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隧道焙烧窑低热值稀码快烧工艺实用操作技术(毕由增)

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发表于 2012-10-23 10:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
隧道焙烧窑
低热值稀码快烧工艺实用操作技术
毕由增
       隧道焙烧窑内燃烧成工艺一般可分为两种操作技术:一种是超热焙烧工艺操作技术;另一种是常规热值焙烧工艺操作技术。超热焙烧工艺操作技术,主要用于以高热值煤矸石为原料生产全煤矸石砖的焙烧工艺。由于煤矸石原料中含煤量较高,因而泥料的热值超过一般烧成工艺所需要的热值,不得不采用超热焙烧工艺操作技术,否则会因升温太快和烧成温度太高而产生制品裂纹、黑心、过烧,甚至发生倒窑事故。常规热值焙烧工艺操作技术是大多数煤矸石砖生产厂家所采用的焙烧工艺操作技术,一是由于选用了适合于焙烧工艺需要热值的煤矸石作为制砖原料;二是采用较低热值的煤矸石原料再掺加适量煤炭,或者对较高热值的煤矸石原料再掺加适量的页岩而调配成常规热值,以满足正常焙烧工艺的需要。
在常规热值焙烧工艺中,大多数厂家又常采用“密码低温长烧”工艺方法。本文针对目前滥用超热焙烧工艺存在的产品质量差、产量低、耗能大、成本高等问题,提出了“低热值稀码快烧”工艺操作技术,以提高制品的产量和质量,降低生产成本,增加企业经济效益。
(一)提出“低热值稀码快烧”工艺操作技术的原因
       2000年前,全国各地乡镇和个体小煤井崛起,使全国煤炭属于长线产品。2000年后,由于国家加大了对煤炭安全生产的管理力度和严禁滥采而破坏煤炭矿产资源的行为,关闭了一些无安全生产措施和不合法的小煤矿,因而煤炭转为卖方市场。在煤炭处于长线产品时,煤矸石中含有较多的煤炭,因制砖的泥料热值高,所以不得不采用超热焙烧工艺或低温长烧工艺操作技术。当煤炭处于短线产品后,煤矸石中的煤炭含量减少了,热值降低了。特别是个别煤矿,在经济利益的驱动下,把一些含有煤炭的矸石掺入煤炭中,剩余的矸石其热值不足20Ocal/g,不能满足煤矸石砖生产所需要的正常热值。由于这种矸石原料塑性差,不得不添加部分页岩以提高其塑性指数,解决成型困难的问题。这样,就使泥料热值更低,因此不得不采取掺加适量的原煤以调配成焙烧工艺所需要的热值。由原来制料不加煤到现在制料每月需加进几万元价值的煤炭,大大提高了制砖成本。
煤矸石原料的热值由高转低,但有些焙烧工的超热焙烧工艺操作技术没有改变,因而制料时掺加的煤炭量不断增加,其泥料热值高达600卡/克以上,月产250万块 砖的砖厂,一月之内竟掺加价值5万多元的煤炭。因此,降低泥料热值,减少煤耗,是降低生产成本的重要措施。这就是提出低热值烧成工艺的主要原因。
    另外,采用较高热值或密码的烧成工艺易产生黑心砖,而采用“低温长烧”工艺虽能减少黑心砖,但存在烧成周期长、产量低的问题,增产又是降低单砖成本的最有效措施。
综合上述诸多原因,经过理论分析,并通过部分砖厂的生产经验证明,“低热值稀码快烧”工艺符合当前以热值偏低的煤矸石为原料的煤矸石烧结多孔砖生产的需要,节能增产是完全能办到的。
(二)“低热值稀码快烧”烽烧工艺的含意
    低热值是与超热焙烧的热值相比较而言。根据焙烧工的操作技术水平,将泥料的热值控制在380-500卡/克范围之内。当矸石原料的热值较低时,可用少量加煤的方法达到焙烧所需要的热值,尽量降低泥料制备的成本;当矸石原料的热值较高时,也可适当多掺加一些页岩,以降低泥料的热值,达到稳定烧成制度的目的。
稀码是相对于密码方式而言,即降低码坯密度。与密码相比,稀码能减少窑内气流的阻力,保证坯垛内气流均匀畅通,避免因密码坯垛内通风不良而产生过火和黑心砖,提高产品质量。快烧是相对于“低温长烧”制度而言。根据窑炉的运行情况,一般应将进车速度控制在“车/90min”,根据成型的能力,也可缩短到“车/8Omin”,但最慢不应低于“车/100min”,即两条4.6m断面的焙烧窑日进车量为28.8-32车。当成型产量能满足烧成能力时,两条焙烧窑的日进车能力应能达到36车。按这样的进车速度计算:设计能力为6000万标块/年的两条4.6m断面隧道窑实际年生产能力(合格率95%)应分别为5800万标块、6400万标块和7200万标块。而一条6.9m断面隧道焙烧窑的年产量应分别为4300万标块、4800万标块和5400万标块。快烧即缩短烧成周期,加快了进车速度。这是提高产量、降低单砖生产成本的最有效措施。
(三)“低热值稀码快烧”工艺操作技术要点
1.码坯
    码坯质量直接影响到砖坯干燥质量的好坏。合理的码坯方式与码坯密度,能使干燥热风在干燥窑断面上进行合理的流量分配和形成适当的流速,以保证砖坯干燥的均匀和提高干燥热风的利用率。
码坯又是焙烧的基础。烧成工艺强调“七分装码,三分焙烧”,说明码坯在烧成中的重要性。码坯形式确定之后,实际上也就确定了码坯密度。从而不仅关系到窑内气体运动阻力与风速、风量的大小,而且也确定了窑内热源的多少及其在窑内断面上的分布,最终影响到烧成制度。因此,烧成工艺必须根据窑炉的技术性能、烧成制度、砖坯的热值、砖坯的品种等综合因素,选择合理的码坯方式。
    码坯密度是指窑内空间每立方米所能码放的砖坯块数。为了便于考核对比不同品种的码坯密度,砖坯的块数用标准砖(240mm×115mm×53mm)或 砖(240mm×115mm×90mm)的块数均可。要使在同一条窑内烧成的不同品种码成相同或相近的密度,以确保烧成制度的稳定,提高产品质量。
根据大中断面平顶隧道焙烧窑采用“低热值稀码快烧”的工艺要求,码坯方式与码坯密度主要取决于砖坯坯垛横断面上的通风率、坯垛横断面通风总面积与顶隙和侧隙面积之和的比数 ,以及坯垛横断面通风总面积与窑通道横断面积的百分比 。详见下
表。
4.6m一次码烧隧道焙烧窑码坯技术参数

序号           
成品工程尺寸(mm)
坯垛通风率(%)
码 坯 密 度( 块/ )
单 车 数 量块/实块
1
190×190×90
34
1.9
0.28
140
3470/2656
2
190×190×90
37
2.0
0.31
140
3470/5608
3
190×140×90
34
1.9
0.28
140
3476/3612
4
240×115×90
37
2.0
0.31
156
3888/3888
5
240×240×115
37
1.8
0.27
190
4736/1776




6.9m 一次码烧隧道焙烧窑码坯技术参数
号           
成品工程
尺寸(mm)
坯垛通风率(%)
码 坯 密 度(
块/  )
单 车 数 量
块/实块
1
190×190×90
32.73
4.96
0.31
164
5823/4452
2
190×190×90
35.73
5.38
0.33
148
5259/8488
3
190×140×90
32.96
5.00
0.31
150
5331/5532
4
240×115×90
37.10
5.62
0.35
166
5904/5904
5
240×240×115
31.70
6.75
0.30
180
6369/2374

       从这两个表中可以看出,两窑 相差较大。主要原因是窑顶间隙不同,即4·6m断面窑为136mm,而6.9m断面窑为40mm。因此,两窑的性能亦有一定差异。
码坯时还要特别注意的一点是,要根据窑炉的宽度,设置1-2道纵向砖坯坯垛的收缩缝,
其缝宽为10-30mm即可。用1-2道收缩缝将坯垛横向分为2-3小垛,以防止砖坯在干燥与烧
成收缩时把个别砖坯拉裂。在密码或超热焙烧工艺中,为了防止砖垛中部的制品过火而设置的1-2道纵向火道(通风道),亦代替了砖坯坯垛的收缩缝。在一次码烧工艺中,边密中稀的码坯原则难以实施,而通过设置纵向砖坯坯垛收缩缝和纵向火道,也是一个很好的补救措施。
2.干燥
     “低热值稀码快烧”工艺的实施,缩短了干燥周期。为了保证干燥质量,原料的选择应在不影响成型质量的前提下,以泥料的塑性指数越低越好。因为干燥敏感性低的砖坯在干燥过程中不易产生干燥裂纹,所以可加快干燥速度,缩短干燥周期,为“快烧”提供了条件。
       要稳定干燥窑“0压”点的位置。一般应将“0压”点稳定控制在距离进车端为干燥窑总长度的2/3左右的位置。例如,有16个车位的干燥窑,其“0压”点可控制在10号车位前后。由于泥料性质的差异,“0压”点的具体位置可通过试验确定。“0压”点确定之后,只要泥料的性质没有变化,就不要随意改变其位置。因为“0压”点前移,会使排潮温度提高,易产生砖坯急干裂纹;而“0压”点后移,一是由于产生严重的热气流分层现象而使坯垛底部的砖坯干燥不好;二是会降低排潮温度,产生很大的湿度,使坯垛凝露塌车。后一种现象在严寒天气(-10℃左右)很容易发生,应多加注意。
干燥热风温度(热风机出口温度)要稳定在120-130℃,排潮温度为45-50℃,空心砖坯
出干燥窑的残余水分<1%。
3.焙烧窑温度控制要点
       最高烧成温度控制在烧成温度范围的中间偏下即可,具体可根据砖垛底部和两侧无欠火砖来确定。因为,微机上显示的各车位温度都是窑顶部气流的温度,而不是砖的真实烧成温度。砖的温度大于仪表显示的温度,特别是坯垛内部的温度更高。但是风速较大部位(顶、侧部位)砖的表面温度接近气流温度。所以,一旦仪表显示的温度稍低于烧成的温度,则必然出现部分制品表面欠火而内部烧结的现象。内部烧结就说明砖内温度高于砖表面温度,这也是内燃烧成的特点。
为了实现“快烧”的目的,必须从工艺上分析砖坯烧成过程中允许的升降温速度。
按窑内温度来划分,焙烧窑可分为三带。温度低于600℃的地段属于预热带。砖坯在预热带主要是缓慢升温,排除残余水分,并防止砖坯产生裂纹。砖坯进入预热带后,在200℃以前是排除残余水分阶段。若入窑砖坯的临界水分≤1.5%,就可以快速升温而不会使制品裂纹。因此,实现“快烧”就要严格控制入窑砖坯的残余水分。根据多孔砖与空心砖的生产实践,一般窑车顶部的砖坯残余水分在0.2%-0.3%,窑车底部的砖坯残余水分﹤2%,这为“快烧”提供了有利条件。
在200-500℃阶段,是排除砖坯结构水的阶段。 的分解是属于一级化学反应,温度每提高100℃,其分解速度就可加快一倍,而制品不会产生裂纹。因此,了解了这个阶段允许的升温速度,也为“快烧”提供了依据。
当砖坯预热升温到573℃一石英晶型转化(β-石英→α-石英)温度时,产生体积膨胀。但是研究发现,其相变时反应非常快,一般只需几分钟就结束了。因此,这时只要窑温均匀,使砖坯各部分的膨胀一致,就不会产生制品裂纹。573℃相变阶段的关键是控制窑温均匀,只要温度均匀,就可快速升温而不致坯体开裂。但是,预热带负压较大,易产生分层现象,没有一定的措施,很难保证窑温均匀。所以,在此阶段还是要特别注意慢速升温,以防产生制品裂纹。另外,还要特别注意制品在冷却带的冷却速度。一是制品从烧成带进入冷却带后,由于有窑尾鼓风和抽热风,所以制品的冷却速度很快。当制品在573℃时,因为α-石英相变为β-石英的同时又产生体积收缩,故在此阶段必须缓慢冷却,以避免制品产生裂纹。二是制品在400℃以下,虽然可以快速降温,但是在230℃时,又因方石英产生快速体积收缩,所以这时若冷却过快,制品即会产生裂纹、哑音。
4.焙烧窑“0压”点位置的控制
     “0压”点位置的控制标志着压力制度的控制与调节。压力制度决定窑内气体流动的状态,从而影响着窑内的热交换,影响着砖坯燃烧所需要的空气量的供应及所产生的烟气的排出,影响着窑内温度分布的均匀性。合理的压力制度是保证窑内温度和火焰性质的重要条件。
大中平顶断面隧道焙烧窑,按码坯高度为12层砖坯设计,一般窑炉的码坯有效断面高度≤1.2m扁长的窑内横断面不会产生较大的上下温差,只要操作方法得当,就不会产生砖坯周边或底部制品欠火的问题。因此,可以采取大部分焙烧带处于负压烧成状态,即把“0压”点稳定控制在焙烧带的后部。例如,12-22号车位属于焙烧带,则“0压”点可以稳定控制在20-21号的范围内,以从这个范围内的加煤口能观察到“0压”点为原则。切忌“0压”点移到冷却带而发生抽热倒流事故。
     “0压”点靠后的最大优点是可以防止高温部位处于正压。当高温部位处于正压时,很容易发生向窑顶密封保温薄弱部位窜火而烧塌窑顶的事故。但是,由于大部分烧成带处于负压状态,因此要注意因窑底压力大于窑内压力或因加煤孔盖密封不严而向窑内进冷风,影响烧成温度。
正压烧成也易使大量热气体散失到周围环境中,从而增加了热量的损失,影响烧成温度,因而也给“低热值稀码快烧”工艺的实现造成一定的困难。较大的正压烧成也易使窑内高温气体向窑车下部或窑顶窜火而造成窑车轴承化油,严重时发生轨道或钢制砂封槽变形而停产,或因向窑顶窜火而烧塌窑顶的重大事故。
5.风量的控制
       窑内风量的供应是由排烟机的抽吸和窑尾鼓风机的鼓入来实现的。进入窑内风量的大小,应能满足制品冷却和抽热风的需要量,还要满足砖坯燃烧需要,并有一定过剩的空气量,以及满足产生大量的烟气将预热带的湿气带出窑外的要求。如果风量小于上述要求,则烧成不能正常进行,烧成带形成还原气氛,就达不到烧成温度或升温很慢。但风量过大又会使冷却过快,热风温度降低,从而影响干燥温度和烧成温度;风量过大,也增加了排烟量,使大量的热量从烟囱排掉,窑内热量大量损失,因而“低热值稀码快烧”工艺也不可能实现。
风量的大小要以焙烧的需要量来考核。其原则是应能满足氧化焰烧成的需要,即空气过剩系数控制在α=1.3左右。
6.排烟温度的控制
       排烟温度的高低,标志着同样的烟气排出量从窑内带出的热量的多少。排烟温度过低,一是因风机抽力减小,排烟量不足;二是易使预热带产生砖坯凝露塌车事故或砖坯回潮裂纹。排烟温度过高,说明窑内有大量的热量损失,造成能源、浪费。因此,排烟温度应控制在≤120℃。应注意的一点是,如果预热带抽窑底风系统连接在排烟系统上,则排烟机的排烟温度包括窑底小于100℃的风量的风温。那么,这种情况下,其排烟温度还要低一些。
7.排烟闸阀的使用与调节
       隧道焙烧窑的排烟支管道一般设5-7对,每一支管的入口都设有闸阀,用以调节各排烟口排烟量的分配,以获得窑内适当的烟气流速和总排烟量。总排烟量和烟气流速关系到窑炉的烧成制度和预热带砖坯残余水分及有害气体的排出。而各排烟口的排烟量的分配又直接关系到预热带的升温预热的热量在各车位上的分配量,从而影响到预热带各车位的预热干燥效果与升温速度,以及烟气热利用率大小的问题。
以7对排烟支管闸阀为例,其用闸方式可分为三种形式,即梯式闸、桥式闸和桥梯式闸三种。
为了便于说明闸阀的位置和开启程度的大小,我们以闸阀距离焙烧带的远近来说明闸阀所处的位置,在意闸阀开启大小来说明开启程度的大小。
(1) 梯式闸
       梯式闸的开启应采用近小远大的操作方法。与距离烧成带最近的一个闸阀叫做手闸或近闸,近闸开启最小,以后各闸依次开大,末闸(远闸)开启最大,故称远小近大、逐步开大的阶梯型式叫做梯式闸。

梯式闸示意图
近小远大操作方法的顺接梯式闸,其优点是能够充分利用烟气的热量,使预热带升温平稳,火速快产量高。其缺点是因烟气的流程长,逐渐降温增湿,如果如要砖坯的残余水分较高,则易产生凝露,故砖坯干燥不良残余水分较高时,应慎用此闸。
(2)桥式闸


桥式闸示意图
桥式闸是中间位置的闸阀开启最大,而其前后各闸阀则依次开小,形似拱桥,故称桥式阀。由于桥式阀的中间位置闸阀开启最大,可以把预热带中段的高湿烟气就近提前排出窑外,可有效防止凝露回潮,使升温平稳,有利于提高产品产量。但由于桥式闸较大的开启了中间阀和近中阀,增加了此处的抽力,提高了烟气的排出温度,这就增加了窑内热量的损失。排烟温度越高,损失的热能越大,因此不利于“低热值”烧成工艺的实施。
(3)桥梯式闸
桥梯式闸的操作方法是,闸阀随着焙烧带由近及远其开启的程度由小到大依次变化,及至最后二闸阀时,大幅度减小开启程度至末闸,使最后两个闸阀的开启为倒梯形。
第1、2两对闸阀的开启大小要根据第1对闸阀后面第6-7个车位的升温速度而定。一般这


桥梯式闸示意图
两个车位的温度在7000-900℃范围内,此阶段的升温速度应控制在≤50-60℃/h。
桥梯式闸保持了梯式闸和桥式闸的优点,同时又克服了梯式闸和桥式闸的缺点。特别是在热能利用方面,它比桥式闸的热能利用率高,排烟温度低,加快了火行速度。更有利于“低热值稀码快烧”工艺的实现,有利于提高产品产量,降低单砖成本。因此推荐使用桥梯式闸的操作方法。
排烟闸阀的开启使用与调节应注意以下事项:
(1)排烟闸阀的开启原则是“近小远大”。严禁采用“近大远小”的倒梯式的操作方法。因为这样会使大部分烟气没有通过更多的预热带的坯车即由近闸进入排烟机排出窑外,热量大量损失,坯体遇热不佳,“低热值稀码快烧”工艺不可能实现。




倒梯式闸示意图
这种倒梯式闸的操作方法在某砖厂使用了很长时间,其结果是煤耗高,烧成温度低、欠火砖多,进车速度慢、产量低。例如,在砖坯泥料热值高达695cal/g的情况下,在焙烧窑进车过程中采取在窑顶向两个高温车位加煤的措施后,最高温度才保持在964℃。对此,焙烧工要引以为戒。
(2)在调节排烟闸阀时,即有些闸阀要开大,有些闸阀要关小的时候,必须先开后关,稳开
稳关,循序渐进。切忌大开大关,以免气流急剧波动,影响烧成制度的稳定。
(3)排烟闸阀的开启大小,应掌握窑的两侧对称和每对支管对称,以免出现窑内两侧烟气流速不一致而使两侧的火行速度不一致。如出现两侧火行速度不一致时,应开大慢侧的远闸,加大该侧的烟气流速,促其赶上。
8.蜡烧窑进车的规范操作和预备室不停车
为了更好地实施“低热值稀码快烧”工艺,必须执行规范的进车操作方法。即进车时,先提起第一道窑门,使从干燥窑过来的坯车进入熔烧窑预备室,随后即落下第一道窑门,然后开启第二道窑门,接着再次进车,进车完毕即落下第二道窑门。采用这种操作方法,才能减少进车时从窑头向窑内进人大量冷风,也避免了因进车对排烟机的排烟量产生较大影响。
预备室不停坯车的原因是,尽管窑头设置了两道窑门,但由于排烟机设在窑头附近处,对窑头的抽力最大,冷风很容易从门缝经预备室进入窑内,冷风经过预备室停放的坯车,会降低坯车的温度。被降低温度的坯车在进车后,需经重新加热,这就降低了预热的效果,增加了窑内热量的消耗。因此,不利于“低热值稀码快烧”工艺的实现。
9.窑底风温的控制
窑底风温的控制可通过对抽窑底风管道的风温检测来实现。这里的风温一般控制在70~90℃范围内,夏季室温高达40℃时,其窑底风自然要高一点。控制窑底风温的目的,除了不使温度过高造成窑车轴承化油以外,还要监控因窑内与窑下压力不平衡造成的窑内高温热风窜入窑下或窑下冷风漏人窑内而降低窑内温度,给“低热值稀码快烧”工艺的实现造成困难。
窑底风温检测的最简便方法是,在抽窑底风的管道人口处设一支“工业双金属温度计”即可检测。
为真实反映窑底温度,必须设法使窑头的冷风不能从窑车底下进入窑底,从而进入抽窑底风的管道而降低抽窑底管道内的风温。因为抽窑底风的管道入口离窑头很近,所以对窑头底部的抽力很大。最简单的方法是,在进车完毕后,用棉毯将窑门下部空隙堵严密。
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