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        燒結磚隧道窯節能高產措施分析

        日期:2018-06-02 11:01 人氣:
        燒結磚隧道窯節能高產措施分析
                                                                  2017一 5
         
                  近年來隨著勞動力日趨緊缺、勞動成本迅速增加,用地緊張和粘土被禁用,促使制磚技術不斷進步,隧道窯燒磚工藝以大量節省勞動力和降低工人勞動強度被廣大磚廠所接受,機器人、碼坯機代替人工碼坯,大斷面一次碼燒隧道窯生產工藝迅速發展。窯車運轉系統聯動自動化、卸磚自動打包、機械裝車等裝置被廣泛應用,大幅度提高了生產線自動化程度,不僅減少了用工,更重要的是大大降低了工人勞動強度。
               從自然干燥、輪窯焙燒到人工干燥隧道窯一次碼燒工藝是一個跨越。但是,不重視專業設計,隨意委托沒有設計資質的窯爐公司自行設計建造的隧道窯結構簡單、風道設計不合理、窯體保溫性能差,造成燒磚能耗偏高、質量低劣的現象非常普遍。干燥窯結構不科學、送風方式不合理,導致磚坯干燥效果不佳、干燥過程中嚴重塌坯倒窯的現象時有發生。為防止這類事故的繼續發生,針對以上問題產生的原因及處理方法談一點體會。
                1、隧道窯結構與能耗
                1.1窯體保溫與能耗
                燃料成本、電力成本、勞動成本構成燒結產品的三大成本,然而由于建設不合理、操作不當造成燃料浪費現象非常普遍。因此,降低能耗是燒結磚生產線長期的目標。
        窯體保溫性能優劣是降低能耗的關鍵。常年處于高溫的焙燒窯,大約有30%~40%的熱量被窯體吸收和散發掉,隨著燃料價格的日趨上漲,提高窯體保溫性能尤其重要。窯體可分為窯墻和窯頂兩個部分。外墻直接與大氣接觸,一般需在墻體內增加6cm~10cm厚度保溫棉以降低熱量損失。窯頂散熱是熱量損失的主要途徑,因此窯頂保溫顯得更為重要,除了在拱頂磚的加層中使用保溫棉之外,還需在上部填充珍珠巖等保溫材料,以增強保溫性能減少熱量損失。常用的硅酸鋁纖維棉、巖棉、珍珠巖、輕質保溫磚都是性能良好的保溫材料。在同類地區,窯墻內加保溫材料比不加保溫材料燒成1kg制品可以降低能耗50kcal以上。
        國家標準規定窯外墻溫升不超過15℃,窯頂溫升不超過25℃,如果燒磚窯爐能達到這一標準,燒磚能耗就會大大降低。當然,要達到這一要求,窯體就要采用良好的保溫材料。一條4.6m隧道窯約需增加投資10多萬元。
               1.2窯車保溫與能耗
               窯車散熱也是窯內熱量損失的重要途徑,很多隧道窯車底溫度高達300℃,不但熱量損失嚴重,還經常燒壞軸承。窯車散熱主要是車體砌筑材料保溫性能差和兩車接觸面密封性能差,良好的窯車必須在車底面鋪設保溫棉、珍珠巖和輕質保溫磚,然后再鋪設耐火磚,接頭處必須采用兩級密封并嵌入保溫棉才能有效減少熱量傳遞到車底。
               1.3窯車沙封與能耗
               隧道窯沙封密封性能不良不但導致熱量損失,更重要的是導致窯內氣流混亂,是出現生磚的主要原因,因為從沙封穿入的冷空氣直接作用在窯車兩側的磚坯上,窯車兩側本身由于窯墻吸熱的原因溫度比中部低,再加上冷空氣穿入,溫度就會更低,因此沙封漏氣必定導致窯內兩側出現生磚。
               1.4隧道窯通風與能耗
        燃料燃燒需要足夠的氧氣,空氣中的氧氣是幫助燃料燃燒的介質,每公斤純碳燃燒大約需要30m?~40m?的空氣。雖然進入窯內的空氣是靠排煙風機的抽力形成的,但是通風道截面積大小是確保通風量的關鍵。沒有足夠的風量燃料就不能充分燃燒,每公斤純碳在氧氣充分的條件下燃燒可產生8500kcal熱量,釋放二氧化碳,在氧氣不足的條件下燃料只能產生1700 kcal熱量,沒有完全燃燒的碳轉變成一氧化碳(煤氣)被排除窯外。
               按照每公斤純碳燃燒大約需要30m?~40m?的空氣,每燒1萬塊磚約需1.1t純碳計算,一條日產20萬塊磚(標準磚)的隧道窯每小時產量約8000多塊, 約需純碳0.88t(880kg),通風道每小時需通過880×40=35200m?空氣,按照通風道空氣流速8m/s計算,通風道面積應達到35200/3600/8=1.22㎡。而通風道截面積應比計算面積大1.5倍,因為燒磚所用的內燃和外投煤都是純碳,灰分較大,熱值較低,燃燒時需要的氧氣量遠大于純碳燃燒消耗量。
               1.5窯體保溫與磚坯干效果
               干燥磚坯的熱量來自焙燒窯的煙熱和余熱。所謂余熱是燒磚過程中磚坯冷卻過程中釋放的熱量,保溫良好的焙燒窯不但燒磚過程中能夠減少熱量損失降低能耗,而且能從冷卻帶抽取足夠的熱量送往干燥窯,確保干燥窯熱量充足,干燥窯有了充足的熱量才能保證磚坯干燥效果。
              1.6窯體長度與熱利用率
               增加窯體長度不但能提高產量和質量,更重要的是提高熱利用率,通過增加窯體長度加長焙燒帶,延長焙燒時間,實現低溫長燒的焙燒方式。磚坯在相對較低的溫度下延長保溫時間不但能使窯內斷面溫度趨于一致,提高制品強度減少生磚,而且在延長焙燒帶的前提下可以適當加快進車速度能提高產量。更重要的是,加長焙燒窯長度后能夠充分抽取冷卻帶磚坯余熱送往干燥窯干燥磚坯。如果隧道窯長度不足,頂出窯外的磚塊溫度還很高,大量的余熱被散發在大氣中白白浪費,只有停留在窯體內的磚塊熱量才能被風機抽出送往干燥窯得到利用,因此適當增加焙燒長度不斷能提高產量、保證產品質量,還能最大限度的利用余熱干燥磚坯。
              1.7產量與能耗
              由于焙燒窯體所吸收的熱量與時間有關,與產量無關,從年初點火到年底熄火無論燒多少產品窯體每天都在消耗固定的熱量,因此提高焙燒窯日產量是降低能耗的有效途徑。加大焙燒窯通風量促進燃料快速燃燒是提高產量的必要條件,提高了焙燒窯產量也就相對降低了每塊磚的能耗。
               2、磚坯干燥過程中產生裂紋及倒塌的原因及處理辦法
               磚坯干燥過程是坯體從較高環境溫度中吸收熱量,使坯體中的物理水轉變成水蒸氣,受熱氣體隨著溫度升高膨脹,膨脹的氣體壓力升高,較高壓力的氣體就會向壓力較低的自然環境中釋放,水汽排放需要尋找縫隙從坯體中向外排出。磚坯干燥質量是確保燒成質量、產量的關鍵環節。沒有理想的干燥磚坯就不能確保焙燒窯的產量和質量。結構科學的干燥窯,合理的送風方式、適合原料特性的送風溫度,是確保磚坯干燥效果的前提。  增加干燥室容量,降低磚坯升溫速度,延長磚坯干燥周期,提高干燥合格率,才能確保焙燒窯的火行速度,實現快速焙燒。
               2.1影響磚坯干燥性能的三個物理參數
             (1)干燥敏感性——坯體在干燥過程中產生開裂的傾向性。有低、中、高之分,我們把干燥敏感性小于1的原料叫低敏感性,1~2叫中敏感性,大于2叫高敏感性原料。
             (2)臨界含水率——坯體在脫去自由水過程中會隨水分減少而收縮,自由水蒸發而結束,坯體停止收縮,這時坯體說的含水率成為臨界含水率。隨濕度變化而變化。
             (3)塑性指數——泥料在外力作用下任意改變形狀而不開裂,外力移去后還能保持已改變的形狀。
              對于干燥敏感性系數大于2的高敏感性原料,要求干燥室的長度大于70m,干燥周期應在45h以上,送風溫度不宜超過120℃,預熱長度應在20m以上,坯體在于熱帶升溫速度控制在3℃/h~4℃/h,于熱帶相對濕度控制在75%~85%,最關鍵的一點是在成型前加熱原料,提高成型坯體溫度并使坯體內溫度趨于一致,并保證成型坯體溫度略高于干燥室進口溫度,做到以上條件就能確保磚坯干燥質量。
        預熱段空氣濕度大小于取決于原料臨界水分和干燥敏感性,原料臨界水分高,干燥敏感性低,坯體從進入干燥室到停止收縮開裂的過程較短,預熱段低濕度高溫度,可以縮短干燥室長度,實現快速干燥。反之,干燥室就要相應加長,預熱段就要高濕低溫,降低干燥速度,否則磚坯就會出現裂紋。
              2.2碼窯車
               碼窯車可以保證燃料和氣流在窯斷面的均勻分配,內燃燒磚碼窯車的原則應是中細邊密、底稀上密的碼法,這樣既滿足窯中間間隙大,使潮氣容易流出。實心磚在干燥過程中反而比空心磚容易塌坯,原因是實心磚所用原料多,重量大,總水量多,坯體受熱后產生的潮氣量大,如果排潮不足就會導致塌坯。
              2.3機械碼坯
              機械碼坯不但可以保證坯垛的穩定性,也能保證坯體之間的間隙一致性。可以認為確定邊密中稀并能保證所有窯車碼坯稀密相同一致,便于受熱、通風和排潮。目前幾乎所有新建燒結磚生產線都采用機械碼坯,因此在確定焙燒窯寬度時必須先根據磚形設計碼車圖,根據碼車形式確定窯車規格和焙燒窯有效寬度,且不可隨意確定窯的寬度。
               2.4磚坯預熱
               磚坯預熱過程是坯體由外到內的升溫過程,這一過程既要確保坯體緩慢升溫,又要降低磚坯表面脫水速度,這就要保證預熱帶保持低溫高濕狀態。因為坯體表面受熱快,坯體表面的水分就會逐漸變成水汽向空氣中擴散而被對流的空氣帶走,這時如果坯體周圍空氣相對濕度較小,坯體表面水分就會迅速蒸發,水分蒸發,體積就會減小,表面就會收縮,坯體內部溫度還較低,水分不會蒸發,體積也就不變化,內外收縮不一致就會造成坯體表面開裂。因此,必須等到坯體內部溫度升高到開始蒸發水分時才能進入到脫水階段。要保證坯體表面水汽不被迅速蒸發,就必須保證坯體周圍的空氣濕度。坯體在預熱段到干燥段這一升溫階段,坯體的空氣濕度應保持在70%~80%,溫升速度應控制在3℃/h~5℃/h。升溫過快,只會加快坯體表面溫升速度,坯體表面向坯體內部的熱傳導升溫速度又相對坯體表面的空氣對流升溫慢得多,在這一緩慢過程中必須讓坯體處在一個高濕的環境中,也就是坯體的預熱階段,這個階段一般需要8h~12h,預熱段長度約20m~25m。如果預熱階段坯體周圍的空氣濕度較低,就會導致坯體表面脫水速度加快,坯體內外脫水速度不一致,使坯體表面開裂。
                2.5送風量與送風壓力
                風機變頻器的應用方便了風機啟動和靈活調整。但是,為干燥窯選型的風機不只是為了燒窯而選的。對于一條3m多的隧道窯而言,滿足焙燒只需要一臺每小時排風量3萬m?、壓力280pa、功率為7.5kw的風機即可。但是,為了給干燥窯送風,通常選用壓力1200pa、風量在10萬m?、功率在45kw以上的風機。
        燒窯工為了滿足燒磚所需的氧氣量隨意降低風機頻率,導致進入干燥窯的風量風壓嚴重不足是塌坯的主要原因。因為風機的風量與轉速成1次方關系,風壓與轉速成平方關系,當頻率由額定的50赫茲降低到30赫茲時,轉速時額定的60%,這時的風量是額定的60%,而壓力卻只有額定的36%。小風量不能將側面送入的風吹到窯車中間,也不能將頂部送入的風吹到車面,就不能使下部磚坯之間形成空氣對流,潮氣就不能排出。
               送風溫度直接影響到預熱帶的坯體升溫速度和干燥段脫水速度,所以,對不同的原料和坯體含水率,送風溫度應不同,一般情況下軟質原料的送風溫度不要超過110℃。這樣,可以確保坯體在預熱過程中合理升溫。送風溫度過高會導致坯體蒸發水分過快,會使干燥窯內水汽量過大,超過了排潮風機的排風量,使預熱段的相對濕度達到飽和,就會使磚坯變軟而倒塌。
               2.6漏氣造成塌坯
                漏氣是導致塌坯的一個主要原因,進車端升降門周圍漏氣導致外界冷空氣進入干燥窯,造成排潮風機排出潮氣量下降,使高溫潮氣滯留在坯體表面,導致坯體變軟而造成塌坯。現在大多數干燥窯只設了一道門,可就是這一道門,很多廠家也不重視門的密封效果,門的四周與端墻之間的底部軌道之間的縫隙很大,甚至門已經損壞也不修復,這樣必然降低排潮風機的抽力。
        磚坯產生裂紋的主要原因是:(1)干燥窯預熱段溫度、濕度與原料的臨界水分、干燥敏感性對應的環境不符。(2)環境溫度低,成型坯體內外溫差大,坯體表面水分蒸發遠快于內部水分蒸發。(3)擠磚機壓力小,成型水分高,原料臨界水分低,成型水分與臨界水分差值太大。(4)原料塑性指數偏高,坯體不易脫水,干燥升溫快,導致坯體表面開裂。
                 磚坯在干燥過程中出現塌坯是常見現象,尤其是軟質原料塌坯倒窯現象更為常見。造成塌坯的原因很多,比如磚坯成型水分偏高,坯體強度低,下部坯體承受不了上部坯體的壓力造成塌坯,坯垛碼放層數過高使下部坯體被壓變形造成塌坯,坯垛碼放不規范使得受壓不均造成塌坯。但是送風溫度過高、升溫速度過快是造成塌坯的常見原因。總之,降低能耗由多種途徑,提高窯的保溫性能和焙燒窯產量,是降低能耗的有效途徑。
                 導致干燥窯塌坯的因素很多,有干燥窯結構設計方面的因素,也有操作方面的因素,具體問題應根據實際情況找出問題所在,對癥處理,使問題得到徹底解決。工藝設計流暢、窯爐結構設計合理、保溫性能良好、施工質量優良,是降低能耗、提高產品質量的關鍵。
         
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