隧道窑干燥（精选7篇）
隧道窑干燥 篇1
近几年来随着国家墙材产业政策的调整, 制砖行业以一次或二次码烧生产工艺为主的隧道窑被推广开了, 它所附属的砖坯干燥设施———干燥窑在整个生产流程中发挥着重要的作用。各企业干燥窑的运行状况可谓良莠不齐, 加之焙烧技术的日臻完善使窑炉的行火速度高达4.8 m/h～6.0 m/h, 这势必造成焙烧用坯数量的加大, 从而使干坯的供应变得捉襟见肘。让我们不得不对干燥窑做更深入的探索研究, 改进、完善、提高干燥窑的产能, 从而满足焙烧窑炉对砖坯的需求, 实现企业良好的发展。
1 干燥设施
某些企业的干燥窑因设计、施工方缺乏主管部门和行业权威部门的监管, 存在着设计缺陷、再加上施工时粗制滥造等, 致使一些企业投产后因干燥产能低劣, 造成了不小的损失, 甚至到了亏损经营的地步。
设计干燥窑时要综合考虑保护环境、节能利废、降低建造费用、制坯原料及挤出砖机的性能、制品规格和类型、焙烧窑炉的坯垛结构及用坯数量、本地区的气候、员工易操作性等因素, 量身定制适合自己特点的干燥窑。
1.1 干燥窑的长度、宽度、高度
干燥窑的长度决定着干燥周期的长短和干燥效果的好坏。窑长度合理时各供热、排潮设施能运行有序, 坯体在干燥时的各阶段反应较为平缓, 温度、湿度曲线相对稳定, 干燥效果好于较短长度的窑炉。但也不是越长越好, 干燥窑过长时的弊端如下: (1) 一旦在干燥早期出现侧部塌坯现象时, 装湿坯的窑车移动会擦塌其他坯垛, 导致坯体损坏率较高; (2) 气流在较长的结构状态下阻力变大, 影响了良好的干燥效果; (3) 易发生回潮、凝露; (4) 增加了设备、设施方面的投入, 电耗也随之提高。
干燥窑宽度与高度要与焙烧窑炉 (一次码烧) 尺寸相一致, 坯垛与窑的边隙与顶隙距离在6 cm～8 cm为佳, 这有助于减少坯体裂纹、塌坯、干湿不匀等现象。
就3.0 m～4.6 m中断面焙烧窑炉而言, 配置的干燥窑炉长度在60 m～100 m之间的较多, 有些厂家为了强化干燥效果, 用建造多条干燥窑条数的办法来达到目的。
1.2 排潮与送热
排潮形式可分为正压与负压两种, 正压排潮可略微节省一些动力消耗, 但四处弥漫的烟尘对环境构成了危害, 治理起来难度较大。负压排潮的排潮力度较强, 受外界气候影响较小, 烘干效率相对较高, 有利于烟尘收集, 处理起来也便利。
负压排潮细论起来又分为顶部、侧上部和侧下部排潮三种结构, 单纯的一种排潮结构都是不完善的, 易造成气流及温度的分层现象, 干燥效果不如立体型结构的好。当全是侧下部排潮时, 易产生回潮现象, 凝露率就高, 坯垛倒塌的概率随着增高。全是上排潮时, 坯垛的中下部位通风量变小, 预热、排潮效果较差, 也易引起坯垛中部倒塌。
无论采用哪种排潮形式都要符合排潮的原理, 随意的用风方式将破坏干燥窑内局部气流走向及速度, 使窑断面温差变大, 预热、排潮效果变差。排潮长度要因窑型和原料性能而定, 短了易造成回潮;过长时就把干热风抽走了。各个排潮口都要安装有闸门装置, 以便使用起来得心应手, 扩大调节空间。
送热形式分为顶部送热和侧下部送热两种, 一般出坯端加密或加大了送风口数量和力度, 送风温度一般在20℃～150℃, 温度呈梯度分布为佳。
在干燥调试阶段, 要观察排潮量与送风量两者之间的比率大小 (负压排潮模式) , 常规情况下送风要强些, 排潮力度要小些, 这就是常说的正负压兼有的排潮、送风模式。这样排起潮来气流减少了涡旋、憋气, 能顺畅地流动, 所带走的水分就多。在出坯端要有2～6个车位的正压区域, 这样不但可以让高温气流到达坯垛的各个空间, 提高坯垛的干燥均匀程度, 还能在严寒的冬季稳定出坯端乃至更里面的窑温, 保障了干燥效果。
1.3 轨道
轨道铺设时它的中心要与窑道中心相重叠, 误差太大时使窑车跑偏, 造成脱轨掉道, 卡死窑车, 擦塌坯垛或左右窑墙与坯垛的缝隙距离大小不一, 影响了正常的干燥运行。轨道铺设时除了做到平直、坚固外, 轨与轨连接处的收缩缝、膨胀缝隙尺寸要合理, 太小了受热后轨道紧顶在一起, 使轨道变形受损, 太宽了车轮在移动时会顶坏轨道, 并且引发坯垛的晃动造成倒塌。
1.4 风机
风机主要分为排潮风机与送热风机两类, 在配置风机时要在实际需用功率、风量基础上要再大一些, 并且安装变频装置, 用来调节风量大小以及节电之用。每天要定时检查风机运行情况, 看是否有损坏或电源、电器故障造成的停机, 有没有颤抖、跑位、传送皮带损坏、脱落等不正常的现象, 细听有没有杂音怪声, 做到勤于维护, 把故障消除在萌芽状态。
发电机平日里要养护好, 一旦停电时力争在数分钟内启动运作。否则干燥窑内的坯垛在长时间的湿热状态下极易倒塌。
1.5 风道
各排潮、送热管道都要预设有工人进入口, 以便于调试风量和排送风结构、维修闸门、清理排风口内的坯块杂物等。各风道的尺寸要设计的宽松些, 严禁急转弯或局部过细或距离过长, 让通风量变小、变缓。杜绝气体跑漏、吸入现象的发生, 送热风管道要做好保温工作。
1.6 沙封
不少企业对干燥窑内的沙封、曲封设施不重视, 让温度向车下面跑漏或在排潮阶段使窑炉的内部空间变大, 前者易烧坏车轮轴承, 后者减弱了排潮的力度。
1.7 观察窗口
观察窗的设计对查清塌坯、裂纹等干燥缺陷极有用处。观察窗可砌筑成55 cm×75 cm大小的长方形, 观察窗的密度为沿窑长方向6 m～10 m一个, 分布在窑顶的上部, 平时可用轻便的盖子盖上, 糊上草泥防止漏气, 上面用塑料布盖严实。
1.8 窑门
窑门是为了隔阻干燥窑内外气流、温度的互串, 营造内部良好的干燥氛围而设置的。窑门设置时要从密闭、坚固、操作时不易损坏等方面着手。窑门损坏的原因:提升时窑门突然下落摔坏;装湿坯时因大意多装入坯车而顶坏窑门;摆渡车在行走时的擦剐等。窑门一旦损坏变形, 修理时要恢复到原样是比较困难的, 尤其在严冬季节里热量大量的溢出或冷风的吸入, 将对干燥效果有很大的影响。在安装窑门时要设置有断绳刹车设施, 这样既防止摔坏窑门又保障了操作员工的人身安全。窑门的门框可砌筑在凹陷的窑墙内, 减少了摆渡车在移动时的擦剐概率。
干燥窑的设计和建造性能的优劣, 可反映在干燥效果方面, 一条优良的窑炉也是各环节设施都完善的结果。这样的设备多见于权威部门所作的项目中, 比如:西安墙体材料研究设计院在豫西地区设计的窑炉可见一斑。它的长度相对是较短的, 所配置的风机数量、动力也较少, 可干燥效果却较好。究其原因是充分利用好了窑内的每一空间, 用好了各种设施。
2 温度、湿度、风量
温度、湿度、风量这三者在干燥时伴随着坯体干燥的全部过程, 相互之间有着千丝万缕的关联。温度与风量在干燥中有着不可替代的作用, 两者少一样或不完善就会影响到效果。湿度的存在并不全是对干燥有着不利的因素, 比如在干燥初期就得依赖一定数量的湿度来保障坯体的不开裂。
在干燥窑内温度、湿度、风量三者的运行状态如下:
上述显示了这三者在干燥运行时应具有的模式, 一些干燥缺陷的产生大多情况下都是不同程度地违背了这种规律。
2.1 温度
干燥窑内的温度来自焙烧窑预热带的烟气热和保温带末端的余热, 热烟气中含有一定数量的潮湿气体, 当浓度过大时会对干燥造成坏的影响。这种高浓度的潮湿气体来自于残余含水量较高的坯体, 湿气再通过焙烧窑内的哈风返回到干燥窑内, 对干燥形成了恶性循环。设计合理的焙烧窑在预热带初期阶段把潮湿烟气排到外面, 只利用预热带中后段的干热风作为干燥介质, 取得了较好的效果。
保温带末端的余热大多集中在砖垛的中上部位, 所以抽取余热的哈风口要设计在该部位, 并且前后位置要恰当, 过于靠近高温区域时影响焙烧火温和制品的品质, 靠近冷却带时可利用的温度又太低。
干燥窑的热量来源状况是不可小视的环节, 在我国北方地区严冬时, 如果不能保障足够的热量输送, 则会使干燥受挫, 影响到企业的全局生产。
2.2 湿度
坯体中的水分来源于两部分, 一是在制坯过程中原材料本身的水分;二是陈化、挤出时添加的水分。含水率越高的坯体对干燥越不利。因此, 要在制坯时设法控制它的水分, 采取原料陈化、调节挤出机、控制加水量、入窑前长时间放置砖坯等措施减少湿坯水分, 为干燥提供一个良好的起点。
湿坯被推入干燥窑内的初期, 就开始接触风压、温度、湿度, 此时要控制好这三者的量, 湿度要大小适中, 这时的潮湿气体主要来自窑内的中后部, 湿度过大时就会产生我们常说的回潮, 易造成坯垛的倒塌;湿度过小时又易受到干热风的侵袭而开裂。
随着坯车的逐步推进, 坯体经过了预热升温 (低温) →脱水→升温 (低中温) →脱水→升温 (中温) →脱水→升温 (中高温) →脱水→升温 (高温) →脱水→升温 (最高温) →出窑过程。要力争剔除坯垛内外的温度、气流 (风量) 死角, 脱水效果便会大幅度的提高。坯体出窑后含水率的高低会因各企业的情况不同而异, 如果坯体残余含水率大于6%时将会对焙烧速度、品质构成影响。
2.3 风量
排潮与送热决定了干燥窑内的风量, 行业内流行“低温大风量”的做法, 但也不是一味的大风量就好, 这样必然增加了电耗, 也会带来一些干燥方面的缺陷。在干燥初期阶段要以小风量为主, 让坯体有个缓慢的升温、脱水过程, 到中后期时坯体已经能够承受高温、大风的考验时再加大风量, 干燥效果相应的也较佳。
风量由小到大的运行模式, 无论是负压排潮还是正压排潮的干燥窑都适宜, 只是结构上略有不同罢了。
3 其他
影响干燥效果的因素是多方面的, 如制坯原料、坯体状况、坯垛结构、供电状况、附属设备 (摆渡车、顶车机等) 的使用状况, 规范的操作 (提闸用风、进出坯车) , 上下级生产环节的协调、配合状况等。
4 干燥缺陷
干燥缺陷包括塌坯、裂纹、干湿不匀或整体偏湿等, 干燥缺陷产生后先要查清原因, 只要找出问题的症结所在, 各类干燥缺陷就会迎刃而解。
隧道窑干燥 篇2
1 隧道干燥室和隧道窑墙体基础与钢结构厂房柱子基础重叠
笔者在内蒙古、河南、安徽、浙江、山东、山西等地新建的烧结砖厂中都看到了这种情况, 隧道干燥室或焙烧隧道窑的边墙紧贴着钢结构厂房钢柱的边沿建造, 如图1所示。现今建造的烧结砖隧道窑的长度都在百米以上, 那么沿着窑墙的长度方向上就会有十几根到二十多根钢柱基础与之重叠。这种将钢结构厂房柱子的基础与隧道干燥室墙体, 特别是与焙烧隧道窑墙体的基础重叠在一起的作法非常错误。在隧道窑的高温段, 如果隧道窑的保温隔热措施不当, 在高温的作用下, 会影响到厂房钢柱的承载能力。隧道干燥室边墙以及焙烧隧道窑边墙的安全性要求之一就是要防止其产生不均匀沉降。一旦有不均匀沉降现象出现, 势必会引发隧道干燥室以及隧道窑的边墙出现裂纹, 造成“跑风漏气”, 使其操作变得异常困难, 严重影响到产量和质量, 大大缩短隧道干燥室和隧道窑的使用寿命。类似于这种非常不规范的作法应当禁止。
在安徽某地一个新建的一次码烧隧道窑, 竟然将钢结构厂房的一整排柱子设立在焙烧隧道窑的窑墙上。隧道窑是热工设施, 焙烧期间窑体在热胀冷缩的作用下会产生移动。这种移动会给钢结构厂房带来非常严重的问题。早在30年前, 就出现过将轮窑窑棚的柱子设立在窑顶边墙上的作法。这些窑棚的柱子在焙烧的过程中, 在窑体尺寸不断变化的状态下, 很多都被折断了。如今建造的都是上百米长的隧道窑, 一排十多根甚至二十多根的钢柱子设立在隧道窑的边墙上钢柱随窑墙尺寸的变化而会产生移动, 钢柱移动后会造成彩钢板屋面的凹陷积聚雨水或是被拉裂。另外, 这些钢柱会给隧道窑边墙在局部上 (钢柱下方) 增加额外的荷载, 会造成隧道窑外边墙的开裂。窑体边墙的开裂会带来很多后患, 这比隧道窑外墙的基础与厂房钢结构柱基础的重叠作用法更会产生严重的后果。因此, 这种将钢结构厂房的钢柱设立在隧道窑边墙上的违规做法应当坚决禁止。
3 厂房钢结构的柱子埋在隧道窑的窑墙中
在浙江某地新建的烧结砖厂中, 进入厂房后第一眼就看到了厂房的钢结构柱子埋设在隧道窑墙体中 (如图2所示) , 确实令笔者目瞪口呆。不但如此, 竟然在隧道干燥室边墙和隧道窑边墙连接处 (连体建造) 将钢柱子全部砌筑在近3 m高的墙体之中。众所周知, 普通钢材制作的钢柱在温度的影响下 (当温度超越80℃时) 其承载能力会大大下降, 也会因温度的影响而弯曲, 这也是钢结构厂房的防火性能要求非常严格的原因。这种做法会大大降低钢结构厂房使用寿命和安全性, 在温度的作用下, 由普通钢材制作的钢柱其锈腐速度也会加快, 而且也造成了上述隧道干燥室和隧道窑墙体基础与钢结构厂房基础的重叠, 也会影响到隧道窑和隧道干燥室的使用寿命以及干燥、焙烧过程的正常操作, 这种违规做法应当坚决禁止。
4 多连体隧道窑 (干燥室)
笔者在山东、安徽、云南、河南、山西、浙江等地见到了不少连体建设的隧道窑。这些隧道窑的断面宽度多在4 m以下, 有的是所谓的“两烘两烧”, 有的是“四烘两烧”, 还有的是“两烘三烧”, “三烘三烧”等等。其中有的隧道窑还与隧道干燥室连体建造在一起, 更有甚者, 隧道干燥室与焙烧隧道窑竟有着同样的通风道结构及同样的长度。众所周知, 连体建造的多通道隧道窑, 在焙烧中每个通道内的温度分布状态绝不可能是一样的, 也就是说连体隧道窑的每个通道中的窑墙、窑顶、轨道所经受的热胀冷缩程度不一样, 其尺寸变化也不一样, 所以, 两个相邻通道的窑墙、窑顶之间会出现不同的尺寸变化, 相互之间会产生不利的影响。例如, 很多连体建造的隧道窑, 设置的加砂管根本不起作用, 隧道窑运转中加不进去砂, 烧坏隧道窑车的事故时有发生。如果一条窑在工作, 另一条窑是在停产的情况下, 影响则会更大, 严重时可影响到隧道窑 (干燥室) 的使用寿命。这种建造方式也给隧道窑或干燥室的正常维修带来了一定的困难。有的窑炉公司解释说, 这种连体建造的方式可以节省投资, 减少建筑用地, 还可以增强窑体的保温性能。但隧道窑的建设, 首先应该考虑的是隧道窑的使用寿命 (15年) 、结构安全性以及操作、维修方便性, 其目的是能够按照国家标准 (包含节能减排标准) 生产出保质保量的产品。只有在这样的前提下, 才能谈到节省投资。所以, 一般情况下这种连体建造的隧道窑布置方式是不提倡的, 特别是大断面隧道窑, 更不应该提倡连体建造的形式。应特别指出的是隧道干燥室与隧道窑更不应该提倡连体建造, 因为隧道干燥室的工作状态与焙烧隧道窑的工作状态大不一样, 例如隧道干燥室内的最高温度不会超过150℃, 而焙烧隧道窑中的最高温度一般都会在950℃或者更高, 隧道干燥室与焙烧隧道窑的尺寸变化差异就更大。总之, 焙烧隧道窑不适宜于连体建造, 焙烧隧道窑与隧道干燥室更不应该连体建造。当然, 隧道干燥室是在相对较低的温度下工作, 可以连体布置建造。
5 关于隧道窑墙体、顶部的散热以及长度
国家有关部门早在2009年就颁布了《烧结砖瓦工厂节能设计规范》GB/T 50528—2009, 2011年颁布了《烧结砖瓦工厂设计规范》GB/T 50701—2011。这些国家标准对烧砖隧道窑的保温做出了严格的规定, 如隧道窑外边墙的最高温度不得高于环境温度15℃, 窑顶表面温度不得高于环境温度20℃。但笔者却发现有的隧道窑焙烧带的外墙不能用手触摸 (当时的环境温度不到15℃) , 在窑顶上站立约十几分钟, 脚下的厚底皮鞋就感到非常热。此外, 窑长也太短 (隧道窑内断面净宽为3.3 m, 长度仅为约90 m) , 出窑后的砖垛外围都烫手, 中部的温度则更高, 而且隧道窑上还没有抽取冷却带余热的设施, 热能浪费很大。关于隧道窑的长度, 一定要按照坯体的焙烧特性来考虑设计, 不能随意乱定。对于一次码烧隧道窑的长度, 有如下的建议:2.5 m断面, 窑长:88.3 m～98.3 m;3.3 m～3.6 m断面, 窑长:108.1 m～134.2 m (或更长) ;3.9 m～4.6 m断面, 窑长:131.3 m～144.35 m (或更长) ;6.9 m断面, 窑长:144.35 m～153.05 m (或更长) ;大于6.9 m断面的隧道窑, 其长度最好不要低于150 m。之所以要强调一次码烧隧道窑的长度, 这是与我国焙烧砖的方式有关, 我国绝大多数一次码烧隧道窑都是以高内燃或是全内燃 (部分是超内燃) 为基础的。而且内燃料绝大多数都是发热量较低的工业固体废料或是劣质煤, 这些燃料的完全燃烧是一个耗时的、复杂的过程。如果隧道窑太短, 主要依靠内燃的焙烧过程中极易产生黑心 (烧不透, 有的只烧进入坯体10 mm～20 mm) 。
6 隧道干燥室的送风方式
由于一次码烧的隧道干燥室内常出现坯垛垮塌倒垛的事故, 有些建设者或设计者就对隧道干燥室应该具有的合理送风方式进行了“臆想式”的改造, 全然不考虑坯体原材料的干燥特性和窑车上坯垛的码放形式, 更不考虑热介质 (风) 送入干燥室时应具备的流动速度以及干燥砖坯所必须的风量大小, 将送热风口 (为侧送风) 按照等距离 (如50 cm或70 cm) 排列, 在垂直方向上仅留出有狭长的通风口 (如仅有50 mm～70 mm×240 mm～400 mm) , 而且数量很多, 例如笔者在安徽某地发现一个新建的一次码烧隧道干燥室断面宽3.6 m, 长为108 m, 坯体码高14层 (120 mm方向) , 在靠近隧道干燥室的出车端内墙上留有仅一砖厚度宽、长度约400 mm的送热风口, 而且是在同一个位置上分别有上下两个送热风口, 且每隔500 mm设置一道, 隧道干燥室的一面内墙上共设置75道共150个送热风口, 也就是说一条干燥室中有300个送热风口。试想, 通过这种为数众多的狭小送热风口送入到隧道干燥室的热空气流速很小。在其送热风支道内也没有任何的可调节措施, 送入的热空气根本就不能到达窑车上坯垛的中部, 更谈不到与窑车上坯垛之间的纵横通风道的配合了。这种“匪夷所思”的送热风口见图3。
无独有偶, 笔者在浙江某地一新建的3.7 m宽隧道干燥室中又一次发现了这种狭小的隧道干燥室送热风口, 只不过数量比前者少了许多, 没有了上送热风口, 每隔700 mm一道送热风口, 如图4所示。
笔者粗略计算了一下这些送热风口的总面积, 还不到所需送热风面积的三分之一。这种送热风口怎能干燥好砖坯呢, 又怎能保证从送热风口喷出具有一定流速的热风呢, 又能从何谈起这种送热风口与窑车上坯垛的码坯形式的配合呢。因此, 用于一次码烧工艺的隧道干燥室, 无论是上送热, 还是侧送热, 也无论是上送热+侧 (底) 送热的方式, 其送热风口的位置、尺寸大小、数量都要与窑车上坯垛的形式相匹配, 更重要的是要与坯体混合料的干燥性能相适应。
7 隧道窑上的排烟孔和隧道干燥室上的送热风口与窑车坯垛通风道之间的关系
笔者发现为数不少的新建一次码烧隧道窑都存在生产热耗很高、产量低下、质量差的问题, 其隧道干燥室的塌坯现象也时有发生, 有的塌坯还相当严重, 整窑车的砖坯连续倒塌。有的焙烧隧道窑中的火速很慢, 上火漂浮, 虽然排烟风机的变频器已经开启到了接近最大, 但隧道窑中还是总显抽力不足。经仔细查看后发现, 其首要原因是隧道干燥室和焙烧隧道窑设计建造时没有考虑窑车上坯垛的码放方式、坯垛之间的纵横通风道与隧道干燥室上的送热风口 (无论是上送热风还是侧送热风口) 和焙烧隧道窑上的排烟孔 (哈风洞) 之间相互对应关系。须知, 一次码烧的隧道干燥室和焙烧隧道窑与传统小断面干燥室和轮窑的送排风系统大不相同。这是因为移动的坯垛与干燥室和隧道窑的边墙、窑内顶面之间有一定的空隙 (常称之为边隙和顶隙) , 当干燥室上的送热风孔以及隧道窑上的排烟孔与坯垛上的纵横通风道不对位时, 绝大多数的风量会从这些空隙中流走 (据西欧相关的测定数据表明, 边隙和顶隙过大时, 70%以上的气流会经这些空隙流走。如果干燥室上的送热风孔以及隧道窑上的排烟孔与坯垛上的纵横通风道不对位时, 可能经这些空隙流走的气流比例会更高) , 造成窑车上坯垛中间通风量不足或者根本没有气流通过, 导致干燥室中排潮不畅, 塌坯严重, 在隧道窑中显现出抽力不足、火速不前、中下部坯垛易于过烧等现象。其结果就是煤耗高、产量低、质量差。这些干燥室的送热风口以及隧道窑的排烟孔的位置设置有很大的随意性, 有的是等距离的, 有的是不等距离的, 根本就没有考虑到窑车上的坯垛以及码坯形式与这些孔道的对应关系。让人哭笑不得的是在这种病态的情况下, 有些厂家还选择了机械化自动码坯机或是码坯机器人, 干燥不好或是烧成不好的原因都怪罪在了码坯设备上。码坯设备制造厂家一遍又一遍的调整码坯程序, 改变坯垛形式, 总也得不到好的结果。其实, 这种病态的一次码烧干燥室和隧道窑, 无论坯垛码放的多么好, 也无法得到好的干燥和焙烧效果。有的生产厂家, 为了提高产量, 在本来就不合理的病态干燥室和隧道窑内, 还不断加大码坯的密度, 竟然把必须预留的通风道都码成了坯垛, 导致窑车上中下部坯垛中根本就无风通过, 其结果是越搞越糟。某些新建的一次码烧隧道干燥室和隧道窑, 由于设计者或建造者没有或是根本不懂正确的送排风系统, 干燥室的送排风系统的通风道截面面积要么过大, 要么过小 (过小的情况多) ;隧道窑的排烟道要么支道截面过小, 要么总烟道截面过小, 无形中增加了排烟风机的负担, 这也导致干燥室的供风量不足。
8 焙烧隧道窑内窑车上下的压力平衡
焙烧通道内窑车上下的压力平衡问题往往没有引起足够的重视, 很多新建砖厂都没有考虑隧道窑车下空间的压力制度, 这些隧道窑多在4 m断面以下。大多厂家都是在隧道窑内两钢轨之间下挖一个高大的、与外界联通的坑道, 想借此来冷却窑车底部, 但其冷却效果微乎其微, 因窑车上、下空气存在着压力差, 会造成彼此间的气体交换, 如在负压段内, 冷空气由车下空间进入焙烧道;在正压段, 热气体由焙烧道进入车下空间, 因而发生窑车轴承受热损坏等现象。笔者在云南某厂发现新建的3.3 m断面的连体隧道窑3条, 长度仅为99 m (干燥室与隧道窑同长, 连体建造) , 由于没有充分考虑窑车上下的压力平衡问题, 在2013年的3个月内, 光烧坏的窑车轴承就换下了一大堆, 如图5所示。当然, 除窑车上下的压力平衡原因外, 这种严重烧坏窑车的现象还可能有其他原因, 例如该隧道窑从出车端进入的风速较高, 风量也较大。另外, 从窑顶观察, 该窑几乎全呈负压操作, 但窑车烧坏的现象仍很严重。因此, 怀疑砂封已经有局部损坏或是烟道与窑车下空间有连通, 因为该窑的排烟道设置在窑道曲封砖之下, 将窑道内的高温气体抽到了窑车下。
隧道窑压力制度是指在焙烧过程中, 控制窑内气体压力分布的操作制度。对隧道窑而言是指压力随不同车位而变化的制度。将这种压力变化绘制成的曲线称压力曲线。隧道窑焙烧通道内各点上的压力是连续变化的。窑内的压力制度是指沿窑长度方向上静压力分布的规律。窑内压力制度决定窑内气体流动, 影响热量交换、窑内温度分布的均匀性以及气氛性质, 也是保证实现温度制度和气氛制度的重要条件之一。压力平衡是控制隧道窑热工制度的措施之一, 即在隧道窑的检查坑道设置挡板、车底闸、强制鼓风和抽风的办法, 使窑车上下 (窑道内和窑车下通道) 气压达到平衡, 以减少漏出热气和吸入冷气, 确保窑内压力制度稳定和减少热损失, 并保护窑车和改善劳动环境条件。
准确地制订窑车上下空间的压力制度, 用车下空间的人工通风来均衡窑车上下空间的压力, 可以有效地消除窑车下部漏气现象。这些未设置车底压力平衡系统的厂家, 其窑车底部得不到冷却, 约15%的热量得不到回收, 窑内轨道变形和窑车轴承润滑失效带来的卡车、脱轨、倒垛现象时有发生。因此, 必须设置车底压力平衡系统, 使车底得到冷却, 并回收散入车下热量。车下空间的人工通风除可以减少气体交换外, 还能使窑车的金属部件及轴承得到冷却, 从而改善其工作条件。具体做法是将车下空间封闭, 装设必要的风机, 从隧道窑负压段的车下空间抽出气体;在窑正压段的车下空间吹进空气。只要措施得当, 经过窑车底部系统的气体交换可以完全可达到窑车上下压力平衡。那种在窑车下方开挖一条前后贯通的高大通风道, 靠自然流动的空气来冷却窑车底部的做法不值得提倡。这种做法看似窑车下通风量不小, 实际上则是在负压区大量的冷风进入了焙烧道;而在正压区不可避免地使高温气体从焙烧道进入到车下。隧道窑焙烧过程中, 车上和车下空气是互相渗透、互相制约、互相影响的, 如果掌握不好这一压力平衡, 就会给焙烧带来严重的困难。如预热带车上负压过大, 就会从砂封、窑体、窑车不严处吸进大量冷风, 这些冷风入窑后带来的害处是: (1) 由于冷风体积密度大, 热风体积密度小, 造成气体分层, 加大窑断面上下温差, 致使窑车上下部坯体预热不足; (2) 吸入的冷风被加热, 消耗大量热能; (3) 增大排烟风机的负担, 影响抽力的调整, 零压点位置难以控制。
压力制度的形成是各种气体综合作用的结果。有大量的冷空气在冷却带进入窑内, 同时又有经换热后的热空气被抽出;在烧成带有燃料燃烧生成气体、一次空气及雾化型燃料等的进入, 在这些气流的作用下, 这一段窑内的气体压力大于外界大气压而形成正压。在预热带, 大量烟气和水蒸汽经排烟风机 (烟囱) 排出, 使窑内压力低于外界大气压而形成负压, 由于气流运动中必然会有能量的损失。由正压向负压过渡时, 必然有一个分界面, 此处窑内外压力相等, 这个面称为零压面 (或零压点, 零压位) , 或简单解释为隧道窑中负压区域及正压区域的分界处称为零压位。在预热带——负压区, 窑内废气及蒸发的坯体中残留水分被排出, 但当窑体、窑车之间、砂封、窑门等处不严密或有损坏时, 极易吸入冷空气, 造成冷热气体分层而加大了预热带的温差。在窑内的正压区, 冷空气不可能进入窑内, 因此温度比较均匀稳定。所以, 大部分隧道窑在操作中都将烧成带控制在“微正压”区域, 零压位控制在烧成带中部或靠近保温带的加煤孔排数的1/3位置处或者再靠后一些, 这样做的目的使高温气体可以充满整个车面上坯垛, 并能均匀加热, 有利于高温下的保温。但是, 如果正压过大, 大量热气体会散失到周围环境中, 增大了热损失。同时, 当窑内两侧的砂封不严密, 或有损坏时, 或在窑车接头处密封不严时, 极易使高温气体向下窜入窑车下, 会使窑车密封裙板变形损坏, 变形大时会刮坏砂封槽, 也会使窑车轴承中的润滑油流淌干净而损坏轴承等, 同时也会使操作环境恶化。因此隧道窑操作中不宜采用过大的正压。
9 窑车的垫层材料组成和窑车尺寸
窑车实际上就是隧道窑活动的“底”, 是隧道窑不可分割的重要组成部分。质量优良的窑车不仅能保证整个窑体的隔热保温效果, 而且要严密不漏气, 这是隧道窑节能高产的前提, 忽略不得。可有些厂家为了降低隧道窑的造价, 窑车成了最先“瘦身”的部分, 窑车的钢材被简化了, 窑车上面的保温耐火材料层被减薄了, 单薄的窑车在重载情况下晃晃悠悠, 窑车成为窑内最薄弱的环节。结果是车底漏风很严重, 隧道窑的能耗大大增加, 窑车的损坏也大大增加, 造成更大的浪费。有些隧道窑能耗居高不下的原因, 除了窑体保温措施不当以外, 窑车散热损失严重也是重要的原因之一。笔者曾在河南看到某一隧道窑内, 由于车下温度太高, 从车下就能看到在焙烧带下方窑车轴承内的润滑油不断地滴下, 并在滴下时还燃烧着发出明亮的光点, 不得不在窑车的每一个循环之后再加一次润滑油。有的隧道窑的窑车车面竟然会用钢筋混凝土空心楼板作垫层, 上面使用刚刚挤出的、长度在1 m以上的实心湿泥条作为耐火面层材料 (在上面直接码放湿坯) 。窑车在重压 (坯体加窑车质量) 下未进干燥室时就已经摇摇晃晃了。在经过几次循环之后, 钢筋混凝土空心楼板就损坏了, 该厂不得不在隧道窑外侧专门新建一条钢筋混凝土空心楼板更换车道。当问及为何还要使用钢筋混凝土空心楼板时, 对方回答该批钢筋混凝土空心楼板质量不好, 要换上质量好的钢筋混凝土空心楼板。有的则在窑车钢架上四周立砌普通实心砖, 中间填土。这样的窑车除质量大外, 更重要的是其散热量大幅度增加, 造成热能的大量浪费, 也加速了窑车的损坏。
窑车面上的边沿框砖及角砖每经过窑内一次即被加热和冷却一次, 长期经受着周期性的温度变化, 同时还要在其面上进行频繁的装卸工作。因此, 窑车边沿框砖及角砖较易松动和损坏, 严重的甚至阻碍窑车的正常运行。应高度重视窑车面层材料的选择以及窑车边沿框砖和角砖的结构设计和砌筑。
窑车车面层是隧道窑焙烧中最容易出现问题的部位。车面层与隧道窑两边内侧墙、顶板形成了隧道窑中的四个面, 除车面层外, 其他三个面的温度相对是稳定的, 这三个面上的热损失仅限于从里到外传热的热损失。而窑车车面层则不同, 运行中的每一次循环, 窑车都是在冷却状态下进入窑内, 窑车除了出窑时本身带出热量外, 车面层材料向车下传热也是一种热损失。此外, 车面层材料的吸热和蓄热也是很重要的因素。车面垫层材料愈厚, 通过车面层的热损失就越小 (传热量小) ;但车面垫层材料愈厚, 其蓄热就越大。车面垫层材料的厚度与蓄热成为了车面材料选择中的一项矛盾。通常, 车面层不仅要由性能良好的材料组成, 而且要由适应不同应力的数层材料组成。车面垫层材料的顶部 (表面) 温度在焙烧期间几乎达到了最高焙烧温度, 因此这层材料在每一个烧成循环中都是从常温被加热到1000℃左右, 所以顶层材料对蓄热有着重要的影响。为了减少由于蓄热带走的热量, 车面顶层材料应尽可能的轻。车面层的下部材料仅经受较低的温度, 对其蓄热量的影响甚微, 所以底层材料可重一些。
窑车面垫层材料除了要有最小的热损失外, 还必须达到要求:首先, 它必须保证窑车底面的密封性;其次, 能够安全地将焙烧坯体输送到达一定位置, 并且也能够经受得起窑车的纵向弯曲应力;第三, 车面垫层材料经受得起由于温度的周期性变化而引发的尺寸上的变化。例如, 一个宽6 m的窑车车面在预热带约增大26 mm, 而在冷却过程中尺寸又要缩小26 mm (如果是10.4 m宽隧道窑的窑车车面层, 在加热—冷却期间的尺寸变化约为45 mm) , 因此, 大断面隧道窑侧墙上的曲折密封槽的砌筑精确度是非常重要的。窑车车面层边沿框砖及角砖的砌筑误差也是非常重要的。窑车车面层材料一般要遵循如下选用原则:
a.窑车车面材料应由高质量的, 具有低密度的耐火材料及轻质隔热材料组成, 从底层到顶层的材料要能够适应周期性的温度变化, 顶层材料应尽可能的轻。
b.车面底板应由钢板组成, 这一层钢板应带有简单形状或是梯形的皱折 (瓦楞式) , 以便使砌筑材料与底层钢板有更好地结合, 同时皱折形式的钢板也增加了车架的刚度, 车架与底层钢板连在一起形成了隔离窑车上下空气的第一层, 底层钢板与车架在焙烧中经受着差不多的温度, 因此, 底层钢板的膨胀性能可不考虑 (仅考虑车架的膨胀延伸即可) 。
c.车面层材料不能承受任何工作荷载 (如坯垛质量) , 其工作荷载必须由专门的支撑构件来承担 (如柱砖) , 这种支撑构件可做成中空的矩形, 在其孔洞中填充隔热材料。这种方法在多年的实际使用中证明是非常有效的。支撑构件最好不用普通的烧结空心砖来替代, 因普通空心砖的抗热冲击性能差, 易碎裂;
d.在上述支撑构件上直接砌筑车面承重砖 (砌块) , 其上再砌筑烟气通道砖, 这两层由耐火材料制成的砖, 由于蓄热量的影响, 会增大热损失, 因此, 这两层砖的质量应尽可能的轻, 并且要能抵御得住周期性变化的温度及热冲击。车面承重砖的尺寸不宜过大, 以便避免裂纹。烟气通道砖上直接码放的是坯垛, 因此, 烟气通道砖的结构形式和孔洞大小也非常重要。烟气通道砖的结构形式不合理时, 常会导致车面不平或歪斜, 造成码坯困难。烟气通道砖的孔洞太小时, 会造成预热带的车面温度低, 加大了坯垛上下的温差。有的工厂将烟气通道砖改变成多齿形板, 这是一种非常不合理的结构。因为多齿形耐火材料板抵御温度变化和抗热冲击的性能差, 很容易破碎。从焙烧热工原理上讲, 这种结构形式也不利于提高预热带的车面温度, 会增大温差。此外, 多齿形板还会对底层坯体在焙烧 (干燥) 中的收缩造成阻力, 使底层坯垛中不合格的产品增多。为了提高烟气通道砖及车面承重砖的使用寿命 (或称周转次数) , 建议可在生产这两种砖的坯料中加入堇青石质耐火材料, 以提高它们的耐热冲击性能。
e.车面垫层材料应留好各层材料之间的膨胀收缩尺寸, 以保证车架、底层钢板、中间层、顶层之间的不同膨胀与收缩, 并能连续运行, 尽量减少维修。
f.车面垫层的总厚度应通过计算确定。由于结构上的原因, 车面垫层的最小厚度应为250 mm。
g.窑车框砖及角砖的设计和制造原则是:“头轻底重”, 也就是框砖和角砖的底部可做的大一些, 以免松动歪斜。也可以在其坯体原料中加入堇青石质耐火材料, 以提高抗热冲击性能。许多厂家在窑车的框砖和角砖上没有给予应有的重视, 有的甚至用普通的红砖来做, 其结果是天天修窑车, 不但对车面垫层材料损坏严重, 而且也使车架及裙板损伤严重。
窑车框砖及角砖砌筑应在校正过的平整轨道上进行, 使每辆车统一规格, 砌筑偏差要尽量小。一条隧道窑所配备的设备中, 以窑车数量为最多。窑车投入的费用占全窑总造价的比例较大, 如果窑车做不好, 投产后的维修工作很繁重。窑车是否坚固耐用, 不仅影响着隧道窑能否安全运行, 而且影响着产品质量和生产成本。
窑车尺寸的选择也非常重要。为数不少的窑车几乎都是近似于正方形。如窑宽在3.3 m、3.6 m、3.7 m、4 m的情况下这种近似于正方形的窑车最多。现在很多新建隧道窑的生产厂家, 大都选择了自动化机械码坯机或是机器人码坯。这种近似于正方形的窑车, 给自动化机械码坯机或是机器人码坯带来了很大的困难, 要么超出了正常的码坯密度, 要么码放坯垛的横通风道与隧道窑 (隧道干燥室) 上所设置的各种孔道不对位, 有的根本就没有考虑横向的通风道, 给正常的焙烧 (干燥) 操作带来了极大的困难。关于在各种窑宽的情况下, 窑车应具有的合理尺寸, 也就是窑车的长度, 首先要考虑的是所码坯垛合理的形式, 便于自动化机械码坯机或是机器人码坯的操作;其次是坯垛之间的横向通风道尺寸。窑车上所码坯垛的组成形式, 与隧道干燥室和焙烧隧道窑上各种孔位的结构尺寸息息相关。因此, 这种近似于正方形的窑车尺寸不值得提倡。鉴于此, 在隧道窑设计时, 应提前设计出各种产品的码车图, 根据码车图来合理布置隧道干燥室以及隧道窑上的各种孔位, 并确定出合理的窑车尺寸。隧道窑的设计图纸中也必须包括有各种产品的码车图。码车图应该由隧道窑的设计方提供, 码坯设备制造厂家的责任就是按照设计方提供的码车图, 准确地实现所设计的码坯方式。
1 0 砂封槽
砂封槽系统 (也是最早的密封形式) 的主要作用就是隔绝焙烧道与窑车下的气流, 以便减少漏气, 防止窑车上下的气流相互流动, 防止窑车下温度过高而损坏窑车轴承以及保护窑车钢结构的使用寿命, 从而才能保证窑内焙烧道的温度制度的稳定和压力制度的稳定。因此, 砂封槽的重要性不言而喻。砂封槽的高低、宽窄尺寸应根据窑的大小和窑车结构与砂封板的固定形式和高低来决定。可笔者在河南、山西的某些地方看到的隧道窑上, 砂封槽仅仅是用红砖在窑底平面上砌筑一小矮墙, 砂封槽中充填的是炉渣, 窑车的裙板根本就没有插入在炉渣中。这种形式的砂封槽哪里能起到密封作用。有的隧道窑在建设期间竟然连加砂的地方都没有预留, 更不用说在隧道窑的长度方向上的加砂管口。
空气进入焙烧道后, 加大了窑内温差, 增加了热量消耗, 加重了排烟设备的负荷, 使产品质量下降、窑车损坏加剧等。由于裙板的变形、不同程度的热膨胀、窑车的损伤等, 都会使错误空气通过窑车裙板之间的缝隙进入焙烧道。在两辆窑车裙板的连结处, 总会有一个不能完全封闭的小面积缝隙, 其范围一般约为1 cm2～2 cm2 (精加工的窑车) , 但有的加工粗糙, 此处的缝隙很大, 甚至达2 cm～3 cm宽。这看似非常小的面积也会导致大量的空气侵入, 若一条窑中有30～50辆车时, 窑车裙板的连结处就多达60～100处缝隙, 若每两辆窑车裙板之间的空隙为1 cm宽时, 空气进入焙烧道的总计宽度将达60 cm～100 cm, 这就会给大量的空气进入窑内提供了通道。曾有人试图用砂封板的重叠 (搭接) 方法来消除这种缺陷, 但实际证明这样的密封构件及相类似的方法都不是非常合适的, 因这些装置在连续运转中会被破坏, 最终这些部件也就无效了。要解决这一问题, 除窑车钢结构部分的加工要精细外, 也可采用软密封的方法来封闭窑车裙板的结合处;也可以设计成双道砂封。为了进一步减少从裙板连接处漏入窑内的空气量, 在窑侧墙上的曲折密封形式最好设计成为双曲密封形式。当然最好的封闭方式是水密封 (我国目前还做不到) 。
操作中及时加砂也非常重要, 如果砂封槽中砂子的填充程度不够, 也会使空气进入焙烧道。因此, 必须按时加入干净的、符合要求的砂子。经验表明, 加入砂封槽中的砂子中粗颗粒的理想直径是5 mm～7 mm, 这是为了防止在排烟道口附近砂子被吸入烟道。所加砂子中也应有足够量的细颗粒砂。据经验, 所加砂子中的粗颗粒部分应占30%左右, 细颗粒部分应占约70%, 其中细颗粒部分应尽量为无尘砂子。砂封槽缺砂必然造成窑车上下漏气。有的部位冷气上窜, 促使窑道内温差扩大, 底部制品欠火;有的部位热气下窜, 将窑车金属构件烧变形, 烤焦窑车轴承润滑油。
1 1 隧道干燥室和隧道窑的风机配备
笔者在内蒙古自治区某地一个新建尚未投产的一次码烧生产线上看到, 两条连体建设的3.7 m断面宽度的隧道窑以及两条相应的隧道干燥室 (隧道窑和干燥室分离建造) 。每条焙烧隧道窑的低温排烟风机为一台55 k W的16号离心风机, 抽取隧道窑余热和高温烟热送往干燥室的送热风机同样为一台55 k W的16号离心风机, 出车端窑门上安装有三台7.5 kW供给新鲜空气的轴流风机。每条隧道干燥室上的排潮风机为一台75 k W的离心风机 (全压在1100 Pa以上) 。此外在每条隧道干燥室顶上 (约在中部) 还装备了两台用于循环的轴流风机。3.7 m断面的隧道干燥室的排潮选用75 k W的离心风机, 确实太大了。实际上, 排潮风机并不需要太高的压力, 压力过高会造成大量的外界冷风进入干燥室内。照常规说来, 排潮的风量是小于送入干燥室的热风量的。首先应掌握干燥产品类型、挤出成型的含水量、每小时需要排放出去多少水、排出这些水需要多少温度的风量、排出的潮气量等参数, 更重要的是要了解坯体混合料的干燥特性。另外, 3.7 m断面隧道窑的低温排烟风机也不需要55 k W的16号离心风机。
与上述情况截然相反是很多地方新建的隧道窑的风机配置有过于简化了。笔者在河南、四川、甘肃、山西、云南等地看到的有些一次码烧隧道窑 (干燥室) 仅有一台风机, 这一台风机不仅要承担焙烧隧道窑的排烟任务 (大多数这样的隧道窑没有抽取余热, 也没有窑尾供给新鲜空气的专用风机) , 而且还要承担隧道干燥室的供给热风任务以及焙烧隧道窑所需的新鲜空气供给任务;有的隧道干燥室还采取的是“正压排潮”, 因此, 这一台风机还间接的承担着干燥室的排潮任务。实质上, 这种配置的风机, 且不论其合理性, 仅从将隧道窑所有排出的烟气 (含低温烟气) 全部送入干燥室而论, 这就会给产品的质量造成很大的影响, 隧道窑排放烟气中含有硫、氟等有害气体, 这些有害气体在进入干燥室后会与坯体中的钙 (镁) 反应, 生成泛白或泛霜的物质。一般来讲, 有严重泛白层的烧结砖在使用过程中也会出现泛霜。因此, 在含硫高的情况下, 最好将低温烟气单独排出, 经由烟气净化系统净化后再排放, 以便减少对产品的污染和对大气的污染。另外, 这种简化的“土隧道窑”, 大部分没有考虑窑车上下的压力平衡, 或称之为焙烧过程中的压力制度。
隧道窑干燥 篇3
1 原砖厂轮窑与人工干燥生产情况
原轮窑40门, 每门门距5 m, 内宽3.8 m, 两部火日生产普通砖12万块, 三部火日生产15万块90空心砖。配套小断面干燥室16条, 长65 m, 砖坯码高6层, 正压排潮工艺。采用20#离心风机, 风量193 700m3/h, 配用功率90 k W, 实际工作电流为145 A。
原轮窑焙烧时干燥室供热温度不正常。开始采用两部火生产, 为提高产量, 加大内燃、稀码, 后来改为三部火生产, 内燃有所下降, 但操作人员增加, 轮窑内温度高, 生产环境恶劣, 导致人工工资相应提高、生产管理非常困难。窑体热量损失严重, 余热回收没有得到利用, 能耗高。
2 轮窑改造为二次码烧隧道窑
改造后, 原人工干燥室、风机、原料处理、制坯车间等一切设备的正常使用。新建一条隧道窑隧道窑长120 m, 宽4.8 m, 高度方向可码90空心砖16层。生产时间与原来一样, 但产量提高, 产品质量好。
3 改造后情况介绍
隧道窑焙烧定点、定时、定量操作, 窑体预热、焙烧、保温、冷却四带平衡, 新建隧道窑采用保温材料, 使窑体达到了有效保温, 设置余热回收系统, 干燥室热源、风量稳定, 为干燥室烘干砖坯创造良好条件, 内燃下降为280 kcal/kg, 隧道窑安装电控系统, 生产过程中废品率不超过3%。投产一个月后日产90空心砖18万块, 正常生产时日产20万块。
改造后可以减少轮窑清灰、砌窑门、轮窑封纸多种开支, 可以减少多个岗位操作人员, 特别是窑内码坯、出砖工, 高温环境差、劳动强度大、人员不好安排的情况得到了彻底解决, 产品产量提高, 生产稳定正常。
4 二次码烧隧道窑优势
a.一次性码烧隧道窑一般码湿坯14层左右, 要求含水率14%, 如果含水率高砖坯很容易变形。二次码烧隧道窑干燥车码坯6层, 砖坯不变形, 质量好
b.二次码烧隧道窑砖坯干燥后, 砖坯码隧道窑车上16层进行焙烧, 不易出现塌坯, 而且产量高。
c.二次码烧时窑车上干燥的砖坯可密码, 焙烧能耗低。
d.二次码烧隧道窑比一次性码烧隧道窑可减少砖坯脱水存放的窑车, 减少窑车数量达40%。同时减少道轨、地爬车、电控、冬季脱水保暖设备及费用, 减少干燥窑车占用厂房土建工程, 占地面积、窑车生产运转工资开支, 投资少。
e.二次码烧隧道窑可根据不同产品品种内燃不同, 灵活调整窑车码坯方式, 满足焙烧生产的需要, 特别是可以适应市场要求生产不同种砌块和多种产品。
f.改造二次码烧隧道窑可不停产进行, 建窑生产调试时间短。
g.干燥车码湿砖坯, 干燥车组合可机械码坯, 技术成熟。
隧道窑干燥 篇4
1 根据原料确定工艺
隧道窑一次码烧工艺有着节省场地、减少人力、自动化程度高、节省投资等优势, 但是能否采用一次码烧工艺, 关键取决于原料性能。适宜采用一次码烧工艺的原料有煤矸石、页岩及煤矸石、页岩掺量较高的原料。对于粉煤灰、粘土、红土掺量较高、软质页岩及干燥收缩较大、临界水分较低等软质原料慎用一次码烧工艺, 即使采用一次码烧也要延长干燥时间, 降低坯体升温速度, 严格控制码车高度, 一般应控制在12层以下。对于那些计划筹建一次码烧隧道窑生产线的厂家, 应对原料进行化验分析, 并多听听专家意见, 以防止此类问题继续发生。
2 原料处理
一次码烧工艺除了对原料性能要求较高外, 还要求对原料进行处理, 原料颗粒级配更加合理。对于煤矸石或硬质页岩来说, 虽然适合采用一次码烧工艺, 但是如果原料处理细度不合理, 陈化效果不好, 就不能保证砖坯的成型、湿坯强度及干燥效果, 坯体进入干燥窑升温后就会变软, 强度下降, 底部坯体无法承受上部坯体的压力而塌坯。因此, 原料细度必须满足:<0.5 mm占55%以上, 0.5 mm～1 mm占20%～25%, 1 mm～2 mm占20%以下。原料塑性指数越低, 细料比例应该越高。
原料陈化是保证砖坯成型质量的关键, 对于煤矸石、页岩特别是工业废渣为主、多种原料混合而成的制砖原料, 原料陈化是必不可少的工艺, 因为塑性较低且多为颗粒状的原料在没有陈化工艺时, 从原料粉碎后加水搅拌到进入砖机出坯只有短短的几分钟时间, 外加的水分只在原料颗粒的表面, 而没有渗入颗粒内部, 也就保证不了成型坯体的质量。只有将原料加水至成型含水率搅拌后送入陈化库, 经过3 d以上的陈化, 使水分充分渗入到原料颗粒内部, 使原料充分均化, 然后再经过细碎对辊机或轮碾机碾练才能确保成型坯体的质量。原料在挤出机的上级部分尽量做到不加水, 因为上级搅拌加入的水没有足够的时间渗透到原料内部, 这种表面水在强大的挤出压力作用下随砖机绞龙旋转摩擦, 在泥料层流间形成水膜, 会使坯体在干燥过程中产生分层和裂纹, 不但影响坯体干燥质量, 也会降低坯体强度, 导致塌坯。这里必须说明的是陈化原料必须是加水搅拌后送入封闭保湿的陈化库中进行陈化, 进入陈化库的原料含水率基本等于成型所要求的含水率, 而不是像有些砖厂那样只是把粉好的细干料堆起来说是在陈化, 事实上不加水搅拌的干料堆放几乎没有陈化效果。
3 采用半硬塑成型
采用一次码烧工艺对成型坯体的强度要求较高, 因此应该选用高挤出压力的半硬塑成型机, 才能确保坯体具有较高强度, 从而保证干燥质量。半硬塑成型机产量较低, 挤出压力较大 (一般挤出压力在40 kg/cm2) , 坯体成型水分在13%～15%左右, 泥缸直径500 mm以上。这里所说的半硬塑成型机并不是目前多数机械厂家生产的50-50-35型双级真空挤出机, 这种砖机也具有较高挤出压力, 那是和以往的普通砖机相比而言, 由于我们很多用户在选用砖机时很注重同型号砖机的产量, 产量高就好, 而50-50-35型双级真空挤出机是一种高产量挤出机, 单机可满足年产6 000万块～7 000万块烧结砖生产线, 这种砖机具有良好的综合性能, 具有较大压力和高产量, 坯体成型水分14%～17%左右, 适合人工干燥轮窑焙烧或隧道窑两次码烧工艺。如果一定要在一次码烧工艺中选用这种砖机, 就必须告知机械厂家要进行定做, 制造时要降低砖机主轴转速, 提高挤出压力, 才能满足一次码烧工艺。
对于现有一次码烧工艺, 使用50-50-35以下双级真空挤出机且有塌坯现象的砖厂, 可以将下级4级电动机更换成6级电动机后加大电动机皮带轮15%～20%, 或者不换电动机, 只把原配电动机皮带轮减小10%～15%的办法来降低挤出速度, 提高挤出压力, 可有效提高成型坯体强度和外观质量, 确保干燥时不塌坯倒窑。
4 干燥窑结构
干燥窑的结构是根据原料性能和砖机压力确定的, 决定干燥窑长度的主要因素是原料的干燥敏感性、收缩率、临界水分、成型水分等。无论采用顶送风或顶、侧结合送风, 其送风位置对坯体干燥效果影响很大, 热风送到什么位置要依据原料的临界水分和干燥敏感性而定。对于临界水分低、干燥敏感性高的原料, 送风位置切不可靠前, 一般最前端第一个送风点应距进车端15 m以上, 否则就会出现干燥裂纹。成型水分较高, 收缩率较大的原料其干燥窑总长度应在70 m以上, 否则就可能造成升温过快水汽过大而塌坯。
5 码窑车
码窑车既要保证燃料在窑断面的均匀分配, 也要保证气流在窑断面均匀分配。目前, 几乎所有砖厂都是采用内燃烧砖, 其码窑车的原则应是中稀边密、底稀上密的码法, 这样既满足窑中部热量集中, 砖坯稀, 热量少, 又满足了中间间隙大, 使潮气容易流出。但是让很多生产厂家难以理解的是实心砖在干燥过程中反而比空心砖容易塌坯, 这是由于相同体积的情况下, 实心砖所用原料多, 重量大, 总水量多, 坯体受热后产生的潮气量大, 如果排潮不足就会导致塌坯, 所以码实心砖的密度应更稀一些, 实心砖总密度控制在 (标准砖) 240块/m3～260块/m3, 90多孔砖控制在160块/m3～170块/m3。
6 送风和排潮
大多数塌坯是由于送风温度、送风量、送风位置不当、排潮不畅导致的。对于结构设计合理, 风机选用合理的干燥窑, 如果送风不合理、排潮不畅同样会出现塌坯。下面着重谈谈送风、排潮问题。
6.1 送风温度
砖坯进入干燥窑后要经过缓慢的预热、干燥、冷却过程。砖坯预热过程中主要是坯体由外到内的升温过程, 这一过程坯体只升温少脱水或不脱水, 所以预热带是低温高湿带。坯体表面在热空气对流作用下先受热, 受热坯体表面的水分就变成蒸汽向外扩散, 这时如果坯体周围空气湿度小, 坯体表面水分就会迅速蒸发, 水分蒸发, 体积就减小, 表面就会收缩, 而这时坯体内部温度还较低, 内部水分不会蒸发, 体积也就不变化, 内外收缩不一致就会造成坯体表面开裂。只有等到坯体内部温度升高到开始蒸发水分时才进入到脱水阶段, 脱水阶段也叫干燥段。坯体进入到干燥窑内, 在预热段到干燥段这一升温阶段, 坯体的温升应控制在6℃/h～8℃/h。如果升温过快, 只会加快坯体表面温升速度, 导致坯体表面脱水速度加快, 内外脱水速度不一致而出现坯体表面开裂, 同时升温过快会使坯体周围湿气过大, 就会造成坯体变软导致塌坯。
送风温度直接影响到预热带的坯体升温速度和干燥段脱水速度, 所以, 对不同的原料和坯体含水率, 送风温度应不同, 一般情况下送风温度不超过16℃。这样, 可以确保坯体在预热过程中合理升温。送风温度过高会导致坯体蒸发水分过快, 会使干燥窑内水汽量过大, 超过了排潮风机的排风量, 造成塌坯。如果送风温度过高可适当提高余热闸和打开检查口掺入冷气。对于成型水分较低的空心制品和低敏感性、高临界水分、低收缩率的原料, 适当提高送风温度不会影响坯体干燥质量。
塌坯现象常出现在冬春季节, 夏季出现塌坯较少, 这是因为夏季环境温度较高, 原料土和水的温度也较冬春季高很多, 成型的坯体由于挤出压力和挤出时的摩擦作用, 坯体温度还会超过环境温度, 具有较高温度的坯体从成型后到进入干燥窑内预热是一个连续升温和内外水分连续蒸发过程, 也就相当于加长了预热过程。在干燥窑内相同的预热时间里每小时的温升也就相应缓慢了, 塌坯现象也就避免了。冬季成型坯体温度较低, 进入干燥窑的坯体在同样的预热时间内温升速度就加快了。另外, 相同含水率时, 冬天的成型坯体比夏天坯体硬, 也就是说, 相同硬度情况下冬天的成型坯体比夏天的坯体含水率高, 也就是说同样硬度的坯体, 冬天的坯体实际含水率较高, 当其进入干燥窑受热后就会变软, 强度下降, 导致塌坯。北方砖厂应该有体会, 同样成型水分下, 夏天能顺利成型, 而冬天砖机就会因泥条太硬挤不出泥条。由于砖机的挤出能力最终反映在坯体硬度上, 而不完全是含水率, 因此, 在有条件的情况下, 冬春季节可在挤出机的上级搅拌里加蒸汽提高成型坯体温度, 降低成型水分, 减少干燥窑内坯体的总水量。具有一定温度的坯体进入预热带会有一个合理的温升过程, 这是避免塌坯倒窑和坯体产生干燥裂纹的有效措施。
6.2 送风量
干燥窑的热量来自焙烧窑的余热和烟热, 砖坯的干燥过程不但需要热量, 而且需要具有一定压力的风量。几乎所有送往干燥窑的风量及风压都由焙烧工看火提风闸或调整风机电机速度来获得, 这是不合理的操作方法。因为烧窑工提闸是为了满足焙烧所需的氧气量, 确保燃料燃烧, 达到理想的火行速度。而干燥窑所需的风量不只是需要热量和热气量, 而同时需要一定压力及速度的热气量。焙烧工根据焙烧所需氧气量, 可通过降低或提高风机转速来满足焙烧窑正常焙烧。降低风机转速虽然和降低风闸同样可降低风量, 但是, 降低转速会使风机压力加倍减小, 没有足够压力的风不能到达窑车中下部, 没有一定流速的风也不能带走窑车中下部坯体的潮气。如果送入干燥窑的风量远远小于排潮风机的排潮量, 就会使干燥窑内负压区过长, 由于排潮风机抽力小形成的较长负压会使气流沿干燥窑顶部及边部阻力小的区域加速流动, 而中下部的气流速度会减慢。设计选定风机型号是根据干燥窑所需风量大小及压力而确定的, 而不是根据焙烧所需氧气量确定的。由于送入热风温度高于排出潮气的温度, 所以送入的风量要大于排出的风量。对于不配备干燥窑的焙烧窑所需风机压力只需100多Pa就可以了, 采用自然干燥时, 隧道窑配烟囱, 60 m高的烟囱在烟气温度与外界温差为10℃时其抽力不过151 Pa, 1.5 m上口直径的烟囱排风量不到30 000 m3, 而干燥窑配用的风机压力达到1 200 Pa以上, 风量也在50 000 m3以上, 这就肯定地说, 焙烧所需的风量小于干燥砖坯所需的风量, 焙烧所需的风机压力远远小于干燥窑所需的风机压力, 这就表明, 风机不完全是为烧窑而设置的, 而是为干燥窑配备的。当然, 在设计选定风机时, 为了克服烟道长度阻力及风闸的阻力, 都有一定的安全系数, 也就是说风机会有一定的余量, 这要在调试其间将风机的转速 (频率) 确定下来, 确定后不可随意乱动, 烧窑工只可通过调整风闸高低控制进气量来调整窑内火度, 不可随意改变风机转速, 因为风量降低与转速成正比关系, 但是风压的降低与转速是平方关系。当风压降低后, 进入干燥窑的热气就无法吹进窑车底部和中心部位, 使窑车底部和中心部位空气对流速度减慢, 那么这些部位坯体受热效果就不好, 产生的潮气也就不能被迅速带走, 就会造成塌坯现象。
对于烧窑工而言, 风机就相当于烟囱, 窑炉相当于锅炉, 要调整火度大小, 只需调整风门大小 (风闸高低) , 而不可能随意改变烟囱高度。为了省事随意调整风机转速来改变风量, 虽然可以满足正常焙烧, 可当降低风机转速时就减小了抽力, 大大降低了风机压力, 使送往干燥窑内的风压成平方倍数降低, 导致干燥窑内正压区缩短, 无法将潮气挤压出去, 这往往是造成塌坯的主要原因。
正规设计的焙烧窑都在冷却带设有抽余热系统 (有的厂家在使用过程中觉得不好用, 将余热系统堵死) , 送入干燥窑的主要是余热, 而烟气是排空不用的, 从环境保护角度讲这是合理的, 但能耗会增加。目前, 大多数中小断面隧道窑都是将烟热和余热全部送往干燥窑, 使干燥窑的热量充足, 干燥效果好, 同时降低制品能耗。
6.3 如何正确使用风闸
焙烧带前部风闸可满足焙烧的氧气量 (空气量) , 适当的氧气可确保正常的火行速度。冷却带的风闸是抽取已烧好的砖垛内的余热, 这既补充了送往干燥窑内的热量和总风量, 又加快了砖坯的冷却速度。当焙烧窑进入正常循环工作时, 为了满足干燥坯体所需的热量及风量, 余热闸必须提起。当提起余热闸后, 由于窑尾的抽力会使焙烧带前部抽力降低, 使火行速度变慢, 这时就要加大前部风闸高度, 使火行速度正常, 也就是说随着余热闸的提高就要相应提高烟热闸, 使其达到平衡, 余热闸的抽风量只能占烟热闸的30%～40%。如果两闸提的相等, 火就不会往前走。
6.4 如何调整风机变频器
变频器是通过改变交流频率来改变风机转速, 转速与风机风量的大小成正比, 与风机压力成平方比。设计选定风机风量及压力时有一定的富裕量, 如果窑炉施工质量良好, 漏气轻微, 风机的富裕量就显得偏多, 可通过变频器来降低富裕量。由于风量是可以通过调整进风闸来实现的, 而压力的大小主要是看干燥窑的零压点的位置, 如果干燥窑内的正压区太长, 也就是零压点前移至干燥窑的前部10 m内时, 说明风机压力太大, 可通过降低转速来调整, 一般情况下, 干燥窑的零压点在距进车端15 m～20 m处, 具体位置应视原料干燥敏感性和临界水分而确定。调整风机转速应和负责干燥的人员协商, 保证干燥窑零压点在正常范围内。如果来自焙烧窑的风量不能满足干燥窑时, 可以适当打开检查口, 进一些冷气来加大干燥所需风量。
6.5 排潮
大多数干燥窑排潮是由排潮风机来完成。排潮风机的排风量是根据坯体产生的潮气量来确定的, 假设干燥窑的产量为每天10万块 (折合标准砖) , 折合4 000块/h, 以每块砖干重2.7 kg, 含水率15%计算, 砖坯在干燥窑内蒸发10%水分 (另外5%为坯体残余水分) , 4 000块砖坯在干燥窑内蒸发水量等于2.7×10%×4 000=1 080 kg, 以每公斤水产生30 m3蒸气计算, 干燥窑内每小时产生蒸气为1080×30=3240 m3, 考虑到漏气及开门时间的因素, 排潮风机的排风量应在35 000 m3/h以上。如果排潮风机排风量不足或抽力不够, 干燥窑内湿气过大也会导致塌坯倒窑。
6.6 漏气造成塌坯
导致塌坯的另一个主要原因是干燥窑密封不好, 特别是进车端升降门周围漏气严重, 这将导致外界冷空气进入干燥窑, 造成排潮风机排出潮气量下降, 使高温潮气滞留在坯体表面, 导致坯体变软而造成塌坯。正规的干燥窑进车端应设两道门, 而现在大多数干燥窑只设了一道门, 可就是这一道门, 很多厂家也不重视门的密封效果, 门的四周与端墙之间和底部轨道之间的间隙很大, 甚至门已经损坏也不修复, 这样必然降低排潮风机的抽力。干燥窑的排潮风机就安装在进车端上部, 它的作用是将干燥段产生的高温潮气抽到预热段加热坯体, 确保预热段坯体处在高湿环境下只升温而不蒸发水分。进车端升降门四周微小的漏气都会降低排潮风机从干燥段抽取高温潮气的能力。从升降门四周进入的是大气中的冷空气, 干燥窑内的热空气与外界的冷空气相遇就会凝结成水分停留在砖坯表面, 使砖坯二次吸水变软导致塌坯。因此, 要确保干燥窑升降门处、外墙及顶部各处不得漏气, 确保预热段不能有冷空气进入, 每次进车越快越好, 减少升降门的开启时间。减少冷空气进入才能确保坯体干燥效果, 防止塌坯倒窑。
隧道式蔬菜热风脱水干燥机的研究 篇5
关键词：隧道式干燥机,蔬菜,脱水
0 引言
目前,脱水蔬菜已形成了较大市场,而我国多数地区仍是人工晾晒,很难满足国际市场的要求。果蔬脱水方法按压力分有常压和负压两种。常压热风干燥仍是蔬菜脱水最常用的方法,但有采用各种干燥新手段(真空冻干、真空油炸、充氮干燥、声波干燥、热泵干燥、微波干燥、远红外干燥、减压干燥、过热蒸汽干燥、太阳能干燥、振动流化床干燥等)的发展趋势,并均有一定的应用。而利用热风脱水原理来干燥蔬菜比较适合我国国情。
1 结构及原理
1.1 技术性能指标
生产率/kg·h-1:80～150(鲜料)
产品含水率/%:≤8
产品复水率σ/%:≥0.95(10min)
热效率ηt/%:≥65
1.2 结构及原理
隧道式蔬菜热风脱水干燥机结构如图1所示。由于蔬菜含水率非常高,烘干后产品带出热量所占比例很小,所以采用逆流式干燥,即物料运动方向与热风运动方向相反。热风由热风炉出来,经分风器、混风室与物料接触,经过整条隧道,由排风口排出。期间如果热风温度过高,自动开启冷风机配风降温,同时发出声光报警信号。料车载料,由进料门处进料轨 上的转运车载运,人工从侧向推入隧道,再由推运器推动整列料车纵向向出料门方向前进一个车位,此时已经干燥完毕的一车运到出料门位,将其拉出到出料轨上的转运车上,转运到中间轨上,卸料分拣。
1.推运器 2.进料门 3.隧道体 4.出料门 5.冷风机 6.混风室 7.分风器 8.热风炉 9.出料轨 10.中间轨 11.进料轨 12.排风口
2 理论设计计算
2.1 物料衡算
生产率:G1=150 kg/h(鲜品);原始物料含水率: M1=93%;产品含水率:M2=8%。
所需去除的水分为
绝干气体消耗量为
根据干燥器的热量衡算得L=10463kg/h,x1=15.9g/kg,可得x2=29.3g/kg。
2.2 热量衡算
2.2.1 干燥器的热量衡算气体放热为
LcH1(t1-t2)=Q1+Q2+QL (3)
Q1=W(i2-θ1)=339625.44kg (4)
式中 W—干燥过程中所去除的水分(kg/h);
i2—在t2时,水蒸汽热含量(kJ/kg);
t2—排气温度(℃);
θ1—物料初始温度(℃)。
Q2=G2c2(θ2-θ1)=1208kJ (5)
式中 G2—产品质量(kg);
c2—产品的比热容(kJ/kg·℃);
θ2—产品温度(℃)。
QL=QJ+QS=38205kJ (6)
式中 QJ—通过干燥器壁和绝热层的热损失(kW);
QS—输送装置热损失(kJ)。
即所需空气量为L=10463kg/h
2.2.2 热风炉的热量衡算
Qy=LcH0(t1-t0)=LcH1(t1-t0)=573948 kJ
式中 Qy—空气经热风炉所获得的热量(kJ);
cH1—空气的干基比热容。
cH0—进炉空气的干基比热容,由于其湿含量未变,所以干基比热容未变cH0=cH1=1.035kJ/(kg·℃)。
取热风炉效率ηr=65%,燃煤的发热值按23000kJ/kg计算,则燃煤量
3 主要部件设计
3.1 风机的计算与选择
V=Lv=9050m3/h (7)
式中 v—空气的湿比容,
风机全压等于或大于热风炉、干燥器及通风管路的阻力之和,即
H热风炉=600Pa,H干燥器=900Pa,H管路=50Pa,H风机≥H热风炉+H干燥器+H管路=1550Pa。
根据风机性能选用表,选择4-72-6C,额定风量为9497m3/h;全压为1736 Pa。
3.2 隧道体参数的确定
3.2.1 高度的确定
根据生产率要求和工人的操作条件,确定物料车的外形尺寸为1860mm×1200mm×988mm,料车与隧道内壁间隙为50mm,则隧道体内部高度和宽度分别为1910mm和1300mm。
3.2.2 长度的确定
根据料车结构有:沿隧道每米长度铺料面积为s=37m2/m,估算汽化系数K=29.5kg/m2·h,x1=0.0159kg/kg,x2=0.0292kg/kg,x=0.0345kg/kg,则Δx1=x-x1=0.0186,Δx2=x-x2=0.0053,Δx=(0.0186-0.0053)/ln(0.0186/0.0053)=0.0106。
隧道体有效干燥长度l0=w/(s·k·Δx)=12m。考虑到料车排列,取13个车,则需l1=12.8m,再加上出料门1.2m、混风室1.8m,所以隧道体内部净长l=14.8m。
3.3 主风道设计
热风炉热风出口为450mm×450mm,所以热风管路采用450mm×450mm矩形管,弯头的弯曲半径R=450mm,局部阻力系数为0.23,风速为15.6m/s,空气容重为1.03kg/m3,则每个弯头的局部阻力H弯
3.4 配风设计
若热风温度超过85℃,需要降到70℃。设配风温度为25℃,风量与总风量的质量比为c,热风风量为1-c。由于都采用环境风源,所以两种风的湿含量相同,则混合风的温度70=25×c+85×(1-c),c=(85-70)/(85-25)=0.25,所以配风风机与热风炉风机的的风量比为0.25/(1-0.25)=0.3。已知热风炉的风机风量为9497 m3/h,则配风风机的风量为2849 m3/h,选用风机型号为4-72-3.2A,额定风量为2996 m3/h,全压为1006 Pa。
3.5 推运装置设计
推运装置采用矩形螺纹螺旋推进。按每平方米装料6kg计,每个料车装满物料后的质量为350kg,13个料车总重为4550kg。按钢轮缘在钢轨上起动摩擦因数为0.242计算,推进器轴向载荷为F=10790N,选用螺杆螺距P=10mm,螺母高度与中径比ψ=1.5,螺纹工作高度h=5mm,材料的许用比压[p]=13MPa。
螺杆中径计算
式中 μ—螺杆长度折算系数,按一端固定,另一端自由,取μ=2;
l—螺杆最大工作长度(mm),l=1500mm。
稳定性核验计算式为
其中,
取d1=40mm时,
设计要求3min左右推进器完成推进和回位过程,即螺杆的运行速度约为1m/min,螺母的转数大于100r/min。所以,确定减速器的减速比为1/15,选择减速器的型号为WPWDKA135-1/15。
4 结束语
经烘干试验,此机烘干效果好,干燥均匀,复水性好,热效率高,操作简便,安全可靠。
参考文献
[1]《化工设备设计全书》编辑委员会.干燥设备[M].北京:化学工业出版社,2002.
[2]张德权,艾启俊.蔬菜深加工新技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
一种新型单通道隧道式干燥室 篇6
1 数据提示
干燥室长度 (入口门中心线至出口门中心线) 117 475 mm
码坯通道宽度 (侧墙内壁之间距离) 4 497 mm码坯通道高度 (自窑车铺面砖顶面至副顶底面) 1 675 mm
干燥室通道高度 (自轨道底面至干燥室副顶底面) 2 646 mm
干燥室顶部空腔高度 (自副顶底面至顶板底面) 598 mm
干燥室外廓宽度尺寸 (侧墙外壁之间距离) 5 197 mm
干燥室外廓高度尺寸 (自轨道底面至顶板保温层顶面) 3541 mm
2 主体结构
干燥室结构见图1。
2.1 基础
场区多为回填土, 干燥室基础采用灌注桩, 其上为钢筋混凝土承台, 预留轨道基础螺栓孔。在距干燥室入口5 700 mm处承台下, 沿着干燥室横向预埋Φ500 mm钢管, 并均布3个支管, 集气开口在干燥室内地坪上, 出气口设在干燥室外地坪上。在距离干燥室出口5 700 mm处承台下, 沿着干燥室横向预埋输气管道, 其在干燥室内地坪上设有一排喇叭形出口 (9只) , 见图2, 进气口设在干燥室外地坪上, 见图3。
2.2 侧墙
2.2.1 左侧墙
沿着窑车前进方向, 侧墙可分为左侧墙与右侧墙。左侧墙由30段墙片构成, 第1段 (自入口端起) 墙片长度为3 270 mm, 第2段墙片长度为3 285 mm, 第3至第28段墙片长度为4 000 mm, 第29段墙片长度为3 285 mm, 第30段 (至出口) 墙片长度为3 270 mm。30段墙片总长度为117 109 mm (包括29个伸缩缝) 。
墙片采用230 mm×110 mm×76 mm面砖 (符合ASTM C 216-01a标准) , 以石灰混合砂浆砌筑。自轨道底面 (侧墙底面) 至上曲封砖底面 (995 mm) , 侧墙厚度为270 mm[110+50 (空气隙) +110];自上曲封砖底面至干燥室副顶底面 (1697 mm) , 墙体厚度350 mm (230+10+110) ;自副顶底面至顶板底面 (595 mm) 墙体厚度230 mm。
墙片自底层至顶层共38层砖, 总高度3 271 mm (38×76+37×9) 。从砖层3至砖层31, 每隔3层铺设单墙专用钢桁架, 尺寸分别为:254 mm×3 190 (3 250、3 970) mm;砖层33、36铺设尺寸为203 mm×3 190 (3250、3 970) mm钢桁架;在砖层1、3、5、7、9的墙片接头处, 铺设连接双套筒, 见图4。桁架及套筒均砌筑在墙片砖层接缝砂浆中, 见图5。
2.2.2 右侧墙
右侧墙亦由30段墙片组成, 不同之处在于在墙片2、5、8、11、14、17、20、22、25、28上设置开口尺寸780 mm×1 114 mm钢板门 (见图6) , 开口底面与上曲封砖上面平齐, 开口纵向中心线对窑车火道中心线。
干燥室在运行时, 可以即时打开侧门, 观察砖坯的表面状态, 取样测量尺寸、含水率, 确定砖坯干燥过程中临界点的位置, 还可以作为人孔使用。
2.3 副顶
副顶由钢支架组件、空腔分段隔断钢板、副顶板 (石棉水泥瓦) 等组成 (见图7) 。
2.4 顶板及其隔热
顶板采用5156 mm×1100 mm×200 mm (主规格) 预应力钢筋混凝土空心板, 直接搭在侧墙第38层砖上, 侧墙没有锁口梁。在顶板需要开口处, 设置钢框架梁, 铺设相应尺寸的顶板。干燥室顶板铺设完成后, 进行嵌缝处理, 其上所有设备安装完成后, 在外露板面上浇筑100mm陶粒混凝土隔热层见图8。
2.5 轨道
轨道一律采用22kg/m钢轨。轨道接头斜切成45°, 用鱼尾板夹紧, 螺栓连接。连接处轨道下垫210 mm×500 mm×6 mm钢板, 将轨道找正调平压紧后, 二次灌浆, 见图9。
2.6 进出口门
干燥室进出口各设一道电动垂直升降钢制夹芯门, 见图10。
3 通风系统
3.1 供热系统
供热系统由供热风机、供热主管道、支管道、阀门、热空气供应室等组成见图11。热空气供应室设在干燥室出口段顶板上, 向干燥室供气开口横向中心线距出口门中心线8 860 mm。
3.2 再循环 (回流) 系统
在干燥室顶板上, 设置8套装置, 称为再循环 (回流) 区 (RECIRCULATING ZONE) , 其第一个回流口横向中心线距入口门中心线13 990 mm, 距排废气口横向中心线8 849 mm;回流口横向中心线间距离11 689 mm (7段等距) ;第八个回流口横向中心线距热空气供应室开口横向中心线13 402 mm, 距离出口门中心线22 262 mm。8套装置配置基本一致, 包括集气室、轴流风机、回流室及附属管道、阀门等, 见图12。
3.3 排废气系统
干燥室的废气有3个来源, 主要是干燥过程产生的湿空气, 即从供气室进入干燥室的热空气及干燥过程从砖坯蒸发出的水分;其二是干燥室车下冷却及压力平衡空气;第三部分是回流1～5区, 从回流室顶部支管直接回流的气体。
排废气系统装置包括:排废气至大气烟囱、排废气轴流风机、干燥室入口端顶部排废气室、回流室1～5外部回流管道、排除车下气体管道等, 见图13。
3.4 干燥室车下通风系统
系统由设在干燥室出口段顶板上的离心风机、风机输气管道、干燥室内预埋管道及其出气口、干燥室内预埋管道及其吸气口 (图13) 、通往排废气室的气体管道等组成, 见图14。
3.5 干燥室附属风机
3.5.1 SD公司提出的风机参数与国产风机选型
SD公司提出的风机选型技术参数, 包括流量 (ft3/min) 、静压 (in.wc英寸水柱) 、功率 (HP) 、运行温度 (℉) 、设计温度 (℉) 等。
例如:
Dryer Supply Fan
ACFM:44000 ft3/min ( (74756 m3/h) ;
Static Pressure2～3.4 in.wc. (498～846 Pa) ;
Power20.3 HP (15.1 kW) ;
Operating Temp.400℉ (204℃) ;
Design Temp.600℉ (316℃) 。
国产风机的压力以全压表示, 缺少静压数据, 因此风机选型是参照SD公司提出的技术参数, 选择参数基本一致的国产风机, 经SD公司技术人员确认后, 最终配齐窑炉系统全部附属风机。
3.5.2 干燥室附属风机
干燥室附属风机见表1。
4 干燥室的设计生产能力
在同SD国际公司签署的窑炉技术补充协议及SD建议书中, 对于干燥室, 只给出了如下数据及工艺参数。设计生产能力:230 mm×114 mm×50 mm路面砖3000万块/年;200 mm×100 mm×50 mm路面砖4 000万块/年;全年工作天数:350 d;设计码坯数:3792块/车 (机械码坯) ;干燥周期:47.8 h;干坯含水率:≦1% (干基) 。
5 物料平衡计算
5.1 生产能力
每天生产路面砖数量 (230 mm×114 mm×50 mm成品) :30 000 000÷350=85714 (块) ;每天干燥砖坯的数量 (综合成品率取95%) ;85714÷0.95=90 225 (块) ;每小时干燥砖坯的数量;90 225÷24=3 759 (块) 。
5.2 干燥能力
成型砖坯平均质量:3 279 g/块;绝干砖坯平均质量:2 764 g/块;成型砖坯平均含水率:18.6% (干基) ;干燥砖坯残余含水率:1% (干基) ;干燥室每小时从砖坯中蒸发水分的数量:2 764× (0.186-0.01) ×3759=1 829 (kg) 。
5.3 理论空气需要量
长沙夏季时间最长, 环境温度取25℃, 空气相对湿度取80% (气象年平均值) , 排潮温度取50℃ (实际运行值下限) , 相对湿度取95% (实际运行值) 。
查湿空气I–X图
夏季空气 (25℃、φ=80%) 的湿含量:
X=0.016 kg水/kg干空气
该湿空气的焓为16 kcal/kg干空气
排潮湿空气 (50℃Φ=95%) 的湿含量:
X=0.083 kg水/kg干空气
该湿空气的焓为53 kcal/kg干空气
每千克 (kg) 干空气可以携带的水分:
0.083-0.016=0.067 (kg水/kg干空气)
理论干空气需要量:
1 829 kg水/h÷0.067 kg水/kg干空气=27 298 (kg干空气/h) ;
27 298 kg干空气/h÷1.18 kg/m3=23 134 (m3干空气/h) ;
当该空气被加热到200℃时, 体积流量为:
23 134× (1+200 25) =37 963 (m3/h) 。
干燥室供热风机 (Y4-73N014C) , 流量74 766 m3/h是在200℃标定的, 因此, 从物料平衡角度考虑, 供热风机的流量是足够的。
6 热量平衡计算
在这里引用德国烧结砖瓦工业排除每千克水平均能耗数据:4300 kJ/kg水
干燥室理论能耗为:
4 300 kJ/kg水×1 829 kg水/h=7 864 700 (kJ/h)
在莫利尔 (Mollier) 湿空气图上, HR为80%、干球温度为25℃的空气, 在200℃ (供热) 时的焓值约为240 kJ/kg干空气, 密度为0.745 kg/m3, 在50℃ (排潮温度) 时的焓值约67 kJ/kg干空气, 可以利用的焓值为173 kJ/kg干空气。
理论空气需要量为:
7 864 700 kJ/h÷173 kJ/kg干空气=45460 (kg干空气/h) ;
供热风机的额定质量流量为:
0.745 kg/m3×74 766 m3/h=55 700 (kg/h) 。
热量平衡计算表明, 当供热温度为200℃, 风机在额定流量状态下运行时, 可以满足干燥室对热量的需求。
7 干燥室操作
7.1 SD操作概述
窑炉及干燥室是同时不间断运行的。干燥室的干燥操作需要依托焙烧窑正常运行时的热气。
干燥室内需要有适量的热量和干燥的空气, 热量和空气可以将湿坯的水分带走, 并通过干燥室的排气烟囱将其排出。通过对出干燥室的产品的水分测试可以得知干燥程度是否合适 (干燥坯进入焙烧窑之前水分能保持在1%以下才是理想状态) 。
为保证合理干燥, 干燥室的空气量和温度需要适当组合。通过提高温度或者加大空气量的方式 (或者两种方式同时进行) 可以使干燥室的产品干燥程度加大。干燥室内的温度需要足够高, 这样才可以使水分蒸发。其内的空气量也得足够, 这样才能把水份带走, 而且空气必须能渗透到每一垛砖中间, 这样才可以使产品均匀干燥。当空气量不足的时候, 干燥室内的水分会逐渐累积在干燥室的入口处, 且整条干燥室内都会呈现低温现象。当供应温度一定时, 如果增加空气量, 那么整条干燥室内的温度就会随之升高。换一个角度来说, 干燥室内空气量过多或者温度过高 (或者空气量和温度两者都超出适当值) 会导致每跺砖坯外缘部分的产品过早干燥, 随后每跺砖坯都会有倾斜现象发生。此外, 空气量过大同样有可能导致干燥室入口处水分不足, 接着很有可能会使产品发生开裂现象。
7.2 进气温度和空气量控制
干燥室进气温度的控制是通过监视干燥室供给风机的排气温度以及通过监视流动环境空气进入风机入口处时是否达到了目标温度值来实现的。
干燥室空气供应量的控制是通过监视干燥室内的湿度并且控制好干燥室供气风机的运转速度以达到目标湿度水平来实现的 (风机速度加快会减少湿度) 。
隧道窑制品冷却排气风机 (余热风机) 送出去的风量超出了干燥室所需的风量 (风量根据制品冷却风机出口端的压力变送器来判断) , 那么超出的部分会通过排废热烟囱自动排除至大气。
7.3 压力控制
为了确保干燥室内的压力不能过大或过小, 供给的空气量及排气风机的速度都必须要设置好。
正压力过度会迫使热气下沉至窑车, 并进入车下部分, 导致窑车下端车体、车轮及轴承过热。
负压力过大可能会导致冷空气进入到干燥室内并冷却装载产品的底部, 从而使产品干燥不均匀。
增加与干燥室供给风机相关的排气风机的速度, 会使干燥室的压力降低;减小干燥室排气风机的速度会使干燥室内的压力增加。干燥室排气风机和供给风机的相对速度差别需要通过HMI界面干燥窑部分的排气偏差输入框来设置。该框的数值设置是能使干燥室排气风机和供给风机的偏差在50%～150%之间。
一旦设置好理想的速度, 干燥窑排气风机的速度则会通过处理控制系统来控制, 以使该速度能跟上干燥室供给风机速度的变化。当供给风机速度随着湿度水平变化时, 上述控制方式能防止压力变化现象的发生。
7.4 干燥窑温度控制
干燥室分8个再循环区域。每一区域都有它们自己的再循环系统。该系统是由一个排气室和进气室、两室之间的再循环风机以及一个手动或电动环境空气阀门等组成。
再循环区域1～5的温度控制是通过增加或排除区域的热量来完成的。如某个区域需要额外的热量, 那么来自热气供应管道的热气就会通过自动的热气进口阀门流入到该区域的排气室。如果某区域需要冷却, 那么该区域供气室的热气就会通过一个自动排气阀排出, 然后进入到顶部的排气管道。之后环境空气通过该区域的人工环境空气通道阀进入该区域。
区域1～5的人工通气阀的调节都是为了确定好相应的热气入口及排气阀的温度调整幅度。
再循环区域6～8的温度控制是通过注入到这些区域更多或更少的环境空气来完成的, 环境空气的进入是通过电动阀门自动控制的。
所有的自动化气阀都是由处理控制系统控制的, 该系统在有必要保持某个区域的目标温度值时能自动调节相应区域内的每个气阀的位置。
7.5 调节风门
以下气体阀门的调节都是为了使流入、经过或排出干燥窑室的气体能够达到理想的作用及效果。所有调节风门都在调试期间调节好了。各个调节风门最终的调节值都标注到了SDIC的图1684-KG-000-005和1684-DG-000-003上面。
7.6 干燥室自动控制
干燥室控制包括允许工艺控制系统维持干燥室热风供应温度、湿度水平及再循环区域1～8内的温度。定义值为输入到HMI配方管理屏上的干燥窑配方设置, 设置干燥窑自动控制步骤见表2。
7.7 干燥室运行
在生产砖红色系列路面砖时, 采用的基本原料是风化后的泥质页岩及沙土, 混合料 (坯泥) 的临界水分为11.7%～15.9%, 干燥敏感性指数为0.87～0.45, 属于低干燥敏感性, 干燥是安全的。
干燥工艺参数的选择, 以干燥能力1 000 kg水/h为基础, 合理地设定供热风量、温度。目前干燥室供热风机出口温度基本稳定在200℃～210℃, 风机转速设定值为额定值85%, 排潮风机与供热风机的速度比为95%, 排潮温度为50℃～55℃, 排潮气体的相对湿度为95%～97%。干燥室的零压点基本在20车位, 临界水分点大都在30车位。再循环各区温度如表3。
生产的产品为MX及SX类别路面砖, 主规格230 mm×114 mm×50 mm、200 mm×100 mm×50 mm, 基本色系有砖红、米黄、浅灰自然色及二氧化锰 (矿粉) 着色剂形成的深浅不同的棕色。
隧道窑干燥 篇7
1 隧道式灭菌干燥机的工作长度
隧道式灭菌干燥机 (以下简称隧道烘箱) 根据结构功能一般分为预热段、加热段和冷却段。在选型中首先应该考虑加热段的灭菌能力和冷却段的降温能力, 即验证隧道烘箱加热段和冷却段的长度。
烘干机的产能, 在《抗生素瓶表冷式隧道灭菌干燥机》行业标准JB/T 20093—2007第6.5.9条描述为:
a) 将干燥机网带速度调至额定速度, 在输入瓶子负荷运行正常后, 用秒表计时t分钟, 同时测出网带移动的距离L。按式 (1) 计算产能:
式中Q———每分钟的产量, 瓶/min;
k———1.08, 为排列系数;
B———网带有效宽度, mm;
t———测量产量时用秒表计时的时间, min;
L———网带用秒表计时t分钟所移动的距离, mm;
d———瓶身外径, mm。
b) 在规定范围内调节网带运行速度, 用测试生产能力的方法测试调速效果。
按照公式 (1) , 容易误解为隧道烘箱的网带跑多快, 其产能就有多大, 这是一个错误观点。影响隧道产能的最大因素是箱体的长度和网带有效宽度, 假设我们知道瓶子在隧道烘箱内走瓶的时间, 那我们就可以确定这段箱体的长度, 将公式 (1) 转换后得到该段长度L为:
隧道烘箱主要功能是对药瓶进行干热灭菌、去热原, 而且灭菌后还需将药瓶冷却到灌装所需的工艺温度。所以, 在选择隧道烘箱时需要考虑到药瓶在隧道烘箱内升温和降温的整个过程。图1为一种大规格药瓶在高温段 (层流风为320℃) 、冷却段 (层流风温度为25℃) 的隧道烘箱内检测的升温曲线和降温曲线, 常温下检测加热段风速为0.6 m/s±20%, 冷却段风速为0.45 m/s±20%。
从图1中可以看出, 温度上升到300℃需要19 min, 从300℃降温至25℃需要21 min, 下面先以该图验证隧道烘箱长度。
2 加热段长度
2.1 从验证角度分析加热段长度
我国隧道烘箱的标准更改过3次:1995年行业标准规定采用实测法, 即350℃以下灭菌时间不得少于5 min;某些药厂编制工艺为300℃以上5 min;现行的《抗生素瓶表冷式隧道灭菌干燥机》行业标准JB/T 20093—2007中提出, 干热灭菌的杀菌热力强度Fh (min) ≥1 365。因每个药厂的制药工艺不同, 所以每个客户单位对隧道烘箱的要求也不一样。
2.2 以符合Fh≥1 365为例计算隧道烘箱的长度
现行的《抗生素瓶表冷式隧道灭菌干燥机》行业标准JB/T 20093—2007中描述的Fh值的计算公式为:
式中T1———灭菌温度, ℃;
T0———灭菌保证温度170℃;
Z———温度变化升高的灭菌率, 去热原为54, 灭菌为20;
Δt———灭菌时间, min。
Fh值并不是一个固定值, 而是一个累加值, 一般采用0.5 min累计1次, 即每过0.5 min得到的温度值为T, 时间Δt为0.5, Z取值54。
表1为计算图, 其取温度时间间隔为1 min, Δt=1, 计算后列入表1。
从表1中可以看出:在温度低于170℃时计算的Fh值非常小几乎为0, 而温度达到300℃时累加的Fh值仅为977.1, 达到21 min时累加的Fh值为1 427.1, 这时Fh>1 365;从302℃开始降温, 在降温170℃之间的时间里同样可以计算Fh值。同时, 在22 min时累加的Fh值已经达到1 444.9, 这时Fh>1 365。所以, 在加热段运行时间, t可以确定为19 min。以50 m L模制抗生素瓶为例, 其直径为42.5 mm, 假设产量为20瓶/min, 假定隧道烘箱网带有效宽度为600 mm, 代入公式 (2) 计算所需隧道烘箱加热段的长度:
所以, 按照该灭菌工艺要求, 隧道烘箱加热段的长度应≥1 059 mm。
2.3 实例
以某些药厂编制工艺为300℃以上5 min为例, 验证隧道烘箱的长度, 即在药瓶进入隧道烘箱后瓶子升温至300℃, 然后维持5 min再降温, 参照图1药瓶升温和降温曲线图, 药瓶在隧道烘箱内需要19 min上升到300℃, 而且需要维持5 min, 所以在隧道烘箱的加热段所运行的时间最少为19+5=24 (min) , 以50 m L模制抗生素瓶为例, 其直径为42.5 mm, 假设需要产量为20瓶/min, 假设所定隧道烘箱网带有效宽度为600 mm, 带入公式 (2) 计算所需隧道烘箱加热段的长度:
所以, 按照该工艺要求, 隧道烘箱加热段的长度应≥1 338 mm。
同理, 可以按照1995年标准为350℃、5 min, 首先应知道药瓶在350℃环境下升温曲线即升温至350℃所需时间, 再按照2.2的方法带入公式 (2) 进行估算加热段长度。
3 冷却段冷却效果的估算
出瓶温度过高将导致药液灌装后变质或疫苗被杀死, 出瓶温度也应当放入隧道烘箱产能考核标准中, 尤其药瓶越大降温越难, 以图1药瓶升温和降温曲线图为例, 从300℃降温至25℃需要20 min, 时间t为20 min, 以50 m L模制抗生素瓶为例, 其直径为42.5 mm, 假设需要产量为20瓶/min, 假定隧道烘箱网带有效宽度为600 mm, 代入公式 (2) 计算出隧道烘箱冷却段的长度LL:
从50 m L药瓶的升温和降温曲线可以看出, 该瓶子降温时间要长于升温时间, 如按照Fh≥1 365的灭菌要求, 隧道烘箱的冷却段长度应大于加热段长度, 才能合理匹配。
4 结语
不同的药瓶, 瓶身的高低、瓶径的大小、瓶壁厚薄, 其升温和降温曲线都不一样。不过也有一定的规律:瓶子小且壁薄的, 容易升温和降温, 如安瓿瓶;药瓶大且壁厚, 难升温, 更难降温, 如模制瓶。如要合理选择隧道烘箱, 必须先知道药瓶在一定温度和风速的层流风中的升温和降温时间, 以该数据作为选型计算依据, 分别计算加热段的灭菌能力和冷却段的降温能力, 以确定加热段和冷却段长度, 这样才能使所选机型满足生产工艺的要求, 同时也能发挥机器的最佳性能。当然, 最终验证隧道烘箱产能是否符合设计和选型要求, 必须在一定的网带速度、压力和风速的条件下, 进行负载热穿透试验和微生物挑战试验。
摘要：针对隧道式灭菌干燥机, 结合行业标准和不同药厂的工艺要求, 进行分析和论证并提出一种可靠的长度选择方法, 以便于客户在定购隧道式灭菌干燥机时合理选配机型。
关键词：隧道式灭菌干燥机,长度,产能,升温曲线,Fh值
参考文献
[1]高云维.隧道式灭菌干燥机验证标准的探讨.机电信息, 2006 (S1)
[2]林筱华起草.JB20002.3—2004安瓿隧道式灭菌干燥机.北京:中国计划出版社, 2004