小型“一次码烧”隧道窑工艺技术改造决策的分析

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摘要

建设时间较早的小型 “一次码烧”隧道窑烧结砖工艺，基本都是窑炉公司或设备企业提出工艺设计和计算，此类建设方式，存在较大的技术方案失误的风险，生产线投产后，因干燥焙烧窑炉系统固有技术缺陷，成为引起产品质量弊病的主要原因。如果在“一次码烧”工艺中，又采用一条干燥隧道窑、两条焙烧隧道窑的“不平衡干燥焙烧”方式，则产品质量和产量风险就更高。此外，建设过程中业主因资金限制，往往又选择性的分为一期建设或二期建设，使得建成后生产线工艺、设备性能、窑炉结构，不能很顺畅的实现日产量要求、不能满足预期目标，质量也不能达到国家标准指标，出现生产成本高，企业效益低下。随着烧结砖大气污染物治理要求的严格限制，干燥窑不能无组织排放，需要增加脱硫塔设施，对烟气进行集中治理，窑炉热工系统因此发生改变，干燥和焙烧受到影响，在此状况下，企业又不得不补齐资金，进行分步技术改造。回头评价建设过程和技术改造决策，此类简易设计、分步技术改造的方式，效果不佳，得失不成比例。更为严重的是，企业通过技术改造后形成的工艺，对其年产普通砖生产规模和产品档次等方面的技术评价，仍然不能达到相关省级(江西省)新型墙体材料目录中、县（市）行政区域范围内“鼓励发展类”层次，企业年生产能力远远小于8000万块（折标准砖）的规定要求，使得企业规模仍然处于落后技术水平的范畴。

工艺概况

江西省某烧结砖企业于2011年建成，计划年产规模达到5000万块烧结普通砖，采用“一次码烧”隧道窑工艺，主要原料为厂区附近的丘陵山土和煤矸石或页岩，原料制备后，进行开敞式堆放，经搅拌加水，送入50型双级真空挤砖机成型，切条切坯后，输坯机输送，人工捡码窑车。码好湿坯的窑车在2条静停线静停，2条静停线最多能够停放约65辆窑车。由于采用2条焙烧隧道窑，1条干燥隧道窑的“不平衡干燥焙烧”方式，湿坯静停时间有限。

干燥工艺中，设置一条干燥隧道窑，截面宽度为2.8米，混凝土预制板平顶，长度约99米，容纳窑车34辆，与焙烧窑长度相同。干燥窑由两台16号离心风机将焙烧隧道窑的全部烟气送入，热风经干燥窑两侧底支烟道、21对哈风闸、21对哈风孔进入干燥窑内。进入干燥窑内的热风量多少，需要调节哈风闸。热风进入干燥窑内的路径较长，直角弯道增加，阻力加大，热风流速降低。

干燥窑内，窑车与窑直墙之间，仅依靠直墙曲封，没有设置窑车沙封槽密封。干燥窑两端，虽然设置密闭门，然而，没有砂封槽，对于干燥窑外冷空气进入窑内、99米长度的干燥窑截面温度分布、干燥介质热交换效率、潮湿烟气排放、排潮风机抽力等方面均存在不利影响，没有砂封槽，干燥制度不易保证。

干燥介质热交换后，烟气由窑顶混凝土预制板平顶上设置的8个不等距排潮烟囱，形成正压分散排潮。

焙烧采用2条焙烧隧道窑，焙烧窑截面宽度为2.8米、窑顶结构为60°微弧拱，拱顶高度为500mm。隧道窑长度约为99米。焙烧窑进车端窑顶，各设置一台16号离心风机，将全部烟气送入一条干燥窑窑内，作为干燥介质。

该企业1条干燥隧道窑、2条焙烧隧道窑的“不平衡干燥焙烧”方式，干燥窑和焙烧隧道窑的截面示意见图1。

▲图1.  2条焙烧隧道窑与1条干燥隧道窑窑顶结构示意图

图1截面显示，湿坯砖垛在平顶干燥窑内，平顶与砖垛上部轮廓构成的空隙面积达到0.902㎡；而砖垛在干燥窑内，边部间隙及砖垛之间间隙的全部空隙面积，仅为2.204㎡，砖垛顶部空隙面积达到41%。此种结构，在采用低烟囱正压分散排潮方式时，由于窑内负压较低，抽力小，干燥介质流速慢，虽然存在部分热损失，但湿坯能够均匀干燥，砖垛整体残余水分和干燥缺陷数量还能够满足进入焙烧工艺的要求。但是，采用风机集中排潮后，随着窑内负压的增加，此种结构中，上部空隙面积达到0.902㎡，如同一条直通烟道，加上负压顶排潮作用，干燥介质率先进入排潮系统，不仅热量流失，重要的是湿坯垛中部截面热烟气流量降低，对中部湿坯干燥脱水不利。同时，热烟气流量低，缺乏对水蒸气的携带作用，中部潮气滞留。这种平顶圆弧垛结构，出现有利于干燥窑内上部烟气的气流流动，气流分层严重，不利于窑截面温度均匀提高，不利于湿坯的整体均匀干燥，坯垛中部易垮坯。

由于干燥窑截面与焙烧窑截面的窑顶结构形式不同，同时，干燥窑缺少砂封槽，成为该企业生产运行中，湿坯残余水分不均、易垮坯、焙烧易开裂、产量低等等弊端的根本原因。

该企业窑车规格为长×宽×高=2.9×3.1×0.8米。

由于一烘二烧的“不平衡干燥焙烧”方式特性，当焙烧进车时间为60分钟进1车时，干燥窑进车时间需为30分钟进1车，干燥周期仅为焙烧周期的一半。此类方式，需要保证混合料具备优越的干燥性能、较长的静停预干燥时间和较好的干燥设备等条件。

在此工艺基础上，由于生产线运行效果不能达到原先的投资目标，该企业陆续进行了2次技术改造。

第一次，取消了原采用的50双级真空挤砖机，改为国内著名设备企业的75型双级真空挤砖机，下级电动机为250kw，真空度0.07mpa，同时，采用机械码坯机代替人工码坯方式，提高生产线效率。

第二次技术改造，则因烧结砖大气污染物治理要求，干燥窑废气需要有组织排放，增加脱硫塔设施，对烟气进行集中治理后排放。具体措施为，在干燥窑顶板上，将8个正压排潮烟囱出风口封堵，而在7个烟囱之间，修建总烟道，与7个烟囱侧墙相连，干燥后的烟气经原烟囱底孔进入总烟道，再进入新增的18号离心风机，烟气由风机送入脱硫塔进行处理后排放。

技改后采用机械码坯机码放窑车，普通烧结砖采用二压7的形式，共计4×4=16垛，两侧边垛第13层开始减少码坯，使得砖垛上部轮廓与焙烧窑微弧拱拱形尽量拟合，减少砖垛与窑顶之间的间隙。避免焙烧窑内上部气流分层。每辆窑车普通砖码坯容量为3028块。

两次技术改造过程，没有涉及窑炉顶截面不一致的改造，仍然保留了干燥窑为平顶，焙烧窑为拱顶的形式。

增加集中排潮和烟气治理后的干燥焙烧窑炉系统见图2。

▲图2.  2条焙烧隧道窑与1条干燥隧道窑平剖面图结构示意图

图2显示，第二次技术改造后，焙烧烟气作为干燥介质，由2台16号风机全部送入干燥窑，而干燥过程中热交换后的废气，不再通过原来的烟囱正压排放，而是由1台18号离心风机强制排出干燥窑。此种条件下，2台16号风机首先需要保证焙烧隧道窑的火行速度、焙烧质量，调节16号风机的原则需要体现“先焙烧、后干燥”，而18号风机，则首先需要保证出口动压能够克服脱硫塔系统阻力，风机转速不能过低，否则潮气无法离开干燥窑内。因此，技改后运行中，18号离心风机产生的负压，要远远高于原来的8个正压排潮烟囱抽力，砖垛与窑平顶空隙太大，使得干燥窑内气流分层现象要比没有改造前严重得多，如窑内热工系统调整控制不好，干燥缺陷必然增加。

阿达

有没有人要小工的，哪个老板需要一点呀就打电话呀

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