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环形旋转式隧道窑的结构原理及工作系统

添加时间:2014年06月12日来源:本站原创 点击: 【字体:

隧道窑是烧结砖瓦工业最主要的一种连续式烧成设备,近年来,采用高效节能的隧道窑成为砖瓦工业节能的主要措施之一。
一、隧道窑型式及结构
隧道窑,顾名思义,是形状类似于隧道的窑,其主体为各种建筑材料、耐火材料、保温材料砌筑构成的密封的、能够经受高温烘烤的隧道,砖瓦坯体在窑车上依次通过隧道,同时在适宜的热工制度下加热、焙烧、冷却,最终获得性能稳定的砖瓦制品。
1.隧道窑型式
烧砖隧道窑经历几十年的发展,出现过好多形式的窑型,各种窑型都具备自身的特点和优势。根据原料性能,从工艺上一般把烧结砖瓦的隧道窑分为两类,一类是一次码烧隧道窑,另一类为二次码烧隧道窑。
(1)一次码烧隧道窑
所谓一次码烧隧道窑,就是将湿砖坯一次码到隧道窑的窑车上,窑车依次经过隧道干燥室和焙烧窑,完成砖坯的干燥、烧成两个生产环节,中间再不需要二次码运。
早期的一次码烧隧道窑是由隧道干燥室衍变而来,其断面小,长度短,产量小,多条组成一组。由于该种隧道窑的投资相对较小,使用设备简单,功率消耗较少,在上世纪五、六十年代有一定的市场。但这种窑生产过程不太稳定,操作难于掌握,生产出的产品质量不太好,成品率不高,现在已经很少使用。
近几年,隧道窑一次码烧技术在新建砖瓦企业得到了广泛的应用,但这时的一次码烧窑和原来的一次码烧隧道窑已不可同日而语,有了很大的变化。这不仅依靠码车设备的技术进步。也是隧道窑测控技术和烧成技术提高的表现。
一次码烧隧逍窑常用的有两种方式,一种是隧道窑和隧道干操室结构完全分开,二者可以“一”字型布置,也可以平行布置,窑车凭借运转系统连续进出干燥室和隧道窑。另一种是干燥和烧成共用一条隧道,二者结构是一体的,窑上设干燥和烧成两套工作系统,在适当的部位用气流或门将干燥段和烧成段分开。
(2)二次码烧隧道窑
二次码烧隧道窑是成型的湿坯先进行干燥,干燥好的干砖坯再码到窑车上进行烧成。湿坯干燥采用小断面隧道干燥室或其他干燥方法。干燥时要码一次湿坯,干燥好后干坯需要再次码放到窑车上。
一次码烧和二次码是根椐原料的干燥性能确定的工艺方案。对于焙烧窑而言,二者的结构,使用性能、投资、生产消耗、生产质量不会受两种工艺的影响。二者的最大区别在于,二次码烧时隧道窑的码坯高度可以比一次码烧隧道窑高。这是因为码到窑车上的都是干砖坯,干砖坯的强度远远大于湿坯强度,不存在坯垛底部砖坯被压变形的情况。
2.隧道窑的结构
隧道窑像一条长的隧道,两侧和上面有固定的墙壁和窑顶,窑内铺轨道。
(1)窑长和断面尺寸
隧道窑的长度、高度和宽度是多种多样的。其数值大小要根据所烧制品原料的性能确定。
隧道窑的长度主要取决于砖坯的烧成制度、产量以及产品规格形状等因素,而烧成制度主要取决干坯体在烧成过程中的物理变化、化学变化、物理化学变化以及矿化学变化如用高热值煤矸石做原料生产全煤矸石砖时。由于其中含有太多的热量,往往在短时间内不能达到完全燃烧,致使砖坯内部烧不透,因而通常会适当地延长烧成带,使矸石有足够的时间燃烧。所以,煤矸石砖的隧道窑一般较长。粘土、页岩和粉煤灰砖的窑长相对要短一些。
隧道窑的长度和烧成制品的形状、厚薄有关,大型异型制品、较厚的制品升温和冷却都不能太快,窑宜长些。
隧道窑要根据上述因素确定适宜的长度。短而较宽的窑投资少,散热损失少。窑内阻力小,可减少漏气和降低排烟风机的动力消耗。但是,如果窑太短,可能排出废气的温度太高。容易损坏排烟风机并造成较大的热虽损失。预热带太短后,刚进窑的砖坏就遇到高温气体,容易使坯体升温过快而炸裂,冷却带太短,会造成冷却效果差,制品出窑温度高。卸砖条件恶劣。而且增加制品带出窑的热能量损失较大。如果增加冷却带的进风,虽然冷却效果有所改善,但可能使砖冷却过快,出现冷却裂纹,甚至影响烧成带的长度,使窑烧成制度发生偏移。
隧道窑的宽度与窑的产量有很大关系,产量随着窑宽度的增加而提高按照宽度的不同,烧结砖瓦的隧道窑一般分为小断面、中断面、大断而、超大断面这四类,小断面隧道窑一般指窑内宽为3m~3.6m的烧砖隧道窑,中断面指内宽3.6m~4.6m的烧砖隧道窑,大断面指内宽4.6m~6.9m的烧砖隧道窑,超大断面指内宽6.9m~10m的烧砖隧道窑:要确定隧道窑的宽度,应根据产量、燃料种类、生产方式等诸多因素考虑。
隧道窑的内高主要取决于砖坯在烧成过程中的特性。湿砖坯的特性及允许的上下温差,即原料的烧成温度范围原料的烧成温度范围越窄,要求隧道窑内的温度越均匀,窑内上下温差应该越小。砖垛高度不宜太高通常窑内坯垛的高度在1米左右较为适宜。窑的高度增加,致使上下温差加大,特别当采用热值高、单位热值燃烧产物少的燃料时,应适当地降低窑的高度以改善窑内气流分布,降低温差。内高还与坯体的烧成收缩率有很大的关系,收缩率越大,坯体允许码的卨度越低,内高就越小,反之亦然。
近几年,高度为1.2m~1.4m、宽度为4.6m、6.9m的隧道窑在砖瓦企业得到广泛应用,取得了较好的效果,窑内温度分布均匀。烧成速度快,烧成制品的质量均匀、稳定:这些窑有一个共同的特点是“高宽比”较原来的隧道窑要小很多,仅为老式隧道窑高宽比的1/3~1/5。研究表明。隧道窑的高宽比越小,窑内温度分布越均匀,上下温差越小,越有利于产品的烧成。一般情况下,要求烧成砖隧道窑的高宽比不能大于0.5。而且高宽比越小越好。
(2)窑墙
窑墙的作用有三方面:①与窑顶一起,将焙烧空间与外界隔开;②支撑窑顶;③保温隔热。隧道窑是一个高温作业的设备,窑墙内壁接触热气体,温度与制品温度相近,外壁接触大气,温度与大气温度相近,内外温差很大,因此窑墙必须具有很好的耐热性和保温隔热性,隔绝窑道内的热量通过窑墙散失。窑墙支撑窑顶,因而要具有一定的强度,能承受一定的荷载,保证 结构的稳固。
窑墙通常由三层组成,最里层是与高温接触的工作层,常用耐火材料砌筑,根据窑炉烧成温度,确定使用耐火材料的材质、等级、品种规格。中间是保温层,由各种轻质保温材料构成,所选用的轻质保温材料既要绝热保温,又要保持长期安全使用而不损坏。最外层是维护层,用建筑砖砌筑,用以保护轻质保温材料不损坏。外墙可以用薄金属板围护,使窑体更加美观。
隧道窑的窑墙厚度是根据使用温度和砌筑要求来决定的。窑内预热带和冷却带的温度稍低,窑墙厚度可以稍微薄一些,烧成带和靠近烧成带的预热带及冷却带始段则宜用较厚的窑墙。
材料保温性能越好,保温层就可以越薄,保温性能越差,保温层就越厚,当选定的材料一定时,保温层的厚度对窑墙保温性能起决定性作用。窑墙温好,散热损失小,但会增加建设投资。窑墙的厚度应根据最高烧成温度计算确定。
(3)窑顶
窑顶是隧道窑窑体的重要组成部分,它对于窑的寿命有决定性影响。窑顶支撑在窑墙上,窑顶材料必须能长期承受高温的作用,且质量小、保温性能好,经久耐用。窑顶结构应严密不漏气并有利于窑内气流的合理分布。
隧道窑的窑顶结构通常有三种形式拱顶、吊平顶和吊拱顶。
①拱顶
窑顶为拱顶结构的隧道窑,其结构形式如图1所示。拱顶及其以上的保温材料通过拱脚砖架设在窑墙上,拱脚砖两边的窑墙上安设有拱脚梁。以承受拱顶所产生的横向推力。窑墙外设有护炉柱,通过上、下拉杆拉紧,使窑顶和窑墙成为一个整体。为了节约建窑的资金,有的隧道窑采用外斜墙承载的方法,拱顶所产生的横向推力全部由外斜墙承担,窑顶和窑墙用砖砌成一个整体。
    拱顶依拱心角分为60°拱、90°拱和180°拱,拱越高,横推力越小,拱顶越稳定,但是隧道窑内气体为平流,热气体要向上流动,造成窑上部和下部温度不均匀,这是拱顶窑最根本的缺陷,拱越高,拱顶与坯垛之间形成的空隙也越大,气体流动的阻力越小,越易造成气体分层,使上部温度高,下部温度低,使窑上部和下部温差大,所以从结构来讲,窑拱越高越好,但是从窑内温度的均匀性来说,希望拱越小越好,最好是平顶。
    常见的还有两种异型拱:双心拱和三心拱。双心拱拱顶由两个半弧构成,拱心交错。三心拱有三段圆弧拱组成,每段各一个圆心。这两种拱拱下面积比半圆拱小,利于制品的烧成,但是这两种拱对 的要求比较高,如果施工不当,导致拱变形后,拱的横向推力就比较大,且中部较平坦的拱顶会出现下陷的情况。施工时一定要按照设计要求和施工规范进行施工。
窑顶所用材料与窑墙相同,内衬耐火砖,中间保温材料,上面红砖铺平。窑顶选型砌筑时需考虑以下条件:a、结构好、不漏气,坚固耐用;b、质量小,减轻窑墙负荷;c、横推力小,少用钢材;d、尽量减少窑内气体分层。
②吊平顶
    吊平顶是针对大、中断面隧道窑自国外引进消化的技术,近年来已得到广泛的应用。由于窑顶是平的,消除了隧道窑最根本的缺陷——窑内断面上下温度不均匀。
    所谓吊平顶就是窑顶砖或构件通过吊挂机构吊在隧道窑顶上面的钢梁或混凝土梁上。吊挂的方法有两种,一种是两块大吊砖之间夹数块小吊砖,大小吊砖之间凹进和凸出的部分互相胶合形成一个整体,通过金属吊杆悬挂于梁上。另一种为窑顶上的砖或构件都作成相同的规格尺寸,每块砖或构件上都设置吊挂机构。每一块砖都被吊在窑顶上面的梁上。即使某一块砖或构件出现破损问题也不会影响其他砖或构件的吊挂,吊平顶隧道窑的吊挂方式如图2所示。吊平顶隧道窑窑顶不易下沉,顶面平整度好。窑墙和窑顶之间用耐高温保温材料填充,窑墙所受负荷很小,有利于延长窑体寿命。平顶结构便于机械化码砖,砖垛和窑顶之间的间隙较小,有利于气流在窑内的合理分布,对制品的烧成有较大好处。
    吊平顶隧道窑与拱顶隧道窑比起来,消耗钢材量较大,建设投资相对较多。
③吊拱顶
    对于宽度较大的拱顶隧道窑,为了减轻拱顶对窑墙的水平(横向推力)推力,提高窑炉的安全性能,延长窑体使用寿命,可以采用吊拱顶的结构形式。大吊砖通过吊杆吊挂在钢梁或混凝土梁上,大吊砖和小吊砖之间通过销钉联结使其连成一个整体。各吊挂点的大吊砖的数目可以为1~2块,但中心吊挂点的大吊砖应在三块以上, 有利于吊挂。
考虑到隧道窑的窑顶在正常工作温度下的膨胀,砌筑时所用泥浆在高温作用下应该有一定的收缩,如果泥浆的收缩值较小,施工时可在砖与砖之间夹入纸板。此外,为保证窑体的严密性和整体性,砌筑时也可以在拱顶砖之间加入0.5mm的铁板,使整个窑顶在工作温度下烧成一个整体。
(4)排烟系统结构
    在烧成带产生的燃烧废气,经过预热带窑墙上的排烟口排出窑外,排烟口设在两侧窑墙上靠近窑车面处,这样可使气流向下流动,减少预热带窑内断面的上下温差。
    排烟口的数量根据生产所用原料和隧道窑类型而异,少的用3~5对,多的达10多对,多设的目的是为了灵活地调节隧道窑的升温曲线。但是从靠近烧成带的部位排出过多的烟气,会浪费较大的热量,所以,过多地设置排烟孔并不一定合适。
   隧道窑排烟方式基本上有三种:地下烟道排烟,金属支烟道排烟,窑墙内支烟道排烟。
①地下烟道排烟
    地下烟道排烟是小断面随窑常用的一种排烟方式,烟气由窑墙上的排烟口进人支烟道,排烟口处设置调节闸板,控制该排烟口的排烟量。支烟道中的烟气进人总烟道,总烟道与排烟风机或烟囱连接,通过排烟风机或烟囱将烟气排出去。
近年大、中型隧道窑也较多采用地下烟道排烟的方式,尤其对于所用燃料中硫含量较大的生产线,砖砌烟道地下排烟避免了烟气中有害物质对金属管道厂房金属结构的腐蚀,是非常必要的。
地下烟道排烟时,烟道埋设于地面以下,其优点是用钢材量较少,窑体显得整齐美观,但需要较太的土方工程量。此外,在地下水位较高的地方,需要较好的防水处理,否则烟道内容易积水,造成排烟困难,甚至不能排烟。
②金属支烟道排烟
金属支烟道排烟是大断面和超大断面隧道窑主要的排烟方式。在排烟过程中,烟气经过窑墙上的排烟口进入金属支烟道内,然后汇集到金属总烟道中,最后由排烟风机排出。每条支烟道上通常都设有插板闸或蝶阀,以控制每个排烟孔的排烟量。这种排烟方式结构简单,但需要消耗较多的钢材。金属管道的散热量较大,当烟气温度较高时,会提高环境温度,夏季时使工作条件恶化。另外烟气中含有的腐蚀性气体,容易腐蚀管道,降低管道的使用寿命。
③窑墙内支烟道排烟
窑墙内支烟进排烟是拱顶隧道窑常用的排烟方法。烟气进人两侧窑墙的排烟口,通过窑墙内的上升支烟道集中到窑墙上部的主烟道中,再由金属烟道经排烟风机或烟囱排出。
这种结构既无地下烟道,也不需要太多钢材,较为经济,但窑墙结构比较复杂,对施工的要求比较高。
(5)抽余热系统结构
在隧道窑冷却带,烧好的制品与窑尾进入的冷空气相遇进行热交换,被加热的空气一部分进入烧成带作为助燃气体,另一部分抽出进行余热利用,这是隧道窑余热利用的主要途径。
冷却带窑内热气体经设在窑墙上的抽热口抽出窑外,抽热口设在两侧窑墙上并靠近窑内顶面处,因为窑内热气体叫上流动。抽热口的数量根据原料和窑型不同而不同,因为不同原料、不同制品余热量是不同的,通过调节抽余热口的数量和闸门大小来调整余热量。
与排烟方式相对应,隧道窑袖余热方式有金属管道抽热、窑墙内支烟道抽热两种。
金属管道抽热主要用于大断面和超大断面隧道窑,窑内热气体经过窑墙上的抽热口、支管道,汇集到总管道中,由送热风机抽送到干燥室中用于湿坯干燥。每条支管道上都设有插板闸或蝶阀,以控制每个抽热口的热气抽出量。一般在全内燃和超内燃焙烧中,余热量大于坯体干燥需热量,因此在抽热主管道上加设换热设备,换热器出来的热水可以用于车间采暖。
拱顶窑的抽余热方式与排烟方式相对应,有金属管道抽热和窑墙内支烟道抽热两种热气体通过两侧窑墙的抽热口、窑墙内的支风道集中到窑墙上部的主风道中,再由金属管道经送热风机送往干燥室,主管道上亦可接换热器。
(6)冷却送风方式及送风口设置
隧道窑冷却带的送风方式有分散送风和集中送风两种方式,分散送风时,送风口分散在窑墙两侧有时分为上、下两排,其中一部分送风口应设在两窑车之间,以便于冷风能进入到中间火道,冷却砖垛中间的制品。集中送风口可设在窑顶或窑尾的窑门上。
在冷却带,由于气流流速不大,特别是横向流速很小,横向对流换热系数小。因而冷却效果较差。为改变这种状况,可在隧道窑冷却带顶部设置耐热循环风机,引起窑内气流的上、下循环流动,加快对流换热。或者在冷却带两侧窑墙上设置特殊的冷却风管,增加气流的横向流动速度,加快窑内对流换热。
(7)窑车及窑的密封结构
窑车是隧道窑的重要组成部分,它构成隧道窑的窑底。窑车和窑墙之间的接缝,是窑内和窑外互相漏气的主要通道。该处密封不好,窑外的冷空气会大量漏入预热带,造成预热带有较大的上下温度差。而大量的高温空气又会从冷却带进入窑车底下,损坏 轴承及窑内的金属部件,严重时会使窑车轨道变形。
窑车上的耐火材料和金属部件的工作条件恶劣,它们承受着高温的周期性作用。窑车上的衬砖因受到这样的作用,产生较大的变形和收缩,经过多次收缩、膨胀后而损坏。推车时,窑车的金属框架承受着巨大的推力,在温度作用下,它还受到热应力的作用。因而窑车和衬砖维护频繁,维修量大。
为了减少窑内热损失,并保护好窑车下部的金属构件,要求窑车上的衬砖隔热好、蓄热少,经久耐用。耐火材料必须有一定的荷重软化温度,较好的耐急冷、急热性能和较小的重烧收缩。
二、隧道窑工作原理及系统
隧道窑的系统设置是否合理、窑体结构能否满足要求、操作是否得当,对产品质量、产量、燃料消耗以及窑炉使用寿命都有影响。
1.隧道窑工作原理
隧道窑属于泥流操作的热工设备,沿窑长度方向分为预热带、烧成带、冷却带。制品与气流以相反方向运动,在三带中依次完成制品的预热、烧成、冷却的过程。
隧道窑两端设有窑门,每隔一定的时间,将装好砖坯的窑车推入一辆,同时,已经烧成砖瓦成品的窑车被推出一辆。坯体进入预热带后,首先与来自烧成带的燃烧产物(烟气)接触而且被加热,而后进入烧成带,燃料燃烧放出的热量及生成的燃烧产物加热坯体,使之达到一定的温度而烧成,并经过一定时间的保温,生成稳定的制品。燃烧产物自预热带的排烟口、烟道,经风机或烟囱排出窑外。烧成的制品进入冷却带,将热量传递给入窑的冷空气制品本身冷却后出窑。被加热的空气一部分抽进去进行余热利用。
简单来说,隧道窑的烧成过程就是燃料在窑内燃烧、坯体与气体进行热交换、湿交换的过程。通过燃料燃烧产生的热量,将窑内温度升高到坯体烧成所需温度,在烧成温度时,坯体内各组分发生一系列物理、化学变化,经过这一系列变化,坯体由生坯焙烧为具有一定强度和耐久性,符合建筑要求的砖成品。
2.隧道窑烧成制度
隧道窑工作系统的设置就是在热工基础知识的指导下,针对特定的原料和制品,制定出适宜的烧成制度并保证烧成制度的实现。
窑炉的烧成制度包括温度制度和压力制度,温度制度需要根据原料性能和产品要求而定,而压力制度是保证窑炉按照既定的温度制度进行烧成。因此影响产品性能的关键是烧成的温度制度。
(1)温度制度
温度制度依据物料在烧成过程中的化学、物理变化制定的温度及其与时间的关系,包括升温速度、烧成温度、保温时间、降温速度等参数,并最终形成适宜的烧成曲线。
隧道窑的烧成曲线也是沿窑长装在窑顶或窑侧的热电偶测得的窑内温度曲线(见图3),在低温阶段接近气体温度,在高温阶段接近制品温度。窑炉在设计时都给出了温度曲线,这条曲线是针对待定原料和特定制品的理想状态下的曲线,这条曲线是针对特定原料和特定制品的理想状态下的曲线,是假设隧道窑各种参数都处于最佳情况下绘制的曲线,实际生产时,由于窑上各种装置的差别及原料的波动,烧成曲线不能达到理论曲线的状态,应以理论曲线为指导,按照烧成规律,根据实际所用的原料、装置,产品的规格,调整至最佳烧成曲线。
烧成过程的温度参数:
各阶段的升温速度
低温阶段(室温~300℃):此阶段实际上是干燥的延续,升温速度主要取决于入窑坯体的含水率、规格、形状、厚度等,当坯体入窑水分高或孔洞率小而尺寸较厚时,需要缓慢升温,升温过快会引起坯体内部水蒸汽压力的增高而发生开裂。
氧化分解阶段(300℃~950℃):此阶段主要是排除结晶水和发生分解氧化反应,可以快速升温,但是573℃时,α-石英与β-石英发生晶型转变,此阶段需要平缓升温。
高温阶段(950℃~烧成温度):此阶段的升温速率取决于窑体的大小、窑内的温差、坯体的码放密度,以及坯体的烧成温度范围和烧成收缩,当窑内温差大、码窑密度高时,升温速度慢。
烧成温度与保温时间的确定:
烧结是减少坯体中的气孔、增加颗粒之间的结合,提高机械强度的工业过程。烧成温度是指坯体烧成时获得最优性能时的温度。在烧结过程中,随着温度升高和热处理时间的延长,坯体内部的气孔不断减少,颗粒之间的结合力不断增加,达到一定温度和一定时间,颗粒之间的结合力呈现极大值,这时的温度称为最佳烧成温度。坯体烧结后在宏观上的变化是体积收缩、致密度提高、强度增加。因此烧结程度可以用坯体的收缩率、气孔率等指标来衡量。
烧成温度通常是一个范围,称为烧结温度范围,在此范围内,烧成制品的体积密度和收缩无显著变化。
烧成到达烧成温度后需进行保温,使坯体充分的进行物理、化学反应,生成稳定的制品烧成温度与保温时间之间既相互制约又相互补偿、调节,如烧成温度取高限,则保温时间不能过长,否则会出现焦砖,对于较厚或烧成收缩大的坯体,或者内燃料掺料掺料高的坯体,可以采取低温长烧的方法,即取烧结范围的下限温度焙烧,适当加长保温时间来保证制品质量。
冷却速度:
冷却是把坯体从高温时的可塑状态降温至常温稳定态的凝结过程。冷却过程也需要适宜的速度,冷却过快过急,会造成烧成的制品由于内外散热不均匀产生应力而引起开裂。
温度制度的确定依据:
由以上叙述可以看出,确定温度制度主要依据坯体的性能。通常原料的化学成分决定了原料的烧成温度。
二氧化硅的含量对烧结影响很大,大颗粒的二氧化硅多时,将增加制品的耐火度,提高制品的烧成温度,小颗粒的二氧化硅较大颗粒二氧化硅易于熔融,使制品结构均匀、密实。但由于焙烧时二氧化硅要进行晶型转化,其体积发生变化,影响制品强度,故制砖原料中二氧化硅的含量一般控制在55%~70%。
氧化铝能提高化学强度,但烧成温度也将提高,含量低于10%时,焙烧制品的力学强度低;含量高于20%时,大幅提高烧成温度,并使制品抗冻性能降低。制砖原料氧化铝含量要求在15%~20%。
制砖原料中的氧化铁在氧化气氛中不降低制品的耐火度,但在还原气氛中可称为一种有力的助溶剂,降低制品的耐火度。含量一般控制在2%~8%。
氧化钙和氧化镁在烧结中起助溶作用,能降低制品的耐火度,含量过高时,将缩小制品的烧成温度范围,给焙烧增加难度。氧化钙比氧化镁的助溶作用更为显著,试验证明,当氧化钙含量大于15%时,烧成范围缩小25℃。制砖中氧化钙含量不宜超过10%。
钾、钠化合物(Na2O和K2O)在制品焙烧过程中主要起助溶剂作用,并能提高制品强度。
原料中的有机物含量一般在2.5%~14%,在焙烧过程中氧化分解生成二氧化碳气体溢出,增加制品孔隙率,生成烟气造成焙烧热损失,因此通常要求原料中有机物含量越少越好。
烧成过程的升温、保温、降温时间组成了烧成周期,这个过程的快慢受很多因素影响,最主要的还是原料因素。通常以煤矸石为主要原料时,烧成周期较长,多为40h~52h,页岩、黏土、粉煤灰等原料的烧成周期一般在30h~36h,因此,生产煤矸石砖的隧道窑往往长一些。
综上所述,企业在建设窑炉时应根据原料的成分和工艺性能制定适宜的烧成制度,继而据此确定窑炉的系统、窑体的规格、结构等参数,这样才能保证制品的质量和产量。
(2)压力制度
通常是指窑内静压的大小沿窑长度方向的分布,压力制度的控制是和温度制度密切相关的,控制压力制度的目的是为了保证温度制度。
窑内冷却带为正压,预热带在烟囱或排烟风机抽力的作用下为负压,在正压和负压之间,必然有一个压力等于零的车位,这一车位成为零压位。
在生产中,通常使零压位控制在预热带和烧成带之间,使烧成带保持“微正压”,这种状况有利于生产。因为,如果零压位在冷却带,则烧成带处于负压,会从窑底漏入较多的冷空气,增大上、下温差。反之,若使零压位处于预热带,则烧成带为较大的正压,容易使窑内的高温气体漏到窑下面烧坏窑车。在实际生产中,各种因素是不断变化的,零压位的位置也容易发生漂移,当零压位离开控制位置以后,需要把它移回到原来的位置上。
生产中通过控制排烟和余热口的闸门来调节零压位,余热口抽出量增加,零压位的位置向冷却带移动。相反,排烟闸门抽出量增加,零压位向预热带方向移动。
除了控制零压位的位置外,尚需考虑到窑内冷却带正压和预热带负压绝对值的大小,即压力曲线的斜率。在实际生产中,常常希望斜率比较小,压力曲线比较平坦为好,即所谓“低压操作”。这样窑内漏气较少,有利于生产。但是,通常为了提高窑炉的烧成产量,需要采用大抽力高温作业,在这种情况下,就应该考虑采用窑底静压力平衡措施,以减少窑外气体漏入窑内,或窑内气体露出窑外。
3.隧道窑工作系统
砖瓦产品在隧道窑中烧成时,要经过加热升温、保温、降温这几个过程,隧道窑必须满足烧成的各种技术参数要求,其系统设置应能保证坯体在窑内加热升温、保温、降温的正常进行。
隧道窑工作系统又叫工作流程,是指窑内气体输送系统,即气体流向及有关热工设备的使用。隧道窑工作系统的确定基于烧成制度,并要保证烧成制度的实现。
由于生产砖瓦的原料是多种多样的,每一种原料的烧成性能不尽相同,所以烧成时隧道窑的系统设置是有差别的,不能所有原料、所有制品都采用相同的系统,但是,总结各种隧道窑的配置,隧道窑的系统配置是一样的,都配备有窑内通风系统(含排烟系统、抽余热系统、送冷风系统、窑底压力平衡系统)、燃料燃烧系统、窑车运转系统和测控系统。隧道窑工作系统如图5所示。
(1)隧道窑的通风系统
隧道窑通风系统主要包括排烟系统、送冷风系统、抽余热系统、窑底压力平衡系统,有的窑上还没有循环风系统、窑底压力平衡系统,有的窑上还设有循环风系统。通风系统的作用是使气体按一定的方向流动,使风量在窑内坯垛上分配均匀,供给燃料燃烧所需的空气,排出窑内烧成废气,维持窑内一定的温度制度和压力制度,使窑内烧成操作能正常进行。
①排烟系统
隧道窑排烟系统位于窑余热带,它由排烟口、支烟道、总烟道、闸门和排烟风机组成。
其功能是将预热带前段的低温、高温烟气排出隧道窑,排烟时,窑内的低温烟气首先经过设置于窑墙或窑顶的排烟口,在该烟口附近设烟闸,以控制排烟口的排烟量,然后烟气进入各个支烟道,经过支烟道的烟气最后汇入总烟道中,连接在总烟道中的风机,通过自身产生的抽力将烟气排出隧道窑。
窑上排烟口的大小,支烟道、总烟道的断面直径,必须按照窑内燃料燃烧产生废气量的大小计算确定,风机也要安排出烟气量多少计算选型。
排烟风机选择是否合理,不但影响烧成产量和质量,而且也关系到隧道窑生产成本的高低。在选择排烟风机时,首先必须求出克服系统阻力所需要的压力和烧成过程所需的风量,然后再根据需要与可能选择特性曲线平缓、使用范围比较宽、性能好的型号。同时,必须考虑风机的安装位置、安装角度、成本等因素。
②送风系统
隧道窑送风系统位于冷却带,它由冷却风机、送风口、控制闸板等组成,其作用是向窑内输送供高温砖体降温的冷却风,送风量大小要根据窑烧成带燃料燃烧所需风量、冷却带热平衡计算后能抽出多少余热所需风量大小、及在该段风量外泄损失风量的多少等确定。这几方面之和,就是风机实际的通风量,选择风机时,根据这个风量再换算成风机的标准风量。
送风系统所选用的风机,可以是离心风机,也可以是轴流风机,按照窑炉的布置方式,结构形式,烧成要求确定。
③抽余热系统
隧道窑抽热系统分别位于窑冷却带和预热带。冷却带抽取砖体冷却过程的换热,抽取的介质为干净空气;预热带抽取窑内废弃热,抽取的介质为高温烟气。抽余热系统由风机、管道、窑内出风口、风闸等组成。要根据窑的实际烧成需要,在不同位置抽取热量。
根据风阐开启程度大小,可以控制抽取热量多少、风量大小。根据热工计算选择风机的型号。
④窑底压力平衡系统
隧道窑窑底压力平衡系统的作用是让窑车底部与窑内的压力能够平衡,窑内是负压的地方,窑底也是负压,窑内是正压的地方,窑底也为正压,这样窑内的热气体就不会窜入窑车下部。同样窑外的冷风也不会从砂封槽处漏人窑内,使窑内和窑外彻底隔绝。
需要指出的是,底部压力平衡系统的调试工作很重要:一定要将车底的压力调整到与窑内相当的水平,如果压力相差太大,就不会起到压力平衡的作用,而且可能会起到相反的作用。
(2)窑车运转系统
隧道窑烧成时,窑车在窑内要向前运动,窑车运转系统就是完成窑车在窑内和回车线上运动的设施。窑车运转系统包括电动摆渡车、液压顶车机、回车牵引机、步进机、出口拉引机、窑门等。
电动摆渡车是窑车在车间运行时必备的设备,它能使窑车产生横向移动和调整窑车运行方向,是将回车线上码好湿还的窑车送往干燥室或隧道窑,以及将窑出车端窑车运往回车线的主要设备。
液压顶车机是窑内窑车运动的驱动设备,它靠油泵供油推动油缸中的活塞作直线运动,靠活塞推动窑车在窑内移动。
回车牵引机位于回车线上,它是窑车在回车线上运动的驱动设备。牵引机由一台卷扬机、一台移动小车组成,牵引时靠卷扬机驱动小车在轨道中间运动,然后小车推着窑车移动。
步进机位于回车线上码坏处,它能够精确地移动窑车。在人工或码坯机码好一个坯垛后,用它将窑车向前运送一个坯垛的位置,是按照码坯机的要求准确定位窑车的设备。
出口拉引机是将隧道窑冷却带最后段、将要出窑的最后一辆烧成的窑车拉出隧道窑的设备。它每次只拉最后一辆窑车,目的是为隧道窑进车留出空车位,窑车被拉引机拉出隧道窑后,就完成了烧成过程。出口拉引机由电机驱动,驱动功率大小根据窑车及窑车上装砖的重量确定。出口拉引机安装于窑内窑车底部,每条隧道窑只安装一台。
窑门安装在隧道窑的窑头和窑尾,它的作用是将窑内和窑外隔离开来,使窑外的冷空气不进人窑内,也不让窑内的热风从窑门处逸出。当隧道窑进车时将窑门升起,进车完毕后,将窑门落下。窑门落下后,要求窑门以及窑门与窑墙、窑顶有很好的密封性能。
为了更好地保证窑体的密封性,近年来在隧道窑的进车端多设计为两道窑门,这是因为窑炉预热段是负压,靠压力差来引导焙烧段的热烟气向预热段行进,从而与坯体发生湿热交换继而排出窑外,进车时窑门打开,窑门与排烟系统形成了气流通道,阻碍了烟气的行进与排出,破坏了窑内气流的稳定。设置两道窑门,两道门之间形成一个预备室,第一道门打开,窑车进入预备室,第一道门关闭后,再打开第二道门,将窑车顶人窑内有效空间,这样分两步进车,窑内与外部始终隔绝,很有效地保证了窑内气流的稳定。
(3)隧道窑测控系统
隧道窑控制系统分为两部分,一部分是窑炉温度和压力的测控,另一部分是窑车运转系统的控制。
控制窑炉温度和压力时,在窑炉的顶部和侧墙适当部位安装测温测压元件,以检测窑内的温度和压力。并将检测结果送人电脑,在窑通风系统上安装自动调节装置,或手动调节装置。当检测元件测得的温度和压力与原先设计的温度和压力有较大区别时,电脑就发出指令,指示通风系统上的装置进行调节窑内通风量,或者人工调整通风系统上的手动调节装置,以改变窑内通风量。
通常在窑炉设计时,按照系统设置和温度曲线预留测控元件的安装位置,即测温点车测压点。对于窑内高较高的窑炉和超热焙烧的窑炉,在高温带适当的位置增设一至两处测温点,位于侧墙车面处,目的在于测控窑内的断面温差。
测控元件安装时要注意保持元件插人窑内的深度一致,要用保温棉塞紧塞实,以保证良好的稳定性和密封性。
控制窑车运转系统时,在相关设备上都安装控制开关,利用各台设备实际工作时的先后顺序,用继电器控制各台设备动作的次序、工作时间的长短,使窑车运转系统能够自动地工作。另一种控制窑车运转系统的方法是将整个窑车运转系统分为几个区,每一区内用自动控制的方法,而区与区之间的协调丁。作用手动操作。
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