当前位置:首页 > 经典文献 > 《砖 家》 2019年2月 总第40期 > 正文
天津国环公司隧道窑煤气改天然气技术简介
文献:《砖 家》 2019年2月 总第40期 返回索引
添加日期:2019/4/18 10:36:25   浏览次数:499   文章来源:   作者:

1 天津国环项目的历史及现状

       众所周知,欧洲和北美烧结砖瓦行业已经全面实现“洁净烧结”,使用天然气作为主要燃料来生产粘黏土烧结砖。而我国到目前为止绝大多数的黏土烧结砖企业还在使用已经完全过时的掺煤内燃工艺(当然现在有一些项目具有一定的环保处理设施,但是大多数企业却是没有任何环保设施,任意排放),这和国家环境保护计划完全背道而驰。在此笔者介绍一下中节能天津国环项目改造过程中的技术问题——天然气外燃技术。

       2017年,由于国内环保政策的出台,天津又是环绕北京的一个直辖市,环境治理是首要问题。所以天津出台了非常严格的措施,禁止所有燃煤(包括煤制气项目)黏土烧结砖企业的生产,天津市近千家内燃窑制砖企业被勒令停产,只有中节能天津国环公司容许在使用天然气为外燃燃料的窑炉可以生产。天津国环厂自有的煤气发生站的生产许可证被取缔,所以天津国环公司不得不进行为了符合天津市政府要求环境保护达标而进行改造。但是我们知道国家环保政策不是权宜之计,是一项基本国策,天然气作为烧结砖瓦行业的燃料是必然趋势。

 
2 内燃烧砖与外燃烧砖的比较
       由于我国现有的掺煤内燃烧结砖技术,在原材料中掺加大量燃料,使得我们窑炉工艺中燃烧无法实现人为有效控制(无效控制型烧结技术),产品质量无法保证,同时也加大了原材料处理的难度。页岩与煤矸石等原材料的硬度不一致,导致处理方法要有变化。但是绝大多数企业是没有选择地使用同一原材料处理设备。这样就保证不了产品颗粒度要求,产品粗糙度不一致,产品质量低下。内燃技术生产工艺中配料-尤其是热能控制困难大,导致黑心砖、酥砖、哑音砖、干燥工艺不充分-倒塌等生产质量问题层出不穷。很多企业认为掺煤内燃技术是一个人人都会的简单技术,所以业主对该技术的要求越来越低-出产品就行。由于掺煤内燃工艺造成能耗问题无人问津-烧结窑窑炉非常不节能(反正煤要比燃气便宜的多)。
 
       众所周知,外燃窑主要燃料是天然气(当然还有生物质燃料等),而中国是一个能源缺口大国,使用天然气的价格和用量有着极大的关联。成本(天然气成本是烧煤成本34倍,而且是外燃,必然要增加能源消耗,又要增加1倍多的燃料消耗)增加是烧结砖瓦行业至关重要的大事,很多愿意相应国家号召改造燃料结构的厂家却局限于燃料成本增加超出预期,而不得不慎重行事。其实这是一件好事,促使行业进步,提高产品档次是一个非常难得的机遇。
       因为燃料成本增加,人们不得不生产高质量、成品率高、产品花色多的产品。那种KP1打天下,为农民兄弟专门生产建材的思想就要被历史淘汰。同时在生产线设计上也要做到尽量节能,高效。在这里我想就欧洲在这方面所在的一些工艺做一下说明,供大家参考。当然中华民族是最善于学习的民族,我们一定要将别人的优点学习到手,然后发扬光大,服务于我们中华文明的成长过程。
 
       窑炉改造成天然气外燃不是简单一改燃料就成的事,需要综合考虑由窑炉设计、天然气烧嘴组设计和选用、窑炉操作工艺等条件。
 
3 铠装窑简介
       中节能天津国环公司的窑炉是在2007年从法国赛力克公司(克莱亚公司的前身)引进的,是国内唯一的一条全密封外燃窑——铠装窑(窑体是用钢板包起来的结构)。
       铠装窑是世界上第一条在烧结砖领域里可以正压烧结制品的外燃隧道窑。由于其拥有良好的气密性,才能够完成正压烧结。正压烧结使得燃料的热量能够充分分布于制品的每一个角落,从而降低天然气的使用量,可以大量节省燃料。
1 铠装窑的外观
 
3.1 铠装窑的优点
1)均匀性
       由于是正压烧结,使得燃料的能量能够达到窑炉的任何部位,这就是铠装窑最大的优点。制品外部和内部均匀受热,特别适用于清水墙砖的烧结。因为清水墙砖要求砖的着色一致,如果出现窑内温度差就会影响到产品质量。之所以我们内燃砖这么难看,就是有些砖已经燃烧而有些砖还在升温。窑炉工艺太差,负压都烧不起来,拼命拉风,既浪费能源也不利于环保,很多未能燃烧的燃料随风进入烟囱,使得烟气处理量加大,环保费用增加。
2)密闭性
       由于铠装窑没有使用块状耐火砖砌筑,而是使用拼装的板材来砌筑,所以缝隙相对较少。同时在板与板之间的缝隙使用铝棉加胶密封,在板材外围是瓦楞板形式全焊接密封,没有窑内外空气自然对流,给铠装窑正压焙烧创造了良好的外部环境。由于窑炉的密闭性好,其窑内气氛的热惯性低,容易控制。热惯性低为窑车码坯形式变化——生产不同种类的制品创造了条件,同时也为一次码烧提供了可靠性。这就是为什么国外企业生产品种多,而我们的内燃窑或普通外燃窑仅限于几种产品,而且码坯形式改变易造成烧结困难。当然内燃本身就不适用于灵活码坯形式的变化。
3)可靠性
       铠装窑与梭式窑、传统隧道窑的对比见图2和表1
2 铠装窑与梭式窑、传统窑的对比
1 铠装窑与梭式窑、传统窑的对比
      (4)窑炉长度灵活可变。由于是装配式窑炉,在原有窑炉生产工艺或产量不满意时,可以根据新设计、新要求对窑炉进行改造,其灵活性要远远高于传统隧道窑。窑炉上的预留孔洞非常精确,不会因为窑炉长度变化而失去位置感。窑组片的长度可根据需要进行加工,不会产生砌筑中半块砖的尴尬局面。这个改造的成本相对较低,因为只是增减窑炉组片就可以达到预期要求。
      (5)无需专业窑炉公司施工。一般劳动力在设计施工人员的指导下就可以生产加工和安装组片,这样可以大大节省投资,同时也锻炼了自己的施工队伍,为今后维修窑炉创造条件。实际上,铠装窑非常皮实,几乎不会发生问题。
 
3.2 铠装窑的缺点
       (1)投资较大。与国内掺煤内燃窑相比,成本高得多。
       (2)国内普及率较低,但在欧洲居于主流地位。
 
3.3 铠装窑的结构和原理
        早在1972年法国赛力克发明了铠装窑,其中就几个优点促成其成功。这其中包括:
        -由于是焊接结构这样保证了最佳密封性
        -灵活性
        -模块化
        -建筑速度
 
 铠装窑的结构见图3
窑顶板
窑墙板
3 铠装窑的结构
 
3.4 铠装窑的装配
     铠装窑是装配式窑炉,装配过程见图4
4 铠装窑的装配实施过程
 
3.5 烧嘴组的设计
        因为天然气是国家规定的三级危险品,所以烧嘴组的设计是一个复杂而富有挑战的工作。
烧嘴组的设计要根据以下3种情况分门别类进行。
       ①窑炉区域不同——预热带、烧成带、急冷带、还原和闪火带(这里有窑顶的保温层厚薄区分);②带点火功能和不带点火功能;③大功率喷射烧嘴和平烧烧嘴。
5 不同类型的烧嘴
 
3.5.1 窑炉区域不同——预热带、烧成带、急冷带、还原和闪火带
       任何窑炉都要有预热带,烧成带-包括国内的内燃窑。但是对于急冷区域的设计,很多内燃窑没有这个设计,当然也不会包括还原和闪火区域的设计。
       由于窑炉区域的不同,所以窑顶的保温层厚度也就不一样,那么要求的烧嘴组的长度也就不一样。这是首要条件,不然窑车上砖垛容易将伸出到窑顶上长度不一的烧嘴撞坏(烧嘴最前端一般是用碳化硅制作,非常脆)
       不同的窑炉区域所需要的烧嘴形式也不相同。预热带、烧成带以及闪火带或还原带烧嘴各不相同,体现在其烧嘴形式、功率、运转形式的不同上。
预热带的温度一般在200300℃,这个温度不足以使可燃气体燃烧或充分燃烧。烧成带温度大多在600700℃,在这个区域里任何有机物质或可燃气体都能得到充分燃烧。在闪火区域,为了造成局部缺氧气氛,那么烧嘴就没有助燃风通道,这是窑变的特性。所以说外燃窑需要适配的烧嘴组,双方是相辅相成的。现有内燃窑想要改造成外燃窑在结构上是不具可行性的。
3.5.2 带点火功能和不带点火功能
见图6和图7
6 不带点火装置的烧嘴组
7 带点火装置的烧嘴组
 
这两种烧嘴是由于所处在窑炉上位置不同而设计。
       ①带点火装置的烧嘴组,参考图8,上面两个电极就是该烧嘴的点火电极。
       在窑炉的预热带,由于窑炉温度和制品温度低,不足以使得烧嘴喷出的燃料自然燃烧或充分燃烧,所以在这个区域布置的外燃烧嘴需要加装一个点火装置。点火装置分脉冲点火或触发点火。脉冲点火是间断性点火,使环境温度间断性提升,便于制品干燥收缩值的释放。同时脉冲式点火可以造成局部火焰产生爆燃,能够达到搅拌火道中燃烧气氛的效果,使得热量达到砖垛的各个部位,而直线升温就不存在气流扰动的作用。这一点值得我们深刻思考。
8 带点火装置的烧嘴组的3D草图
 
②不带点火装置的烧嘴组,参考图9
9 不带点火装置的烧嘴组的3D草图
 
       这是在窑炉的烧成带使用的外燃烧嘴。烧成带温度大多高过700℃,在助燃风配合比合适的情况下,任何有机物质或燃气在这个温度下是直接自燃,能够充分燃烧,所以在这个区域布置的烧嘴无需附带点火装置。
3.5.3 大功率喷射烧嘴和平烧烧嘴
1)大功率喷射烧嘴,见图10
图10 大功率喷射烧嘴
 
为什么在这里要加上大功率?
       我们所有的烧嘴都是喷射烧嘴(顾名思义,喷射是从狭小的出口喷出),但是喷射烧嘴之间也有很大的区别,可能是烧嘴供应商们为了混淆价格,把一些喷射功率不太大的烧嘴也叫大功率烧嘴(其最大功率只有125kW)。其实大功率烧嘴最大的功率是在180kW左右,二者相差近1/3
       请不要小看这60kW的差别,它对于窑炉的高度设计和烧嘴的布置有很大的影响。因为天津国环的铠装窑是12年前建造的,我们只能根据当时设计的窑炉高度(窑车面上的高度)和已有的烧嘴布置来要求烧嘴的功率,不然就会影响到窑炉产量和制品的色差。
 
        笔者要在这里再次强调一下,窑炉设计和外燃设计不是随便某个人的异想天开,需要严谨的科学作风,认真的态度和真诚的合作,才能够完成的工作。所谓严谨的科学作风,就是不能够道听途说,要有科学依据。认真的态度,不要唯业主的要求马首是瞻,因为许多业主他们并不是专家,他们的要求有时是随意性的。真诚合作,就是要考虑到使用天然气外燃技术势必要大大增加生产成本,成本增加而产品档次低可能就会挫伤生产企业的积极性,感到不合算。我们要真诚的要求企业产品的升级换代,生产高档次的产品,目前我们的社会已经到了产品升级换代的阶段。那种KP1产品打天下的作法要摒弃。
2)平烧烧嘴,也叫兰斯烧嘴,见图11
11 平烧烧嘴
       这种烧嘴组用在闪烧区域,因为该种烧嘴没有点火装置和大功率喷射性能,我们叫做平烧烧嘴。这种烧嘴的功率一般在6080kW,用于保持温度稳定。天津国环公司用它来做闪火烧嘴。在该区域烧嘴只往窑内喷射燃料而切断助燃风(实际上是缺氧燃烧)。
闪火工艺是一种造成窑变的工艺(部分还原),需要另文阐述。
 
4:国环公司项目改正成功
       经过中方-天津国环公司和法方-克莱亚公司共同努力,我们仅仅花了不到2个月时间一次性将一个使用煤气为燃料外燃窑改正成功为使用天然气为外燃燃料的烧结系统,并且恢复了闪烧功能。
       成功生产出合格的清水墙砖-达到了天津市政府有关环保政策的要求