隧道窯常見問題分析探討

曾志斌

摘 要：近年來由于生產技術的發展以及行政管理部門的推廣，隧道窯在燒結磚行業得到了較大推廣，發展迅速。隧道窯的先進性使不少磚廠在使用過程中獲得效益，對它的認可度正快速攀升。但是，部分磚廠在實際生產應用中有著或多或少的問題，并沒有發揮隧道窯最優化的作用，甚至有些磚廠的不恰當生產方式成為了制約生產的瓶頸。因此，為了更好發揮隧道窯的先進性，根據筆者實際工作中的經驗總結進行分析，探討了在實際工作中如何正確處理各種常見問題。

關鍵詞：隧道窯 氣壓 內氣流阻力 磚廠

中圖分類號：TU522 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0043-03

1 合理的燒成制度

燒成制度是隧道窯生產的核心內容，制定了合理的燒成制度不僅能夠保證燒成質量，并且實現快速燒成，以達到高產、低消耗的目的。

制定燒成制度應考慮的因素：（1）根據制坯原料的化學成分和礦物成分可以判斷燒成溫度和燒結溫度范圍，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，可確定制品各階段極限升溫速率和最大供熱速度。（3）窯爐特點結構，碼窯圖，燃料種類，供熱體積大小以及調節的靈活性。（4）調查了解同類原料和產品生產和實驗資料。燒結磚焙燒時間，相同原料在不同的燒成制度下，燒成周期不同。長時間的焙燒，不僅增加了燃料及人力消耗，而且影響了窯爐及其附屬設備的有效利用，牽制了生產能力的發揮。

2 降低系統內氣流阻力損失

系統內氣流阻力損失越大，電量消耗越多。不但要增加動力設備的能力，增加生產成本，而且限制了窯的產量。降低系統阻力損失意味著節約電能。

降低系統阻力可采用以下措施見圖1。

（1）磚坯在窯車上垛碼得規范。窯內坯垛碼得規范，通道暢通，其長度方向阻力可降至約8～10 Pa/m；如果坯垛碼得不規范，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，有利于氣體流過，可以快速燒成。在這方面，機械碼坯優于人工碼坯。（2）選取適當氣流流速。流速大，則氣流摩擦阻力和局部阻力都相應增大；流速小，則降低燒成速度，進而影響產量。應選取適當流速，一般用風機排煙時的流速取8～12 m/s。另外，考慮建設成本，排煙煙囪超過60 m為宜，越高的煙囪提供的負壓抽力越大。（3）當煙道斷面需要變化時，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。（4）煙道內部光滑些可以減少氣流摩擦阻力系數。（5）盡量縮短管道長度。

3 窯內氣壓制度的控制

3.1 零壓點位置的控制

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，隧道窯壓力制度的形成是由各種氣體綜合作用的結果。有大量的冷空氣在冷卻帶進入窯內，同時又有經換熱后的熱空氣被抽出；在燒成帶有燃料燃燒生成氣體，在這些氣流的作用下，使這一段窯內的壓力大于外界大氣壓而形成正壓。在預熱帶產生的大量煙氣和水蒸汽經排煙風機（煙囪）排出，使窯內壓力低于外界大氣壓而形成負壓。因為氣流運動中必然會有能量的損失，由正壓向負壓過渡時，必然有一個分界面，此處窯內外壓力相等，這個面稱為零壓面（或零壓點、零壓位）?；蚝唵谓忉尀樗淼栏G中負壓區域及正壓區域的分界處稱為零壓位。在預熱帶——負壓區，窯內廢氣及蒸發的坯體中殘留水分被排出，但當窯體、窯車之間、砂封、窯門等處不嚴密或有損壞時，極易吸入冷空氣，造成冷熱氣體分層而加大了預熱帶的溫差。在窯內的正壓區，冷空氣不可能進入窯內，因此溫度比較均勻穩定。所以大部分隧道要操作中都將燒成帶控制在“微正壓”區域，零壓位控制在燒成帶中部或靠近保溫帶的加煤孔排數的1/3位置處或者再靠后一些，這樣做的目的使高溫氣體可以充滿整個車面上坯垛，并能均勻加熱，有利于高溫下的保溫。但是，如果正壓過大，大量熱氣體會散失到周圍環境中，增大了熱損失。同時，當窯內下部兩側的砂封不嚴密，或有損壞時，或在窯車接頭處密封不嚴時，有極易使高溫氣體向下竄入窯車下，會使窯車密封裙板變形損壞，變形大時會刮壞砂封槽；也會使窯車軸承中的潤滑油流淌干凈而損壞了軸承等；同時也會使操作環境惡化。

控制好零壓點的位置，是正確執行窯內壓力制度和溫度制度的必要條件。如果零壓位置向預熱帶偏移，很容易造成以下情況：（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。

如果零壓位置向保溫帶偏移，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，坯體預熱小均，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，不但會損產品質量，而且增加了磚出窯的熱損失。

3.2 窯車面上下壓力平衡

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

隧道窯內的窯車上、下是互相滲透、互相制約、互相影響的。如果處理不當，會給焙燒造成不良后果。如預熱帶的車身負壓過大，就會從砂封、窯體、窯車不嚴密處吸進大量冷風，這些冷風入窯后帶來的害處是：

（1）由于冷風體積密度大，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）吸人的冷風被加熱，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，窯內零壓點難以控制。

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，窯車運轉不靈活，增加推車機負擔。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，盡量減少互相干擾。解決辦法有兩個方面。

（1）加強曲封、車封、砂封。有一種做法是在車下適當部位設置一道或多道擋墻，可稱之“靜態密封”，在有關部位設置合適高度的擋墻，能夠解決窯下冷氣上竄而導致下層制品欠火問題。（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、下差趨于零，可稱之“動態密封”，“動態密封”一般借助于風機作用。實現“動態密封”后，就可以有效阻止燒成帶、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，避免了燒窯車的現象。

4 砂封的重要性

回顧隧道窯發展歷史，從1765年隧道窯問世并沒有立刻大范圍應用到實際生產，直至1880年發明砂封后，才得到各領域的推廣，從此也可看出砂封對于隧道窯的重要性。

砂封槽的主要作用是隔絕窯車上下氣流，使窯內壓力和溫度制度保持穩定。砂封缺砂或砂封槽破損，必然會造成窯車上下漏氣。有的部分冷空氣上竄，不但會增加熱量消耗，而且會將窯車金屬構件燒變形，使窯車軸承潤滑油燒焦。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，砂面高度不宜低于50～60 mm（為了確保砂封槽具有較高的密封性能，從一些文獻和經驗上看，砂子的理想粒度是5～7 mm的約占30%，其余70%是無塵細顆粒。并且，窯車的側面裙板應插入砂封槽中的砂子，深度能夠達到100 mm左右為佳。

從該地區的燒結磚隧道窯來看，大多數隧道窯的砂封槽做法是：燒結磚砌筑，抹水泥砂漿。這樣的做法是造價低廉，缺點是整體性能差，容易碰壞，造成漏氣。筆者認為可以采用鋼筋混泥土現澆，其優點是整體性能較好，缺點是施工較麻煩，與燒結磚砌筑的砂封槽相比較為不容易碰壞，但是一旦碰壞，修補較為麻煩。行業上也有砂封槽采用鑄鐵件或型鋼件埋設，其整體性能好，施工、修補也很方便，但是造價偏高。

該地區有越來越多的燒結磚窯采用帶干燥室的工藝，但是大多數干燥室都不帶砂封槽，造成干燥室中一部分熱煙氣未能穿過窯車上坯垛空隙對濕坯體進行干燥，而直接在窯車下方流過去。因而，造成熱能浪費，干燥熱效率降低。同時煙氣中摻有含硫煙氣，更會腐蝕窯車金屬構件。

5 陳化

5.1 陳化的機理

制磚原料的陳化有兩步，其過得和機理分別為：在自然環境中，開掘出來的制磚塊體原料，通過風吹日曬雨淋和攢堆“悶發”的風化，使大的塊體進一步疏解，這個過程是陳化的第一步；原料通過機械強制破碎，從大的顆粒進一步變小，再經與水拌和后放置到料倉靜置，同時由于顆粒受到外力強制破壞，顆粒本身的應力和存在裂隙，在水分子的作用下，應力集中處通過毛細作用被水分子“漲開”而開裂，大的變小，逐步變得更小，同時顆粒本身也得到水的滋潤。機理是由于水分子的O-H鍵的鍵能比礦物晶體間的分子間作用力稍強，而破壞晶體間的聯接；個體粒徑越小，表面積越大，與水分子的接觸面也愈大，水分子的氫鍵個數與晶體分子接觸的數量越多，這樣物體被疏解。

分析陳化后原料粘性增加的原因，是由于礦物質晶體內部分子受到周圍分子的作用力，能量較低；而表面水分子與周圍分子接觸較少，但能量較高，因此表面能就大，吸附力較強，因而粘性增加。

5.2 陳化的必要條件

影響陳化的因素有：原料的入倉粒度級配、入倉原料的含水率（水分）、倉內靜止時間、陳化庫的室內溫度。

基于物料陳化的機理和實踐經驗，筆者認為原料人倉粒度的選定依據是：首先根據原料的種類和制磚的品種，當以頁巖類為主和生產承重磚（砌塊）時，作為骨架的大顆粒要多些；當硬度較高的原料作為主導原料和生產非承重磚（砌塊）時，要求作為骨架的大顆粒要少，相對增加填充顆粒（1 mm左右）數量，粘結顆粒的數量力求增加（但也不能一味地追求增加該顆粒的占比，則會增加設備的磨損和電力消耗，降低產量）。破碎加水攪拌后的物料（泥料），部分較大的顆粒吸水后疏解成為更小的顆粒，逐步形成粘結顆粒，利于成型的生產。

破碎加水攪拌后的物料即泥料，它的含水率是由成型的生產工藝要求決定的——不大于成型產品的含水率。尤其是目前硬塑擠出機的工藝要求，當泥料的含水率高于成型要求后，產品發生變形，尤其是直接與窯車臺面接觸一層的磚（底層）坯變形嚴重，形成廢品、殘磚。根據實踐經驗，泥料的含水率低于成型要求的含水率2～3個百分點，滿足泥料在“悶發”時水的毛細作用即可。

通過測定制磚原料經陳化后變形比與時間（天、小時）之間的關系，可以找到原料的最佳陳化時間。當以時間（天、小時）為橫坐標軸，變形比為縱坐標軸，連結各點繪制成時間一變形比曲線。從曲線上找出變形比最大點，該點對應的時間即為最佳陳化時間。通過不同地域和原料的測定，大都在40～72 h之間。以頁巖為代表的原料，在自然環境中充分風化后，陳化時間更短。

6 隧道窯降低能耗的發展方向

以筆者對隧道窯能耗的工作經驗來看，目前大部分隧道窯都能通過一些技術改造降低一定的能耗，這也是以后隧道窯要研究的方向，總結為以下幾個方面。

（1）在劣質原料大量用于燒制磚的趨勢下，能“粗糧細作”，快速燒成高質量產品。（2）更充分利用各種含有熱能的資源（包括含有熱能的廢棄物和清潔能源太陽能、風能等）；努力降低燃料消耗，進一步提高熱效率；尋求充分利用余熱、廢熱的途徑。（3）目前的隧道窯基本上都是使用煤這類固體燃料，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、控制，加入窯中的外燃料量創造條件。（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）提高機械化和自動化程度，要研究機械化、自動化碼、卸窯車和干燥車以及進、出窯和干燥室的方法（不僅適應單一品種生產，還應適應多品種產品生產）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制度的自動調節系統，達到提高產量、質量、降低燃料消耗，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，并建立窯爐熱工最優控制方法的理論和實踐。

參考文獻

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