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话说新型移动顶隧道窑
文献:《砖 家》 2019年6月 总第42期 返回索引
添加日期:2019/12/19 10:07:20   浏览次数:299   文章来源:   作者:

 

       摘要: 移动顶隧道窑是最近新出现的一种新型烧砖工业窑炉,它结构简单,不需要传统的窑车和运转设备,大大降低了焙烧过程中的空气过剩系数,采用类似轮窑的操作方法焙烧制品,因此具有投资少、成本低、能耗小等优点。本文通过对该窑的结构组成、工作原理、配套设施等方面的内容,比较详尽的介绍了移动顶隧道窑的特点,特别是对该窑存在的不足和发展方向,提出了改进的建议。
关键词:可移动顶 隧道窑 窑体结构 工作原理
 
       最近一种新型移动顶隧道窑在行业内悄然兴起,这是一种什么样的窑炉呢?它有什么优点和缺点呢?下面我们通过对这种新型隧道窑的过去与现在、窑型结构与热工系统、配套的机械化设备以及存在的不足和改进措施等方面们进行一个简单的梳理,详细给大家介绍一下这种备受关注的新型移动顶隧道窑。
      1、移动顶隧道窑的由来

 

图1 吉安青建公司的移动顶轮窑
       早在九十年代初期,贵州省建材科研设计院洪礼良高级工程师就率领他的科研小组,开展“活动顶轮窑设计研究科研课题”的研究,国内大约先后有十余家烧结砖厂参与了这个课题的研究工作,课题组对多种形式的活动顶方案进行了研究,取得不俗的成果。不过受当时的条件限制,移动顶轮窑没能推广开来,后该课题因为别的原因而搁置。2010年,江西吉安青建砖厂的杨云清厂长就已经把移动顶成功地应用在他们的轮窑上(见图1),是国内第一座真正用于实战的移动顶轮窑。

 

 

图2 参观福建金鸡岭砖厂现场
       现在出现的新型移动顶隧道窑,实际上是集中了隧道窑、轮窑、移动式隧道窑(旋转窑)和无顶轮窑(地沟窑)四种窑型的部分优点,采用可移动窑顶和机械化装出窑的方式的一种新型窑炉,它简化了传统隧道窑的窑车和运转系统,具有结构简单、投资节省、节能高产的优点。它的出现很快受到业内同行们的高度关注。

 

 

图3  金鸡岭砖厂移动顶隧道窑顶面照片
        2018年初,福建林招喜在地沟窑的基础上搞出了移动顶隧道窑的雏形,被业内同行戏称为“地沟窑上加了一个盖”。但是这种看上去还很稚嫩的加盖地沟窑,它的优点却一下子引起大家的关注,很多同行前去考察取经。2019年7月14日,广东省某公司在梅州组织了一次“梅州项目新型移动顶隧道窑技术论证会”,山东某窑炉有限公司对新型移动顶隧道窑的设计方案做了详细的介绍,慕名而来参加论证会的同行非常的踊跃,会议还组织大家实地参观了福建武平金鸡岭矸石机砖厂的移动顶隧道窑生产线和正在建设中的第二条生产线(见图3)。

 

       这是机械化装出窑的装备使地沟窑获得新生?还是轮窑去掉了沉重的窑顶而重新转世?亦或是移动式隧道窑蜕去沉重躯壳后的华丽转身?还是传统的隧道窑的一次瘦身减肥?依我看来都是。新型移动顶隧道窑集中了以上几种窑炉的优点,采用可移动顶和机械化装出窑的方式,摒弃了传统隧道窑的窑车和运转系统,结构简单,具有投资节省、节能高产的优点。可以这么讲是机械化装出窑装备的发展,成就了新型移动顶隧道窑的诞生。
       2、移动顶隧道窑的结构

 

图4  移动顶隧道窑系统剖面图
图中:1-外窑墙;2-边部支烟道;3、外哈风口;4-可移动顶(窑盖);5-耐火保温层;6-内哈风口;7-中部总烟道;8-内哈风口;9-窑内的砖跺;10-自动化抱砖机;11-行走天车(行车);12-干燥砖坯小车。
 
          移动顶隧道窑主要由平行的窑体(隧道)、可移动的窑顶、内外哈风口(排烟口)、支烟道和总烟道组成(见图4),窑体(隧道)通常使用红砖砌筑,分内窑墙和外窑墙,而窑墙之间设置有内置支烟道,支烟道与排烟口(俗称“哈风口”)相连,根据设计位置的不同有内外哈风口之分。哈风口与支烟道相连接,并由哈风闸(排烟闸)调节风量,烟气最终汇入总烟道与脱硫除尘环保设备相连接,经过环保处理的烟气达标后排放到大气中。

 

        移动顶隧道窑的窑体可以做成地面以下的“下沉式”,也可以做成一半沉入地下的“半沉式”,当然也可以完全建造在地面以上的(地面式),依据工程地质情况和地下水位来因地制宜、灵活应用,这要看项目建设地点的具体情况来确定。至于平行的窑体(隧道)数量,必须保证有两条才能正常不间断循环焙烧,数量越多产量越高。目前常见的是平行的两条隧道,完全可以建造成3条、4条、5条以上的排列。
目前,已经建设的移动顶隧道窑都没有窑门,无论弯道和直道上都不设窑门,砖坯与制品均依靠抱砖机装进窑内和抱出窑外。
   隧道的上面的重要部件就是“可移动的窑顶”,它是这种隧道窑的亮点,我们也可以把它理解成“窑盖”(见图4),这个能活动的窑顶由钢骨架、行走轮、沙封板和耐火保温层组成,每一个窑顶的重量约1.5~2.0吨。可移动的窑顶仅仅只覆盖一个烧成周期所需要的窑面上,长度大致80米左右,每一个活动的窑顶长度大致为4米左右。
3、移动顶隧道窑辅助系统
显而易见,孤立的移动顶隧道窑是很难独立生存的,必须与外部的机械化设备、自动化控制设备等辅助设施相辅相存,才能发挥这种窑型的特长。目前,国内已经建成投入运行的移动顶隧道窑或多或少存在一些不足,还需要在今后实践中加以完善和改进。
3.1 砖坯与成品的装窑与出窑

 

图5  正在进行装出窑作业的抱砖机
          移动顶隧道窑无论顶端和侧面都是没有窑门的,这是大家戏称“地沟窑加个盖”的主要原因,因此制品装进窑内和成品卸出窑外都需要采用机械化作业,最常见的是采用车间上方的行走行车(也叫“天车”)配合抱砖机的方式(见图5)。装窑时,抱砖机把窑体外面码好的砖跺抱起,通过行车的定位再把砖跺抱进窑内,按照事先设定的程序码放整齐。经过焙烧以后的制品仍然还是用抱砖机整垛抱出窑外,然后再整理打包运输出厂。

 

         3.2 窑顶移动的方式

 

图6  采用钢丝绳牵引的移动窑顶
        窑顶移动的方式有很多种,目前最常见的是采用卷扬机钢丝绳牵引的方式(见图6),这种方式简单易行,但定位实现自动化比较困难,好在窑顶不像砖跺那样要求精确定位,所以这种方式颇受欢迎。当年洪礼良老师率领的科研团队设计了采用液压顶推的方式和采用可移动龙门架吊起移动的方式,都是行之有效的办法。湖北某公司还提出了“自行移动顶”的方案,就像动车组那样,每一个窑顶单元都有自己的驱动装置,可以自己移动到指定的位置。随着实践的深入,相信还会有其它更多的移动方案出现。

 

       3.3 砖坯干燥与切码运

 

图7  “二次码烧”干燥室与砖跺
        成型后的砖坯是不是需要经过干燥再入窑焙烧,一直是这段时间大家讨论最多话题。武平金鸡岭砖厂最初的实践就是一次码烧,但出现很多的问题,主要是砖跺倒塌和变形。不得已才开始尝试将砖坯通过干燥以后,再放进窑内焙烧才解决了问题。因此最好将砖坯(半成品)干燥脱水以后,再装入窑内焙烧,好处是干燥过后的砖坯强度高,砖跺整齐不变形,方便后续的抱砖机顺利地抱出窑外。

 

        在建设第二条生产线时,武平金鸡岭砖厂果断地采用了类似于“二次码烧”的干燥方式(见图7)。不过严格地讲,这还不算真正意义上的二次码烧,因为砖跺是一次完成的,顶多算“一次半码烧”吧。
值得提到的是,山东某窑炉公司在为梅州所做的设计方案中,借鉴我们的室式干燥室与单层干燥的切码运系统的优点,把干燥与焙烧有机的结合在一起,用于生产高空洞率的空心制品,大大拓展了移动顶隧道窑的使用范围,立即受到同行们的好评。
       4、移动顶隧道窑工作原理
       4.1 焙烧方式
       移动顶隧道窑的焙烧方式与传统的轮窑基本一致,会烧轮窑的师傅不用培训就能很快熟练掌握移动顶隧道窑的焙烧技巧。传统的隧道窑是窑车带着制品向前移动,而火相对固定的,移动式隧道窑(旋转窑)是窑体与火同步向前移动,而制品固定不动的,现在移动顶隧道窑则是窑体和制品都固定不动,仅仅只有窑顶随着火一起向前移动。
       4.2 烟气控制
       窑内的烟气流向与火的前行方向一致,这一点与传统的隧道窑大不相同,传统隧道窑是烟气流向与窑车行进方向相反。移动顶隧道窑焙烧产生的烟气由哈风口(排烟口)抽进支烟道内,排烟量由哈风闸控制,通过提起哈风闸和落下哈风闸,从而控制火向前运动。支烟道里的烟气汇集到总烟道,最后经过脱硫除尘处理,达到洁净标准后向大气排放。
不过这种利用哈风闸和内置烟道的排烟方式虽然简单易行,但是给实现计算机自动控制带来有些难度,这是因为火是不断朝前走的,而目前哈风闸的自动起落尚没有理想的执行机构,这个难题需要留给相关的专家们去琢磨解决。
       4.3、制品焙烧
       制品(砖跺)是相对固定不动的,而火是不断前行的,这是移动

 

图8 移动顶隧道窑的压力与温度制度示意图
       顶隧道窑最重要的特征之一,与传统的隧道窑一样,移动顶隧道窑也有预热带、焙烧带和冷却带之分。不同的是火在前行过程中依次完成了预热-焙烧-冷却三个热工阶段,我们把这三个焙烧过程称为一个“烧成周期”。因此移动顶隧道窑的热工制度和轮窑一样是时间的函数关系(见图8),而不是像传统隧道窑那样是与长度的函数关系。

 

       通过提起前闸、同时放下后闸的方式,使预热带产生一定的负压,迫使空气从冷却带进入,然后通过焙烧带向预热带流动。有趣的是与轮窑一样,在预热带的前端也是要设置“纸档”的,否则热工制度无法建立起来。
       5、移动顶隧道窑的优点
到此我们可以看出,移动顶隧道窑最突出的特点是没有窑车和与窑车相应的运转系统,大大简化了隧道窑的系统,现在我们结合移动顶隧道窑的工作方式,归纳一下它的优点。
       5.1 投资节省、维护费用低
       以一个年产1.2亿块(折合标准砖)规模,采用一条9.2米大断面隧道窑生产线为例,至少需要窑车80台,加上运转系统、回车线设施和窑车上的耐火衬砌层等,保守计算这部分需要投资480万元~560万元,这还不包括隧道窑的造价和日后的日常维护费用,确实是一笔不小的开支。然而采用可移动顶隧道窑以后,这笔费用可以节省下来了。显而易见,没有了窑车和配套的运转系统的束缚,为今后的生产管理省去很多操心的事情,也节省一笔不小的运行费用。
       5.2 减少漏风、降低成本
没有了窑车的束缚、没有窑门的漏风、也没有沙封槽带来的烦恼,不用担心开启窑门对焙烧的干扰等等,这些对于可移动顶隧道窑来说统统没有,这意味着什么?困扰我们的隧道窑漏风问题,对于移动顶隧道窑来说不存在了。我们粗略的估算,新型移动顶隧道窑的风量与传统的隧道窑相比,直接可以降低30~40%,带来的好处是总风机的功率下降,进而脱硫除尘系统的负担降低,结果当然是运行成本的降低,经济效益非常直观。
       5.3 减少脱硫除尘系统的负担
我们知道传统的隧道窑过剩空气系数(α)高达5~7,砖瓦行业的隧道窑跑风漏气几乎成为常态,这是老式隧道窑的弊端,居高不下的漏风量加大了脱硫除尘系统的负担,不仅给达标排放带来困难,而且大大增加了脱硫除尘系统运行的费用,增加了环保处理的成本。所以移动顶隧道窑的优势是空气过剩系数(α)比传统隧道窑低,有利于节约成本、提高环保系统的运行效率。
       5.4 多火头焙烧提高生产能力
       只要隧道窑的长度足够,或者隧道窑的条数足够,移动顶隧道窑是可以实现多个火头进行焙烧的,这样有点像轮窑那样,在一座窑内放上多个火头(也称为“部火”)焙烧,从而提高窑炉的产能、增加产量、提高经济效益。
       6、存在不足与改进的方向
       由于新型移动顶隧道窑出现的时间还不到两年,各方面还显得比较稚嫩,需要在实践中逐步完善和提高。行业内一些专家提出了中肯的建议和改进的方案,归纳起来有以下几点:
       6.1 不适合搞一次码烧
       至少目前是这样,黄烈武老师认为顶移动隧道窑不太适宜一次码烧工艺,即使用高真空硬塑成型坯,因沟道窑环境与地面隧道窑环境有很大差异,沟道窑道码垛处仍灼热且不通风,会造成下层裂损恐较严重,当然原料使用如页岩、煤矸石等非敏感系数会好些。即使非搞一次码烧,那么其码垛高度也不宜高于12层,总之地沟窑不要轻易的搞一次码烧工艺,宜搞二次工艺稳妥些。
实际上采用轮窑焙烧方式的窑道内既要完成砖坯的焙烧,又要完成砖坯的干燥,二者很难兼容。下一步需要我们开动脑筋来解决这个问题。
       6.2 提高配套机械化的水平
       目前,移动顶隧道窑的装出窑机械化的作业方式比较单一,基本上就是天车加抱砖机的模式,这种方式对砖坯的质量要求很高,就是说砖坯在焙烧过程中不能有较大的变形,否则将影响坯垛的形状,使抱砖机不能正常工作。襄阳某公司提出了用码坯机器人直接把砖坯码到窑内,出窑时再采用抱砖机的方案。而另一家公司提出在隧道窑适当的位置开几道窑门,而采用叉车来装出窑,都是很好的建议。
       6.3 设计机械化的“纸档”
       从前面我们的介绍中得知,移动顶隧道窑是需要在预热带敷设像轮窑一样的“纸档”,而且更换纸档的操作是比较频繁的,能不能设计一个机械化的“纸档”,替代人工来完成敷设纸档的任务,相信我们一定能够做到。
       6.4 完善干燥系统
       砖坯干燥不仅对稳定砖跺有其重要的作用,而且是提高产量、扩大品种的好举措,这样就要求砖坯成型以后的切码运系统要适应新形势的需要,满足生产工艺提出的要求。梅州项目提出的室式干燥室单层干燥,自动化码坯系统的方案,为采用污泥(或淤泥)与建筑垃圾为原料,生产高空洞率的空心制品生产线提供了很好的解决方案。
       6.5 自动化打包机械

 

图9  人工打包的现场
       当前移动顶隧道窑在制品烧成后,在抱砖机将砖跺移除窑外之后,是采用人工再码一道,并用手提打包机对其绑扎打包,不仅用人多,而且效率很低(见图9),需要提出一个自动化的打包的解决方案来替代目前的人工操作模式,从而提高生产效率和降低劳动强度。

 

       6.6 解决燃气焙烧的配套问题
       移动窑顶虽然给隧道窑带来了很多的好处,但却给安装燃气装置带来麻烦,如果有人相中这种窑型,并且准备用它来烧制清水砖等高档产品,目前还不成熟,需要把燃气焙烧的装置考虑好。当然,用于烧制像清水砖这样的制品,焙烧温度是比较高的(大于1000℃),还会牵涉到其它方方面面的问题,这里就不展开讨论了。
       7、结束语
       严格地讲,移动顶隧道窑还是“新生事物”,这种“四不像”的窑炉还有很多需要完善的地方。由于这种窑炉对机械化装出窑有很高的依赖度,客观上讲也为自动化装备制造企业带来一定的商机,国内部分公司已经看到了其中的市场,纷纷加入到设备研发的队伍中来。相信不久的将来,一批新颖的自动化装备会应运而生,为移动顶隧道窑的推广应用助一臂之力。
同时我们也要客观的看待移动顶隧道窑的适应条件和范围,他只是众多窑炉中的一个新品种,为砖瓦行业增加了一个新的选择,不可以盲目行事,因为这种窑对原料、产品和干燥工艺等,都有严格的要求,决定之前要做足功课,避免损失。