大断面隧道干燥室的研究与设计

禅意

1 国内外砖瓦工业干燥设备概况

节能、省土、质轻的空心砖是我国墙体材料工业发展的方向；即使在一些建筑业比较发达的国家，仍然保持着一定地位。空心砖的干燥作为空心砖生产的关键工序在这些国家也得到了比较圆满的解决，但是在我们这个砖瓦生产大国却一直是一个薄弱环节。

我国的砖瓦厂在1956年以前全部采用自然干燥，季节生产，1956年从原民主德国引进了一条人工干燥生产线，而真正开展研究这项技术始于60年代中期，到197 1年才开始推广。
采用人工干燥技术较自然干燥来说，将季节性生产变为常年生产，不用坯场，减少了占地面积，使生产连续化，为机械化大生产创造了条件。

但是30多年来，我国空心砖的发展还比较缓慢，人们对空心薄壁制品的干燥过程的特殊性还缺乏认识和系统的研究。

因此，空心砖的干燥至今沿袭着实心砖的干燥工艺，这就不可避免地存在着严重的质量问题，这些质量问题不仅降低了工厂的经济效益，更重要的是影响了空心砖的应用和推广。

空心砖的质量问题，主要表现为干燥裂纹。究其原因有以下3点。
a.原料处理不完备；
b.成型含水率过高及成型缺陷；
c.干燥室结构及干燥制度不合理。
我国砖瓦厂人工干燥普遍采用逆流式隧道干燥室。这种干燥室主要存在以下不足。
a．劳动强度大。装坯、卸坏均手工作业；
b．成品率低。由于制品相互叠压，防碍砖坯收缩，干燥合格率在80%左右；
c．热利用率低。由于码坯密度过大，车底篦子板热介质通过面积太小，顶隙及侧隙过大，造成偏流使断面温度不均衡，干燥介质未经与制品充分热交换而被排潮风机抽走；
 d．适应性差。一旦原料、品种更换，工作制度改变，干燥介质、成型水分、环境或气候参数变化，废品率骤然升高，湿坯增多，甚至出现凝露倒车现象；
 e．管理水平低。由于隧道干燥室为连续作业干燥设备，其干燥周期相对固定，干燥室严格要求其温度、压力、湿度、物料平衡，一但破坏则需很长时间调整。国内干燥室普遍存在产量低，质量不稳定。究其原因，没有实行平衡作业是造成这种不良干燥效果的主要方面。

总之，由于隧道干燥室的基本结构、码坯形式、干燥车构造决定了干燥室所能干燥的制品及适用范围，使隧道干燥室的应用受到限制。

西方发达国家采用高新技术对空心砖的干燥工艺进行了长期的研究设计。基本上掌握了其规律，设计出了一系列新型干燥室，并在实践中不断创新、发展。德国、意大利、法国的干燥技术代表了当今世界砖瓦的最高水平，依码坯形式可分为单坯、单层、少层砖坯的快速干燥室，依传输形式可分为辊道传输式、悬吊式、车道式、悬挂小车式和传输带式干燥室。而采用最多的就是单层码坯的室式干燥室。

 室式干燥室的共同特点是，一个干燥室可划分成几个单元，干燥架或干燥车在干燥过程中均处于静态，仅有干燥介质在坯体之间循环，而每个单元中干燥架或干燥车的送人或运出均属周期性作业而非连续化。

 室式干燥室采用搅拌风机或循环风机作为热交换设备，为了达到均衡干燥，通过搅拌风机产生的交叉换向气流或循环风机的间歇工作来控制干燥速率。使介质的湿热状态与由原料及形状所决定的干燥区段相适应，亦即说使干燥制度与最佳干燥曲线相吻合，由于坯体没有触压，断面介质均匀。有效地降低了坯体内应力。最大限度地减少了制品开裂，提高了产品质量（合格率≥98%）。

 但这种干燥室属间歇式干燥，每次干燥都要重复升温、降温，在整个干燥周期内热利用率越来越差，其热耗为5000J/kg．W一6000J/kg．W（指蒸发1kg水），可见其热耗要高出隧道干燥室20%以上。此外，这种干燥室投资较大，而且搅拌及循环风机所需的耐热、防潮、抗腐蚀、大转矩小型电机国内尚未配套，因此建造并推广这种干燥室，我国砖瓦厂的经济状况和技术装备水平还不许可。  

综上所述，在隧道干燥室的基础之上吸取室式干燥室的技术优点，设计一种经济实用的空心砖干燥室投入新厂建设或老厂技改，对于提高我国墙体材料工业水平，促进空心砖的生产具有重要意义。

2  干燥实验及循环系统测定
2.1  空心砖干燥实验
空心砖用的原料为粘土与粉煤灰的混合料，实验的目的是通过对哈一砖原料测试及半工业实验，确定坯体的干燥周期，以及相应的风速及干燥介质的温湿度要求拼确定干燥过程的升温速度与脱水速度，为施工图设计提供依据；同时，也希望通过这次实验摸索出一套确定空心制品干燥制度的方法。

试验采用与实际生产同规格的空心砖试样，在小型干燥器中．按以下三阶段进行。

 a．在高湿介质中加热制品；
 b．在介质参数恒定条件下脱水，直至收缩停止；
 c．提高介质温度，降低其相对湿度进行最终干燥。
将坯体含水率、收缩率、失重值与干燥时间的关系绘成干燥曲线’（图8）。从干燥曲线的变化趋
势，可大体判断坯体在干燥过程中脱水和收缩的均匀程度。通过试验得出如下结论及建议。

结论：
a．干燥周期；24h一28h
b．干燥升温速度；20℃一40℃，1.5℃/h~2.5℃/h，40℃~60℃，2℃/h一2.5℃/h，>60℃可快速升温；
c．坯体成型水分18%—19%（干基）；
d．风速≤60C ,0.5—2.Om/s,>60℃ 2.O~4.Om/s;
e．相对湿度≤50℃，65%～80%，>50℃可降低湿度；
建议：
a．重视原料处理，由于哈一砖粘土具有高敏感、高塑性，因此，粘土与粉煤灰的掺配要严格计算，均化程度要高，含水率及水蒸气用量要适度。
b．选择较合适的码坯密度，充分利用多孔薄壁制品的蒸发面积，使整个干燥室断面风速均匀，最大限度地提高热效率。．
c．供给干燥室的热源要稳定、充足，使干燥室的参数稳定。
d．由于哈一砖原料的高塑性。干燥初期的脱水速率，排潮风量要严格控制。
e．根据国内外砖厂的经验，利用湿气循环将一部分废气打入临界点附近，起到增湿，减小温差的作用。
2.2  干燥室再循环系统测定
为了防止以往逆流式隧道干燥室断面温差过大和干燥不均等现象，在拟建大断面干燥室中重演及加剧，在哈三砖厂60m长干燥室顶部设置循环系统，探索有关数据，（进行模拟工业性实验）o选择一种较适宜的方案，用于拟建干燥室的设计。。
哈三砖干燥室主要参数为：
a．干燥室内净尺寸60 xl.l xl.O(m)（长×宽×高）
b．每条干燥室容车数38辆
c．送风方式集中底送风(送风段长7m)
d．排潮方式集中上排潮（采用离心风机）   e．产品尺寸：240×240 x115( mm)空心砖实验循环方案：
方案(1)，在一条干燥室上部设前后两组循环，循环风机型号为GD30K2-12轴流风机(图2a)。

方案(2)，两条干燥室设置一组循环分段多次打人，循环风机型号为4-72-11型离心风机（图3）效果比较：

a．干燥室增加再循环系统可明显地改变其压力及温度制度，降低干燥初期的脱水速度，奄干燥制度得到调整及改善；
b．能显著减小干燥室的断面温差，降低砖坯残余水分，干燥均匀；
c．由于循环风机的内部增压作用，减少了外界冷空气的漏入，提高了干燥介质的热效率。
由于拟建中的干燥室与实验用干燥室通道面积差异较大，码坯方式及由此带来的干燥，介质分布，系统阻力亦有很大不同，因此其测定值只能类比，不能照搬使用。

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