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浅议烧结砖热工设备

发布日期:2011-05-20    浏览次数:208

1隧道窑与轮窑

1.1隧道窑的优点

这里介绍的隧道窑是指我国燃煤普通隧道窑。隧道窑是在窑道外码坯垛至窑车上,卸成品也是在窑道外进行,工人操作条件较好,且装、出窑车较易实现机械化。轮窑是在窑道内码坯垛和卸成品的,环境温度高,粉尘大,操作条件差,且装、出窑道难以实现机械化。这也得轮窑最大的缺点。虽然国外的直通道轮窑有用叉车装、出窑的,但没有隧道窑在室外进行操作方便。

隧道窑是定点焙烧,窑墙和窑顶的温度是不变的,属稳定传热。轮窑是周而复始的循环焙烧,因而也周而复始地加热、冷却窑墙和窑顶,属不稳定传热。就这一点讲,隧道窑的热能利用率高于轮窑。但是,隧道窑要周而复始地加热、冷却窑车,增加了隧道窑的热损率。

在生产正常的情况下,隧道窑的闸阀提法一旦确定,无需再动。轮窑需随着火的走动,频繁启、落闸阀。

隧道窑的闸阀较少,主要布置在火前进方向的预热带,且多数处于启动状态,而位启用的闸较少,即使漏气也是拉火前进的。负压处窑外冷气向窑内窜,正压处窑内热气向窑外窜,漏气量较大。由于这些闸多数不在火前进方向的预热带,故影响了火行速度。

例如:A厂有一条92.84m×2.5m隧道窑,9对(18个)闸,其中7对为烟闸,设置预热带;1对为车底闸,也在预热带;1对为高温放热闸,在烧成带始端,偏向预热带。无论正在使用的闸,还是未使用产生漏气的闸,均“将火拉向前进方向,无逆向力生产。”

B厂一座24门轮窑,内、外哈风闸多达50个,烧一把火,处于逆向位置的闸占3/5以上。这些闸一旦漏气,必然产生逆向力,阻碍火的前进。

隧道窑投煤孔少,且主要布置在中部零压点附近,故漏出或漏入气体不太多。轮窑一圈布满投煤孔,数量多,各种压力状态下均有,故漏出或漏入气体较多。例如:A厂的隧道窑计127个投煤孔,而B厂的轮窑多达526个投煤孔,是隧道窑的4倍以上。

如用自动加煤器外投煤粉,或用气体、液体燃料焙烧,这些系统中隧道窑上设置比在轮窑上设置简单得多。

轮窑要糊纸挡,纸挡难免出现漏气。而隧道窑无纸挡。

一般情况下,轮窑的漏气点大大多于隧道窑的漏气点,“拉后腿”的地方较多,故它的火行速度低于隧道窑。隧道窑的火行速度为3.5m/h~4m/h较普遍;而轮窑的火行速度达2.5m/h~3m/h的不多,故横断面积较小的隧道窑往往产量高于横断面积较大的轮窑。

轮窑一圈要设窑门,窑门的数量多。频繁封门、打洞工作量较大,且门是个薄弱环节,散热多,故靠近窑门的制品一般欠火。而隧道窑只有前后两个门。需要指出的是,隧道窑进车端门靠近排烟风机,此处负压大,如密封不好,大量外界冷空气要漏入窑内(有的厂由窑门漏入窑内的冷空气高达1万Nm3/h以上),就近进入排烟风机。进车时排烟风机基本上全抽的是进车端窑门进来的风,火处于停止前进状态,牵制了窑的生产能力发挥,故窑门开启时间越短越好,最好进车端设置双层窑门。

轮窑装、出窑时,运输车辆需频繁进出窑道,极易碰坏窑门,而隧道窑不存在此问题。

隧道窑的内高可高可低;但轮窑由于要进人站立操作,不能太低。

隧道窑的窑道可宽可窄;但轮窑由于在装出窑时要在窑道横向排放两辆或更多架子车,故不能太窄。

隧道窑的拱顶矢高可做得很小,甚至平顶;而轮窑(尤其是国内用得较多的环形轮窑)拱顶矢高一般较大,做成平顶难度大,投入费用高。

隧道窑的窑道内墙、内拱可用耐火材料砌筑。亦可在高温段用耐火材料砌筑,低温段用普通烧结砖砌筑,由于投煤孔处于薄弱环节,且投煤孔数量不多,故一般用异形耐火材料砌筑,投煤孔处不易损坏,而轮窑窑道的任何一个部位都可能处于高温段,也可能处于低温段,且投煤孔数量很多,如用耐火材料砌筑,投入的费用较高,故轮窑一般用普通烧结砖砌筑,其实用寿命不长,尤其投煤孔处易损坏。

隧道窑如用二次进风机,风机的位置可固定不动,而轮窑如用二次进风机,风机的位置要跟随火移动,不便操作。

如某制品在窑内焙烧的预热带、烧成带、保温冷却带带长度确定后,采用轮窑的窑道展开长度应比采用隧道窑的窑道长度长一些,因轮窑的窑道中要空出一段作为装、出窑位置。

1.2隧道窑的缺点

隧道窑的建设费用高于轮窑,这是因为要设窑车、电托车、顶车机和回车卷扬机等输送设备。由于这些设备的设置,使得隧道窑的电耗高于轮窑。

隧道窑是由若干辆窑车组成的活动窑底,窑车与窑车接缝处很难密封严实。砂封槽缺砂时也要漏气。正压处热气向检查坑道中漏入,致使窑车金属部件变形、开裂,窑车轴承润滑油结焦,从而导致窑车运转不灵活,增加顶车机负荷,甚至导致窑体损坏事故。窑车上、下漏风是隧道窑的最大缺点。为了彻底堵绝漏风,有人想到用水封,因水的密封性能好,但在有火的窑内用水封又谈何容易?而轮窑的砖坯上码在窑道地平面上,无上下漏气之虞。鉴于窑车是活动的,故隧道窑的结构密封难度大于轮窑。

窑道中的窑车是一群能吃的“老虎”,出窑时将带出一些热量至外界。

由于每辆码了坯体的窑车,从进车端到出车端,要经过全窑道各部位,一旦坯垛碰内墙擦内拱,会导致倒垛乃至窑车脱轨事故,为了防止这类事故的发生,要求坯垛与内墙、内拱缝隙保持40mm左右。但不少厂担心在生产过程中出现内拱下坠、内墙变形、窑车面耐火材料位移,造成上述碰擦事故,往往将边隙和顶隙留得较大,有的大到200mm~300mm。须知,该缝隙是被迫留的,是“邪恶点”,大量气体会由此通过,而到不了坯垛内部去,这不但增加了排烟风机负担,而且降低了产量。另一方面,由于气体热膨胀密度变小上浮,冷收缩密度变大下沉,故顶隙流动的气体温度高,制品易过烧,下边隙流动的气体温度低,制品易欠火。据测定,有些厂高至80%的气体是由顶隙和边隙通过对,根本未起助燃作用。而轮窑的坯垛的不动的,顶、边的缝隙可留得很小,甚至紧靠内拱、内边,轮窑不存在边隙和顶隙之虞。轮窑如某处内拱下坠或内墙向内凸鼓,可在此处少码一层或横向少码1~2块坯体,其他部位仍按原码窑图码垛,比较灵活,损失不大。而隧道窑不同,如某处内拱下坠,迫使窑车上的坯垛少码一层,不但大大减少窑内制品数量,而且造成顶隙增大,走风增多,损失较大。故和轮窑相比,隧道窑的窑体砌筑质量更重要。

一旦隧道窑出现垮垛或窑车脱轨事故,处理起来就很麻烦;而轮窑即使某窑室垮垛,一般情况下仍然可让火继续前进,特殊情况下,如垮垛(指坯垛)面积较大,火焰难以越过它时,则可以让火焰暂时反向行走一段距离,创造条件使垮了的坯垛重新码好,再恢复顺向行进。

隧道窑的窑道内要行进装着坯垛的窑车,坯垛的稳定性显得比轮窑内的坯垛跟重要;因而,要求轨道安装精度、窑墙、窑拱的砌筑精度比轮窑的窑体更重要;隧道窑基础可靠性显得比轮窑更高,一旦基础出现均匀下沉,造成轨道不平,或拱内墙、内拱变形,窑车就无法通过。总之隧道窑可以做到对温度曲线精确控制,断面温度均匀,而轮窑则不然。因此,隧道窑可以适用焙烧高质量的产品,而轮窑只适合生产一般性的产品。

2其他类型的隧道窑

通常采用的隧道窑都是直条形的,还有做成圆环等形状的,但是由于这样那样的缺陷,此类窑形用的极少。为了集思广益,使这类窑形不断有所提高和改进,现特简介如下:

1972年1月丹麦锡克堡的里斯勃罗瓦厂的一座自动化圆形隧道窑投产,其窑道形状是一圆截面,用于烧瓦,未能废除窑车。其特点的:作业时窑车底部的轨道在辊轮上滑动,窑车不与轨道做相对运动。装、出窑在同一侧面进行,便于搬运。

法国队一些砖厂采用自动旋转窑底的环形窑,用连续环形旋转窑底取代窑车。其特点是:①由于采用了连续式窑底,因而消除了窑车与窑车之间的接缝,改善了窑底的密封性能,减少了热损失;②窑底设有“连续砂封”存放砂子,不存在砂子漏损问题,省去了经常补充砂子的操作;③利用旋转的窑底,可在固定的位置连续装、出窑。不足之处是窑底旋转过程中有时出现偏移现象。

我国经过多年的潜心研究,发明了“移动式隧道窑”。该窑的窑道为圆环形。生产时,窑体沿直径为60m~80m的环形轨道上转动,不用窑车,将坯体直接码在窑道的地坪面上。其特点是:①继承了轮窑不用窑车的做法,从而克服了隧道窑的投资大和窑车运行费用高的缺点;②继承了隧道窑在外界装窑、出窑的做法,克服了轮窑在窑道内恶劣环境下操作的缺点。该窑的装、出窑的位置上移动的。

3一次码烧一条龙隧道窑和一次码烧并列式隧道窑相比较

3.1一条龙隧道窑的特点

因干燥和焙烧连为一体,未分割,经干燥后的坯体无须出干燥段而直接进入焙烧段,故此窑形热损失要少些,少进、出一次窑车,少一道托、顶窑车工序。但这种干燥、焙烧工序均只码一次窑车。

3.2一条龙隧道窑的缺点

干燥段只能负压排潮;而并列式隧道窑可负压排潮,亦可正压排潮。

干燥段顶部不宜盖钢筋混凝土板(不能太简化),因为操作不当会使焙烧段的火偏移到干燥段,烧坏钢筋混凝土板。而并列式隧道窑是干燥、焙烧段分开的,可使干燥部分简化,顶部可盖钢筋混凝土板。

应该指出的是,有的厂采用并列式一次码烧隧道窑,焙烧窑的内拱有一定的弧度,而干燥窑的内拱是平的。这样若将就干燥窑,坯垛顶部码成平的,则焙烧窑中部顶隙太大,风由此隙走的多,致使横断面温差大,火行速度慢;如将就焙烧窑,坯垛顶部码成拱形,则干燥窑两顶角空隙大,封由此两顶角隙走的多,造成坯垛底部脱水慢,影响了干燥速度。正确的做法是,干燥窑和焙烧窑的内拱形状应趋于一致。

4二次码烧隧道窑(配干燥室)和一次码烧隧道窑相比较

4.1二次码烧优点

可将干燥后的废坯剔出,回收作为原料。而一次码烧窑干燥后的废坯必须进焙烧窑(段),将其烧成废砖,不但多废原料、人力、能量,而且减少了焙烧窑(段)的产量。

在上下温差允许的情况下,二次码烧工艺中因坯体已经过干燥,强度较高,可适当增加窑车上坯垛的层数,以提高产量;而一次码烧隧道窑窑车坯垛层数受到湿坯垛强度限制,往往码垛层数较少,尤其是原料中加入成孔剂生产高孔洞率自保温空心砖(砌块)时,湿坯垛强度一般很低,宜采用二次码烧工艺。

4.2二次码烧缺点

二次码烧的缺点是多码一次坯:第一次将湿坯体码在干燥车上,干燥后再由干燥车卸下码上窑车,共计两次;而一次码烧只需一次直接码上窑车。多码一次不但需多投入劳动力,而且多一次碰坏坯体棱角的机会。

5二次码烧轮窑(配干燥室)和一次码烧轮窑相比较

5.1二次码烧优点

因入窑的是经过干燥的坯体,强度较高,窑内上、下温差在允许范围的情况下,码的层数可适当多些,因而有条件使窑道做的宽些(轮窑一般不是平顶,有一定的拱高,只有窑道总高较高,才为增加内宽创造条件;否则内宽增加到一定程度,窑内直墙的高度就很低,窑门砌筑有一定困难,窑门最好在直墙上)。总之,轮窑窑道不能太低,因操作人员要进出窑门和在窑道内站立操作。

鉴于轮窑窑道不能太低,因而湿坯垛码的也不能太低(在一般情况下,坯垛层数不宜少于18块),如湿坯体强度不高,底层坯体承受不了上部坯体的压力,就不能采用一次码烧轮窑。

5.2二次码烧缺点

湿坯垛码到干燥车上,经干燥后的坯体从干燥车转码到架子车上(有些砖厂用胶轮车驼着装有干坯体的干燥车直接拖入窑内,虽少码一次,但也带来操作上的麻烦),又将架子车上的干坯体码至窑道内,计码三次。而采用一次码烧轮窑时,湿坯体码到架子车上,再将架子车上的坯垛码至窑道内,共计码两次,可少码一次。

6隧道窑或轮窑配坯场和隧道窑或轮窑配干燥室相比较

6.1配坯场优点

采用自然干燥,其特点是干燥周期长、干燥速度缓慢。在人工呵护下,对敏感性系数高的原料成型的坯体,干燥开裂情况比人工干燥好些。因而,在自然干燥的启发下,有的厂即使采用人工干燥,也先将湿坯体在厂房内静停24h左右,使其含水率向临界点慢速靠拢,再进干燥室,以提高干燥质量。利用了大自然“免费”的风能和太阳能。

6.2配坯场缺点

受气候因素影响较大,暴雨、大风、冰冻往往给坯场中的坯体造成损失。

一般需码四次:成型后的湿坯体码上架子车,再由架子车卸码至坯场,干燥后的坯体码上架子车,再由架子车卸码至窑道内(或窑车上),如需干燥中途“花架”,则需码五次。而隧道窑配干燥室只需码两次,轮窑配干燥室只需码三次。

坯场占地面积大,需操作工人数量多。

7负压排潮隧道干燥室和正压排潮隧道干燥室相比较

7.1负压排潮优点

排出的潮气相对湿度较高,一般为90%~95%。而正压排潮一般有5~8个排潮囱,各个囱排出的潮气相对湿度也不一样,某厂靠近出车端的一个囱(排出气最多的一个囱)相对湿度仅25%~30%,热介质利用率不高。

由于是集中负压排潮,气体基本上不通过干燥室进、出车端外泄,进、出车端工人操作环境较好。集中排潮便于脱硫除尘。而正压排潮如控制不好,热介质易通过进、出车端外泄,恶化了进、出车端工人操作环境。由于其排潮点分为若干个,故不便于脱硫除尘。因排潮囱的高度都较低(如高了则阻碍力大),故对周围环境产生的污染较大。

7.2负压排潮缺点

由于排出的躯体湿含量高,故排潮风机腐蚀较快,如热介质中含SO2较高,排潮风机会腐蚀的更快。而正压排潮不用排潮风机。

采用负压排潮,坯体干燥均匀程度低于正压排潮。

8国内中小断面隧道窑与国外大断面“箱式”隧道窑相比较

中小断面隧道窑以几十万块砖,乃至上百万块砖用手工砌筑而成,对工人的砌筑水平要求高;大断面“箱式”隧道窑是法国工商研究及发展中心与1968年首创,该窑多为装配式,只需将工厂化加工组成窑道各部件组装即成,手工砌筑工作量小。它的特点是构造优良,密封性能好。其外部为金属结构,内部是耐火材料,中间夹层是耐热保温材料,可以加压焙烧,故窑内温度均匀,同一横截面上温差可控制在20℃以下,焙烧出来的制品质地均匀。

中小断面隧道窑结构简单,主要用一台排烟风机,多数采用全自然进风,电耗少,由于控制手段简单,故对烧火工的观察能力、操作水平相对要求高;而大断面“箱式”隧道窑结构比较复杂,采用多台风机,完全强制进风,自动控制,电耗多,操作工人按仪表显示的数值进行调节,由于其外漏钢管多,造成一些热损失,加之烟热未作湿坯体的干燥介质,而排放至外界。据天津蓟县国环页岩砖厂测试结果:它的热耗约高于中、小断面隧道窑15%~20%。因而如何缩短外漏钢管并使其更好地保温和利用烟热,是大断面“箱式”隧道窑一个值得研究的问题。

9室式干燥室和隧道干燥室相比较

室式干燥室是间歇干燥室,隧道干燥室是连续干燥室。前者热耗高于后者;前者坯体是单层干燥,后者坯体是叠摞干燥,前者更利于干燥质量的提高;前者可适应多规格制品的干燥,后者更适合于单一规格制品的干燥。
 

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