與發(fā)達(dá)國(guó)家隧道窯相比,我國(guó)隧道窯熱耗明顯偏高。
有的磚廠原料制備、成型、干燥等工序過(guò)分“簡(jiǎn)化”,將大量“不健康”、帶有隱傷的坯體送入窯內(nèi),或窯的焙燒制度和原料性能不匹配,致使優(yōu)質(zhì)原料制出的是劣質(zhì)產(chǎn)品,造成資源和能源的浪費(fèi),十分可惜。
隨著人們生活水平的不斷提高,對(duì)墻體材料的綜合性能要求也越來(lái)越高。但國(guó)家嚴(yán)禁用農(nóng)田好土制磚。提倡用煤矸石、粉煤灰、爐渣、淤泥、頁(yè)巖等原料制磚,煤矸石、粉煤灰、爐渣等做原料不但消化了廢渣,而且還可利用它所含的發(fā)熱量,是一舉兩得的好事。但是對(duì)制磚來(lái)講,這些不少屬于難對(duì)付的劣質(zhì)原料。用劣質(zhì)原料制出好的產(chǎn)品,就必須根據(jù)其理化性能“門當(dāng)戶對(duì)”地選擇工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備,設(shè)計(jì)好最關(guān)鍵、最核心的設(shè)備——隧道窯,并要制定與原料性能相匹配的焙燒制度,才能使“粗糧細(xì)作”,做出高品質(zhì)、低能耗的產(chǎn)品來(lái)。
我國(guó)絕大多數(shù)隧道窯采用固體煤作燃料(當(dāng)然也有不少采用煤矸石等固體廢渣作燃料的),只有極少數(shù)隧道窯的燃料采用天然氣(發(fā)生爐煤氣)或重油。為了使燃料趨于完全燃燒,實(shí)際上應(yīng)供給比理論值較多的空氣量。多出的那部分叫過(guò)??諝?。實(shí)際空氣用量與理論空氣用量之比值稱為過(guò)剩空氣系數(shù)(a)。氣體燃料和空氣非常容易混合,所以氣體燃料燃燒時(shí),a可以小一些;液體燃料燃燒時(shí)雖然要霧化成微小的顆粒,但比氣體分子還是大得多,故其燃燒時(shí)的a值應(yīng)比氣體燃料的大;固體燃料和空氣的接觸更差,故它的a值最大,理想隧道窯a的取值大致是:氣體燃料為1.05~l.10;液體燃料為l.l~1.2;固體燃料為l.2~1.5。但因漏氣和還垛各部位阻力不一致,而使空氣在窯道橫斷面不易分布均勻,故一般固體燃料經(jīng)過(guò)燒成帶的a值控制為2~3。
如果a值太小,由于窯道同一橫斷面各部位或多或少存在一定程度的“不均勻性”,致使有些部位燃料在窯內(nèi)得不到足夠的助燃空氣而不能完全燃燒。所謂不完全燃燒是指:①炭末燃燒,未發(fā)出熱量;②在缺氧情況下生成氧化碳(CO),未生成二氧化碳(CO2),只發(fā)出17%的熱量,83%的熱量未發(fā)生。不但浪費(fèi)了燃料,而且牽制了窯溫上升速度。例如:有的隧道窯的外投煤爐渣中還殘存著2090kJ/kg-6270kJ/kg(500heal./kg~1500kcal/kg)的發(fā)熱量;有的隧道窯中制品內(nèi)燃料未燃透,成品“黑心”、“壓花”很重,往往每塊普通實(shí)心磚中還殘余627kJ(150kcal)或更高的發(fā)熱量。均屬此類情況。
如果a值太大,多余的空氣不但未起到助燃作用,而且“冷的進(jìn)來(lái)、熱的出去”,還帶走不少熱量。實(shí)踐證明,在完全燃燒的情況下,經(jīng)過(guò)燒成帶的a值增加重,窯的熱效率約下降6%。窯溫同樣上升緩慢。例如上海大中磚廠年產(chǎn)2000萬(wàn)塊普通實(shí)心磚的隧道窯,原來(lái)經(jīng)過(guò)燒成帶的。值為3.5,后來(lái)將其降為2.5,每年節(jié)省標(biāo)煤約60t。必須著重指出,有些磚廠隧道窯a值已很大,但由于空氣未能和燃料合理地接觸,燃料仍不能完全燃燒。這樣,就得承擔(dān)兩部分損失:其一是多余空氣帶走的熱量;其二是燃料未能完全燃燒而損失的熱量。因此,往往要消耗更多的燃料。正確的做法是:千方百計(jì)縮小窯道同一橫斷面各位勻”程度,在此基礎(chǔ)上,選擇恰當(dāng)?shù)腶值是節(jié)省熱能和確保成品有較高的產(chǎn)量、質(zhì)量的重要途徑之一。
空心磚不但在使用過(guò)程中節(jié)省能耗,而且在焙燒過(guò)程中也降低能耗。隨著其孔洞率的增加,燃料消耗也有所減少。原因是:①熱能消耗量是與坯體質(zhì)量成正比的;②空心坯體由于孔洞的存在,壁、肋薄,熱氣體與其接觸面積大,傳熱、燒透快,有利于快速燒成和內(nèi)燃的完全燃燒。例如:上海振蘇磚廠從生產(chǎn)實(shí)心磚改為生產(chǎn)孔洞率為33%的空心磚后,產(chǎn)量增加了22%標(biāo)塊,熱能消耗減少了20%。又例如:山東省鄒平縣紅廟磚廠的一次碼燒隧道窯,焙燒窯的規(guī)格為92.84m×2.5m×l.85m(從車面至窯內(nèi)拱頂),干燥窯的長(zhǎng)度為68m。生產(chǎn)普通實(shí)心磚時(shí)的產(chǎn)量:10.5萬(wàn)塊/d,改產(chǎn)空心磚后每標(biāo)塊節(jié)省燃料為42%。
選擇合理的窯的規(guī)格尺寸和結(jié)構(gòu)形式,是窯內(nèi)熱能是否可以合理利用的重要方面。窯的規(guī)格尺寸和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)焙燒溫度曲線和壓力曲線確定。要因地制宜、因原料制宜、因具體情況制宜,切忌生搬硬套。
一般隧道窯出窯磚的溫度不應(yīng)高于60℃。某磚廠由于隧道窯偏短,出窯磚溫度達(dá)300℃左右,致使制品和窯車帶出大量熱量。還有一個(gè)磚廠,雖然隧道窯的長(zhǎng)度較為合適,但是為了追求高產(chǎn)量,不切實(shí)際地縮短進(jìn)車時(shí)間,迫使燒成帶向冷卻帶偏移了24m,出窯磚能看熊熊火焰,高達(dá)500℃以上,熱磚遇到外界大氣急冷,啞音、裂紋占50%以上,造成資源和能源很大浪費(fèi)。這些作法應(yīng)予糾正。
坯垛中的橫坯或連續(xù)橫坯形成的橫帶,對(duì)氣體流動(dòng)阻力大,應(yīng)盡量少用橫坯或橫帶,橫坯可以密碼。這是因?yàn)闅饬鳌跋矚g”沿著順坯之間的空隙前進(jìn),橫坯密碼和稀碼所產(chǎn)生的阻力相差不大,其密碼能較充分地利用窯道空間,既能增加產(chǎn)量,又能節(jié)省燃料。“三分燒窯、七分碼窯”說(shuō)明了碼窯的重要性,碼窯形式?jīng)Q定著窯內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)的好壞。在通風(fēng)能力不變的情況下,它可決定:①能否由冷卻帶輸送恰如其分的空氣量(包括允許范圍內(nèi)的過(guò)??諝饬浚┑奖簾龓?;②能否使焙燒帶各橫斷面的溫度上下左右均勻一致(當(dāng)然冷卻帶和預(yù)熱帶各橫斷面的溫度上下左右均勻也很重要)。因此,在確定碼窯形式時(shí)應(yīng)考慮做到:在坯垛穩(wěn)定的前提下減少阻力、火路暢通,確?;鹦兴俣燃瓤煊址€(wěn)、窯內(nèi)同一橫斷面溫差小,外燃煤由火眼投下能均勻四散。
凡需外投煤的,應(yīng)做到勤投少量,看火投煤,以求的完全燃燒。如一次投煤量過(guò)大,投煤間隔時(shí)間很長(zhǎng),勢(shì)必造成初加煤時(shí)氧氣不足,燃燒不暢,而在長(zhǎng)期間隔中又不能保持火度平穩(wěn)上升。投入窯內(nèi)的煤不應(yīng)全部落在窯底,也不應(yīng)落得太少,落到窯底的煤最適宜量為10%~15%。最好采用加煤器取代人工投煤,由于加煤器加煤很均勻,更避免頻繁開(kāi)啟火眼蓋而造成漏氣,導(dǎo)致熱量損失和牽制焙燒速度。和人工投煤相比,加煤器加煤可節(jié)省燃料20%左右。此外,對(duì)隧道窯維護(hù)不佳、漏氣嚴(yán)重、隧道窯有地下水滲入風(fēng)道、煙道,也是當(dāng)前有些些磚廠額外消耗能量的原因,應(yīng)設(shè)法避免。
實(shí)踐證明,只有充分發(fā)揮隧道窯的最大生產(chǎn)能力(但不是不切實(shí)際地提高產(chǎn)量),才能既產(chǎn)量高,又熱能消耗低。例如:重慶市秦江縣的甲磚廠和乙磚廠用同一座山的頁(yè)巖做原料,采用相同的工藝流程和設(shè)備選型,焙燒用的隧道窯規(guī)格型號(hào)也相同:85.34m×2.5m×1.97m(從車面至窯內(nèi)拱頂)生產(chǎn)相同規(guī)格的空心磚。甲磚廠產(chǎn)量:8.5萬(wàn)標(biāo)塊/天、條,熱耗量為3469.4kJ/標(biāo)塊:乙磚廠產(chǎn)量:11.5萬(wàn)標(biāo)塊/天.條,熱耗量為2633.4kJ/標(biāo)塊。乙磚廠隧道窯比甲磚廠隧道窯平均每標(biāo)塊磚熱量消耗少836kJ。有些磚廠由于生產(chǎn)不平衡,原料制備、成型、干燥工序生產(chǎn)能力偏低,磚坯供不應(yīng)求,隧道窯不能充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力,長(zhǎng)期蹲火燒,或燒火一個(gè)時(shí)期,?;鹨粋€(gè)時(shí)期,產(chǎn)量不高,熱能消耗必然大。須知,隧道賽是磚廠的重要熱工設(shè)備,只能坯等窯,絕不允許窯等坯,定時(shí)進(jìn)車是穩(wěn)定傳熱、貫徹既定溫度曲線和壓力曲線的起碼要求,如果這一點(diǎn)做不到,該廠不可能有理想的效果。
抽取隧道窯冷卻帶余熱、窯皮換熱和高溫?zé)煙崴屯稍锸易鳛榇u坯干燥介質(zhì),是當(dāng)前大多數(shù)磚廠采取的一項(xiàng)節(jié)能措施。磚瓦行業(yè)把這一做法稱之為“余熱干燥”。實(shí)際上要使干燥和焙燒一直平衡作業(yè),余熱只能滿足干燥所需熱能的30%左右,不足部分一般以窯內(nèi)增加燃料消耗的辦法進(jìn)行補(bǔ)充。故抽余熱的窯比不抽余熱的窯熱能消耗約多292.6kJ/kg。隧道窯頂上能否設(shè)置鍋爐或水箱,要看制品能否在該區(qū)段經(jīng)得起急冷考驗(yàn)而定。鍋爐或水箱一般放在冷卻帶,如放在預(yù)熱帶會(huì)較顯著地多耗燃料。超內(nèi)燃的煤矸石磚,且原料含硫量不大于l%(含流量高,對(duì)鍋爐或水箱鋼材腐蝕快),鍋爐或水箱可放在預(yù)熱帶。溫度區(qū)域要求:鍋爐或水箱宜放在700℃左右部位。因石英在573℃由于晶型轉(zhuǎn)化而伴隨著較大的體積變化,如在這一區(qū)域放置鍋爐或水箱,吸熱急冷,極易影響磚的質(zhì)量。鍋爐或水箱長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m,以免由于溫降過(guò)大而給磚的質(zhì)量帶來(lái)不利。由于吸熱,一臺(tái)5m長(zhǎng)的鍋爐或水箱兩端溫差約100℃。有的廠利用余熱燒出的蒸汽或水未能合理使用,白白排放至外界。十分可惜,但有的廠卻使用得較好,如某廠將熱水(如是蒸汽亦可)用作混料攪拌水,泥料經(jīng)熱處理后,不但降低了成型水分,而且提高了坯體強(qiáng)度。
窯車在隧道窯焙燒過(guò)程中扮演著重要角色,搞得不好它會(huì)造成大量熱能浪費(fèi),甚至導(dǎo)致隧道窯無(wú)法正常生產(chǎn)。要求窯車在結(jié)構(gòu)合理的前提下,外形規(guī)整、輕便、牢固;窯車與窯車接縫處及窯車與砂封槽接縫處密封性能好。有的磚廠貪圖便宜,購(gòu)置的窯車材質(zhì)差、精度差,在窯內(nèi)周轉(zhuǎn)幾次就明顯變形。漏氣、擦墻、卡砂封槽、脫軌......隨著時(shí)間的推移不斷變本加厲,弄得磚廠焦頭爛額,不可收拾。這種現(xiàn)象絕不是個(gè)別,應(yīng)引以為戒。
車面要采用隔熱保溫性能良好的砌筑材料。某廠92.84m×2.5m的隧道窯年產(chǎn)4000萬(wàn)標(biāo)塊空心磚,原采用隔熱保溫性能不太好的普通實(shí)心磚鋪設(shè)窯車的車面,經(jīng)測(cè)定,窯車帶走熱量占總熱耗的13.65%,且車下檢查坑道很熱;為了降低熱耗,該廠對(duì)窯車進(jìn)行了改造:將車面改用空心磚,空心磚下方為20mm厚的硅酸鋁纖維氈,硅酸鋁纖維氈下面以水泥膨脹珍珠巖鋪平。經(jīng)改造后的窯車質(zhì)量從原來(lái)的2430kg/輛減少至1890kg/輛,降低了22%。結(jié)果是:車下檢查坑道溫度約降低20%,起散熱損失也隨之大幅度降低;窯車蓄熱損失約減少了50%,年節(jié)省標(biāo)煤約83t。