸。这样才不会让风压损失在风闸上。

特别需要指出的是，当用变频器调风机时，应该把哈风闸的通风面积开满，以保证风压不消耗在风闸上。闸形和开度决定了火速即产量；在自动焙烧控制时，空心砖，多孔砖，标砖需各用一种闸形；湿坯和干坯进窑的闸形也不相同；当风机调到干燥窑所需风量的转速下限时火速仍然过快，则需要调整闸形和开度来保证烘干风量风压。

闸形开度原理与温度关系：拉哈风闸就是调节对应车位流过的热烟气量，流过的热烟气量越多越久，交换给砖的热量就越多，温度也就越高。各种闸型的高度和各个车位通过的热烟气量估算和温度如下图所示：

三种闸形的开度车位图

三种闸形的通风量车位图

三种闸形的温度车位图
从温度——车位图的分布看出，顺梯形闸在10车位的温度高于桥型闸温度，桥型闸高于倒梯形闸。所以顺梯形闸对焙烧最有利，预热温度高，火下底，焙烧快省煤，产量高，桥型闸次之，倒梯形闸产量最低。从排潮角度讲，桥型闸和倒梯形闸可以降低焙烧火速，而排潮温度较高，有利排潮；直通窑一般在干燥段拉一个桥型闸，再在焙烧低温预热段拉另一个桥型闸，组成烘烧一体；从提高烟热的角度讲，桥型闸和倒梯形闸从焙烧窑向干燥窑放热比顺梯形放热多，所以当砖坯不干时和新窑起火时常用桥型闸，烧空心砖也多半用桥型闸来解决预热快的矛盾；当需要高产和烧标砖时多用顺梯形闸，“顺梯形闸产量高”就是这个道理，这也说明，火不下底或者火跑面，影响产量的主要原因在预热段的底温低于顶温。

高温预热带哈风闸：高于560℃到最高温度车位的闸为高温预热带哈风闸，或叫近闸，近闸主要用于烧蹲（吊）火，放慢火速，解决爆坯，提高烟温的放热操作。是应急用闸，一般使用了一个顶车时间后就关掉，不然火速减慢，产量降低。

冷却段抽热哈风闸：当内掺发热量过高，最高温度车位不变，冷却带温度高时可以使用抽热闸。对于火速慢火带靠后的情况，不宜使用抽热哈风闸，因为抽热哈风闸将导致火速更慢。使用抽热闸时抽热口需远离焙烧段，对始终在冷却段抽热的大断面焙烧窑来说，当最高温度车位在18、19等车位以后，由于离抽热口距离小于10个车位，导致火速减慢，产量降低。

低温预热带的火眼：低温预热带揭开火眼的作用——当总风量不变的情况下，向窑内灌入冷风并降低窑内温度，同时减少高温预热段和焙烧段的风量，使焙烧火速减慢，降低产量。低温预热带揭开火眼后，焙烧段、保温段和冷却段温度增加。一般在湿坯进窑采用揭开火眼，解决烘干需要风大和焙烧需要风小减慢火速和顶车的矛盾。在自动控制焙烧时，除非干燥室温度太高或者砖坯不干时，一般不宜长期揭开该段火眼焙烧。

高温预热带的火眼：当需要降低高温预热带和低温预热带温度时，应揭开该段火眼。揭开火眼后，烘干风量增加、焙烧风量减少、保温带将变长、冷却段温度增加，产量降低。其另一个作用就是用火眼外投引火煤。

焙烧带火眼:从850℃以上到最高温度车位的火眼为焙烧带火眼，该段一般为负压段，揭开该段火眼，可以降低焙烧段温度，预热带温度不变，保温段和冷却段温度增加，产量降低。焙烧带火眼揭开后，一旦焙烧段温度降下来，应立即盖上。另一个作用就是火眼看火，投煤升温，加沙降温。

保温带火眼：从最高温度下降到850℃的车位为保温带火眼，该段窑内为负压时揭开火眼，焙烧段、保温段温度降低，冷却段温度增加；当该段窑内为正压时揭开火眼，焙烧段、保温段温度增加，冷却段温度降低。高温处理一般揭开该段火眼或者焙烧和保温带火眼一起揭开，如果只揭开焙烧带的火眼，保温段温度可能升高而出过火砖。该段火眼揭开后，一旦温度降下来，应立即盖上。另一个作用是从火眼外投保火煤。

码窑与通风燃烧：“边密中稀，上密下稀”是相对稀密码窑原则。相对稀密的目的是通风平衡带来温度平衡，温度平衡温差减小带来产品质量一致。

检验相对稀密码窑的量化办法有3个：
A、码窑尺寸检验：砖坯与窑墙平均间隙小于100mm，顶歇小于150mm；砖坯密度260～280块标块/m3；坯垛横断面通风总面积与窑通道横断面积的百分比大于35%左右；通风总面积中，顶隙面积与侧隙面积小于通风总面积的35%左右。
B、层面温度测试：测试焙烧带几个车位，两顶侧，顶中，两底侧的温度，层面温差应小于50℃。相对温度高的地方应该变稀，温度低的地方加密；
C、产品尺寸测试：检查出砖的尺寸，长度尺寸大的地方码坯加密，尺寸小的地方变稀。自动控制焙烧时，窑车底部温度和顶部温度层面温差可通过喷煤粉的方法使其降到最小。
顶车：内掺煤砖顶车的烧结作用——冷却段出产品，焙烧段添加燃料。
在温度升温达到850℃及以上，砖瓦进入烧结阶段，温度越高，烧成时间越短；反之，温度越低烧成时间越长。烧结砖的烧熟程度与温度和烧结时间关系如下：

通过将低温长烧与高温短烧的温度作比较，其温度的变化不超过50℃，但最高温度降低50℃左右，其焙烧时间将延长一倍；在定温、定点、定带的原则下，顶车的快慢决定于火行速度。

磨煤喷粉机：煤粉喷入窑内烧砖是提高外投煤燃烧效率的节煤烧砖方法，在国外外燃煤烧砖工艺中已是成熟技术。

用自动磨煤喷粉机代替人工外投煤，不仅解决了计算机焙烧中自动投煤难点，而且提升底部温度效果特好，可以节约外投煤50%以上。

喷风外投燃料机：主要用于锯末，麦壳，秸秆作为外燃料自动喷入窑内烧砖，也可以用于自动外投煤。