煤矸石砖隧道窑

煤矸石砖隧道窑（精选7篇）

煤矸石砖隧道窑 篇1

引言

攀煤集团公司经过40多年的煤炭生产, 堆积的煤矸石已达1600万t, 目前每年还以150万t左右速度增加。

根据国家节能和环保要求, 攀煤集团公司于2005年对原30MW矸石电厂进行技改扩能, 建设2×135MW煤矸石发电机组, 投产后年发电15亿kWh, 利用煤矸石60余万t, 排放粉煤灰约50万t。

为解决粉煤灰排放污染环境问题, 攀煤九鼎建材公司建设一条年产6000万块粉煤灰蒸压砖生产线。蒸压粉煤灰砖生产线需要建设1套锅炉供汽系统对粉煤灰砖进行蒸压养护。原设计用2×135MW煤矸石发电机组锅炉的高温高压蒸汽通过减温减压后供蒸压砖生产线使用。但该方案蒸汽减温、减压粉煤灰蒸压砖生产线能量损失大, 浪费能源。

矸石砖隧道窑排烟温度在750℃左右, 利用矸石砖隧道窑的余热烟气通过余热锅炉生产蒸汽, 即实现了矸砖厂砖窑的余热利用, 又减少了蒸汽减温、减压造成的损失, 节约能源, 而且降低成本, 提高能源的利用效率。

矸石砖窑的余热利用有五方面作用 :一是有效地利用煤矸石隧道窑余热烟气;二是使原750℃左右的排烟温度降低至150℃左右, 减少大气热污染;三是使煤矸石砖和砖窑内的可燃物更加充分燃烧, 减少烟气中CO的含量;四是为蒸压砖生产工艺提供足够的饱和蒸汽;五是进一步提高矸石砖的质量。

1 项目的可行性分析

要保证矸石砖窑的余热能够满足生产蒸汽的需要, 必须对矸石砖坯的放热量进行分析。

1.1 砖坯的可燃物热量计算

经试验, 矸石砖中混合料热量为621kcal/kg, 根据热平衡原理, 矸石砖坯的放热量为:

Qfr=B×M×Qhh×η (1)

式中:Qfr—矸石砖坯放热量, kcal;

B—矸石砖的产量, 块;

M—每块砖质量, kg;

Qhh—单位质量混合料热量, kcal/kg;

η —放热转换效率, %。

不同产量下单位矸石砖烧成的吸热量为:

Qxr=B×M×Qsc (2)

式中:Qsc—成品砖烧成热量, 取350kcal/kg。

不同产量下成品砖带走的物理热为:

Qdz=B×M×c×t (3)

式中:c—砖的比热容, 由于砖的主要成分为SiO2和Al2O3, 取c=0.2kcal/ (kg·℃) ;

t—成品砖温度, 由于200℃以下热量无法利用, 取t=200℃。

可利用热量为:

QLy=Qfr-Qxr-Qdz (4)

不同产量下可用热量如表1所示。

1.2 蒸汽量和蒸汽热量计算

(1) 生产线蒸汽量的确定。

根据设计, 年产8000万块蒸压砖生产线, 年生产日330d, 每万块蒸压砖耗蒸汽量2t, 蒸压砖生产线小时耗蒸汽为2.02t蒸汽。

(2) 蒸汽所需热量的计算。

按设计锅炉蒸汽压力1.6MPa, 1.6MPa的饱和蒸汽温度为201℃, 焓为666.90kcal/kg, 在锅炉效率72%条件下, 生产吨饱和蒸汽所需热量为1871028kcal/h。

通过以上对矸石砖坯的放热量和对生产蒸汽所需要的热量计算, 证明在通常产量和最大产量时, 矸石砖坯放出的热量能够满足粉煤灰蒸压砖生产线的用汽需求。

2 余热利用方案

2.1 隧道窑的基本结构

矸石砖的焙烧工艺采用的是大断面双通道隧道窑, 窑体分为预热段、焙烧段和保温段。隧道窑长144.25m, 窑宽 4.6m, 窑高1.23 m, 隧道窑内可以容纳窑车33台。

2.2 矸石砖的焙烧过程

矸石砖采用一次码烧技术, 砖坯经干燥后进入隧道窑, 焙烧过程有三个阶段, 即:预热段→焙烧段→冷却段。砖坯进入隧道窑后由预热段向燃烧段移动, 在预热段砖坯温度由30℃增加到400℃以上时开始燃烧放热, 在燃烧段温度升高到1080℃。通常, 烧结温度控制在950～1100℃之间, 以保证坯体内可燃物充分放热使坯体内的硅、铝氧化物发生物理化学反应, 生成必要数量的新硅酸盐矿物, 使部分颗粒熔化成熔融的玻璃液相, 把未熔化的固体颗粒黏结起来。在冷却段矸石砖已经烧成, 通过逐渐降温使液相凝固, 使坯体形成坚硬的整体达到优良的性能制品, 在出窑时成品砖的温度在50 ℃左右。

2.3 余热的抽取

烟气的抽取原则建立在不影响矸石砖的生产工艺和质量的前提条件下。余热的抽气点设在预热段的末端和燃烧段的末端。预热段末端和燃烧段的末端抽取烟气的比例正常情况其比例约为1∶5。在预热段末端砖坯已经开始燃烧, 在此抽取烟气的目的是增加此段的氧气量, 使砖坯内的炭快速着火, 从而来控制着火时烟气抽取点间和烧砖速度, 从而控制烧砖温度, 并缩短烧结时间, 提高产品产量。燃烧段的末端矸石砖已经烧成, 在此段抽取烟气既不降低燃烧段的温度, 还能使砖的冷却速度加快, 提高生产效率, 抽取的烟气温度也能满足生产蒸汽的要求。前抽和后抽烟气的比例设有调节门, 对抽烟气的布置采用多点采气的原则, 以保证窑内温度均衡, 不影响生产工艺。

2.4 抽取烟气的热量计算

为保证抽取烟气量能够满足需要, 必须对烟气热量进行计算, 以确保项目的可靠性。抽取烟气热量:

Qy=G×Vy×ty×cy (5)

式中:Qy —产生烟气热量, kcal/h;

G—单位时间内燃料平均消耗量, kg;

Vy—烟气体积, m3/kg;

ty—烟气的平均温度, ℃;

cy—烟气的平均比热容, kcal/m3。

可回收利用烟气:

Qly=Qy (ty-tp) /ty (6)

式中:Qly—可回收余热量, kcal/h;

tp—排烟温度, ℃。

查表当tp=600℃时, cy=0.354kcal/ (m3·℃) , Vy=1.76m3/kg, 可利用烟气量如表2所示。

通过以上验算, 在通常产量和最大产量烟气余热能够满足蒸压砖生产线的供热需求。矸石砖的产量低于设计产量50%时, 烟气量不能满足蒸压砖生产线的用热量。

3 余热系统

3.1 热源参数的确定

年产8000万标块蒸压粉煤灰砖厂工艺生产所需的蒸汽为蒸汽压力1.5MPa的饱和蒸汽。考虑供热管网的压降损失最大为0.1MPa, 故锅炉余热蒸汽压力P=1.6MPa, 蒸汽温度t=201℃, 饱和蒸汽焓h=667kcal/kg。

理论产汽量如表3所示。

年产8000万标块蒸压粉煤灰砖线小时用蒸汽量为2020kg, 考虑供热系统的损失, 供汽系统的用汽负荷确定在2.5～3.0t/h。

3.2 余热利用系统

余热利用系统由余热锅炉、蒸汽管道系统和烟气系统组成。

(1) 余热锅炉热力系统。

由主蒸汽系统、锅炉给水及锅炉排污管道组成。

(2) 余热烟气抽取系统。

抽取的烟气在预热段后端和燃烧段后端, 在余热锅炉进口管前端混合, 烟气管道直径1.2m。引风机设置在余热锅炉出口之后, 抽出烟气经过余热锅炉、省煤器排烟温度降到150～170℃, 然后送到干燥窑干燥砖坯, 实现热量的循环利用。

4 粉煤灰蒸压砖产品

粉煤灰蒸压砖生产线2009年投入试生产, 产品为240mm×115mm×53mm蒸压粉煤灰砖, 质量标准执行中华人民共和国建材行业标准《粉煤灰砖》 (JC239-2001) 。经四川省产品质量检验, 各项指标全部合格。

5 效益分析

(1) 节能量。

在年产8000万标块蒸压粉煤灰砖情况下, 粉煤灰蒸压砖产品年需要蒸汽 16000t, 每吨蒸汽需要667000 kcal热量, 生产16000t蒸汽所需热量为1.0672×1010kcal。

在年产8000万标块蒸压粉煤灰砖情况下, 万块标砖汽耗2t饱和蒸汽, 年需要蒸汽16000t, 每吨蒸汽需要667000kcal热量, 如果按蒸汽锅炉热效率为80%, 生产12000吨蒸汽所需热量为1905t标准煤。

(2) 经济效益。

原煤以5000kcal/kg计算, 1905t标准煤折原2668t, 每吨原煤目前市场平均价格500元, 年节约价值133万元。

(3) 减排量。

按照节约1kg标准煤减排CO2 2.493kg计算, 年减排CO2 4749t, 减排炉渣800t。

6 结论

(1) 矸石砖隧道窑余热利用研究, 将煤矸石、粉煤灰和余热烟气资源化, 再利用, 实现了“资源→产品→再生资源”循环经济的发展模式, 符合国家产业政策和投资方向。

(2) 本课题通过对煤矸石及配料分析和热量的计算, 确定了煤矸石和其他原材料的合理配比, 既保证了为生产蒸汽提供足够的热量, 又保证了制砖质量要求, 使煤矸石资源更加科学合理地利用。

(3) 本课题通过对余热抽取点和抽气比例的研究, 使煤矸石充分燃烧放热, 保证了余热量满足生产蒸汽的要求, 也提高了产品质量和生产效率。

参考文献

[1]邓寅生, 邢学玲, 徐奉章, 等.煤炭固体废物利用与处置[M].北京:中国环境科学出版社, 2008.

[2]王学知, 白春荣, 刘义洁, 等.实用节能手册[M].北京:国防工业出版社, 1988.

煤矸石制砖隧道窑余热锅炉系统 篇2

随着煤矸石烧结砖厂的快速建设, 大量的烧结窑炉排放出的烟气余热如何利用的问题也逐渐得到了重视。综合利用煤矸石烧结砖厂窑炉烟气余热, 进行低温余热利用是贯彻落实科学发展观, 推进企业节能减排, 发展循环经济的迫切需求和可持续发展的必由之路。

由于国内对隧道窑余热利用技术的研究起步较晚, 目前国内煤矸石制砖企业的余热利用, 主要是将隧道窑产品冷却产生的热风, 通过引风机送到砖坯干燥窑, 对砖坯进行干燥, 以减少干燥窑一次能源消耗量, 使建材企业获得一定的经济效益。由于砖坯的干燥主要是蒸发原料中的水分, 利用隧道窑100℃～200℃的余热足够干燥砖坯所需热量, 所以, 在干燥之前还要通入冷风将干燥风温降到140℃左右;若直接利用隧道窑冷却带余热 (产品冷却温度200℃～800℃) 用于干燥, 则会导致干燥窑热量过剩, 不仅影响制砖质量, 同时能源损失量大, 且大大地降低余热的利用价值。

2 隧道窑余热利用锅炉系统建造内容

在保证煤矸石制砖窑炉烧结砖工艺的前提下, 充分开发利用多余的窑炉烟气热量, 是煤矸石砖厂余热锅炉开发与应用研究项目的重点。其核心内容就是应用当前先进的低温余热锅炉技术, 通过项目前期对现场相关参数的测试, 将烧结窑炉排放的烟气余热, 进行有效收集通过低温余热锅炉转化为中低压蒸汽, 在保证隧道窑正常焙烧制砖的前提下, 最大限度的收集转化利用窑炉余热, 将蒸汽送往企业生产、生活场所, 用于驱动设备做功 (发电) 及矿区职工洗浴、家属区和办公楼的集中供暖, 使煤矸石热量得到充分的利用。具体建设内容有:

2.1 制砖隧道窑预热带及冷却带烟道的改造施工

主要有隧道窑预热带和冷却带主烟道和分烟道的改造施工、阀门的制作加工、烟道内部的防腐施工以及仪表的安装等工作。

2.2 余热锅炉的研制和安装

通过项目前期对现场相关数据的调研测试, 以及周围用热情况综合考虑, 本着余热最大利用的原则, 结合制砖工艺, 对余热锅炉进行设计、制造及现场安装施工。

2.3 水处理设备的安装

通过项目前期对锅炉供水水质的化验分析, 合理设计余热锅炉系统的水处理系统, 使供水水质达到国家相关标准要求。

2.4 余热锅炉受热面防腐处理

通过项目前期对制砖原料的分析和隧道窑烟气成分的测试分析, 对其SO2对锅炉系统的腐蚀情况进行准确评估, 并选择相应的防腐材料用于锅炉受热面, 延长锅炉使用寿命。

2.5 给水自动控制和监测系统设备安装

通过自动化设备及仪表的安装, 提高给水系统自动化水平, 避免锅炉缺水干锅事故的发生, 通过监测系统自动化水平的提高可对相关参数进行实时监测分析, 降低运行人员劳动强度 (见图1) 。

3 隧道窑余热利用锅炉系统技术要点

研究并调整窑炉制砖运行工艺, 在不影响窑炉制砖工艺的情况下最大限度的将窑炉余热集中收集, 通过余热锅炉转化成中低压蒸汽, 直接应用于生产、生活用汽等。其中研究并调整窑炉制砖运行的主要工艺如下:

3.1 烟气回收系统

煤矸石多孔砖生产过程中, 砖坯的烧成是烧结工艺中最为关键的一道工序, 如果进入窑炉的冷却风量过大, 烟气带走的热量较多, 则会造成烧成后的制品出现严重的欠烧、过火和裂纹等质量问题, 直接影响产品的合格率;而如果进入窑炉的冷却风量过小, 烟气带走的热量也相应减少, 造成煤矸石制砖过程中余热利用不充分, 热量被白白排放, 而且烧成后的制品表面温度过高, 冷却时间长, 卸砖困难, 影响生产产量。

3.2 砖坯干燥系统

砖坯干燥是煤矸石制砖烧成工序的前期准备阶段, 其热源来自焙烧窑预热带或冷却带余热所形成的热烟气, 一般比较合适的温度是105℃～120℃, 如果风温过高则会容易引起砖坯表面细微裂纹, 当砖坯进入焙烧窑烧成时, 裂纹将会继续扩大, 从而造成制品裂纹。

我们通过对上述生产工艺的研究及调整, 并对烟气相关参数进行在线检测, 从而研究出了在不影响制砖工艺的情况下, 达到余热利用最大化的生产模式, 并将余热锅炉排出的烟气继续用于砖坯的干燥及物料的预热, 形成能源的梯度利用, 这也是该项目突出亮点。

4 高效余热锅炉

4.1 科学设计锅炉结构形式

在锅炉结构形式上, 根据煤矸石制砖隧道焙烧窑烟气的性质、烟气入口位置、布置形式及清灰方式, 确定选用多回程式自然循环型低温余热锅炉。鉴于煤矸石制砖隧道焙烧窑炉烟气含有大量的SO2, 但烟尘含量不高, 烟气量和烟气温度波动较大, 因此辐射冷却室宜采用II型———用扁钢焊接而成的翅片管结构 (见图2) , 这样可防止炉内SO2的渗出或外面空气漏入, 从而防止了低温硫腐蚀。

4.2 合理确定锅炉的主要运行参数

针对煤矸石含硫特点, 该项目设计余热锅炉蒸汽温度在250℃以上, 余热锅炉炉膛内温度高于烟气露点温度, 锅炉钢制炉管烟硫腐蚀非常轻微, 锅炉大修周期长, 大修费用低。

4.3 采取适宜的锅炉清灰、除尘方式

煤矸石砖厂焙烧窑烟气中烟尘含量虽然不高, 但也必须考虑锅炉积灰问题。因此, 我们在高温区灰斗的四周应用水冷对流壁遮盖, 使烟气与水冷对流壁管直接接触, 并使烟尘在灰斗中得到进一步冷却, 形成不粘结性积灰, 另外, 我们还采用较为先进的燃气电子振打式吹灰方式, 经过现场应用清灰效果明显。

4.4 锅炉防腐

根据现场检测烟气的含硫情况, 在余热锅炉相应部件采用耐腐蚀合金钢制造, 或喷涂耐高温防腐材料, 大大降低余热锅炉的检修率, 延长锅炉使用寿命;

4.5 锅炉的自动化控制

采用较为先进的仪表设备, 提高余热锅炉的自动化水平, 锅炉控制柜设计有自动上水和高低水位报警功能, 提醒司炉工向锅炉上水, 有效控制锅炉缺水干锅事故的发生。

5 余热利用系统技术创新点

由于是利用煤矸石制砖隧道窑余热生产蒸汽, 所以, 该余热锅炉技术项目与其他蒸汽生产工艺相比具有以下创新亮点:

5.1 余热锅炉设计合理, 热效率高

该余热锅炉用于煤矸石制砖隧道窑烟气管道上, 与传统锅炉相比, 无机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失, 锅炉设计合理, 厂内组装, 保温性能良好, 锅炉热效率较高, 运行后经地方质量监督部门检测, 该余热锅炉热效率达到了58%。

5.2 系统设计合理, 烟气余热回收率高

该余热锅炉系统是为煤矸石制砖隧道窑专门设计, 符合煤矸石制砖的工艺要求, 在锅炉设计和使用方面, 由于充分利用制砖工艺中的烟气热量, 与传统燃煤锅炉相比, 无燃烧系统, 仅有辐射换热装置, 减少了磨损, 延长了锅炉使用寿命。余热锅炉所排出的烟气能够满足砖坯干燥的最低需求, 达到了余热最大利用的目的, 经测算, 在余热锅炉系统应用前后, 烟气余热回收率提高了60%。

5.3 体现了“梯级利用、高质高用”的余热利用

该项目较好的将制砖工艺与余热锅炉技术巧妙融合, 在不影响制砖工艺的前提下, 遵循生产过程中产生余热、余压、余能利用“梯级利用, 高质高用”的原则, 优先把高热量余热余能用于做功、供暖, 低热量余热用于制砖物料的预热、干燥窑砖坯的烘干。

5.4 项目建设周期短、投资少, 投资回收期短, 经济效益明显

由于该余热锅炉系统有效地利用了煤矸石制砖所产生的余热, 省去了锅炉的燃烧系统, 不仅不产生粉尘污染和化学污染, 而且由于不需要消耗一次能源, 带来了直接的经济效益。由于制砖工艺中热源稳定, 并充分利用制砖设备原来的引风系统, 不需要配备鼓风机和引风机, 节约项目建设安装及运行费用, 减少余热锅炉系统维护工作量。据测算, 仅电费一项每年就可节约30余万元。若以某砖厂一台3 t余热锅炉替代一台3 t燃煤锅炉计算, 每年减少向大气排放锅炉烟尘3.75 t、SO21.42 t、炉渣固体废弃物590 t, 年可节约燃煤近3 000 t, 价值150万元。

3.5符合国家“节能减排, 保护环境”的产业政策

煤矸石多孔砖承重墙砌筑工艺 篇3

1. 工艺特点

利用煤矸石多孔转能充分节约有限的土地资源;

充分利用煤矸石废料, 变废为宝, 符合国家环保的要求;

抗风化能力强, 作为清水墙体, 可省去砌筑后抹灰、涂料等工序, 缩短工期;

减轻建筑自重, 减少砌筑砂浆用量, 降低工程投资;

增强建筑物隔热、保温、隔音等性能, 符合环保、节能方面的要求。

2. 适用范围

本工法适用于所有煤矸石多孔转承重墙体的砌筑。

3. 工艺原理

多年来, 承重墙局限于普通粘土实心砖, 随着全球环境污染的日益加剧, 能源无限制的开采所造成的能源枯竭等问题, 环保、节能已成为现代建筑追求的主题, 煤矸石多孔砖正是这一适应环保、节能要求而生产的新型墙体材料, 施工时借鉴红砖砌筑方法, 调整砂浆稠度及摊铺手法, 便能保证砌砖符合施工之俩个验收规范要求。

4. 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

基层清理、砖浇水、放线——构造柱钢筋绑扎——制备砂浆——排砖撂底——选转 (清水墙) ——立皮数杆——盘角——挂线——砌砖——勾缝 (清水墙)

4.2 操作要点

4.2.1 依据图纸设计要求, 认真复核标高、轴线尺寸, 无误后制作皮数杆。

4.2.2 对基层进行清理, 并依据图纸放出第一皮砖的轴线边线和洞口线。

4.2.3 砌筑时上下错缝, 内外搭接, 一般采用一顺一丁、梅花丁的砌筑方法, 砖柱跺不得采用包心砌法。

4.2.4 外墙第一皮砖撂底时, 一般两边山墙排丁砖, 前后纵墙排条砖, 撂底砖时依据图纸尺寸全盘考虑门窗洞口、窗间墙、垛的长度尺寸是否符合排砖模数, 必要时可将门窗位置左右适当移动, 做到合理“破缝”, 减少打转, 对清水墙面窗口要求虑砖的排列, 防止游丁走缝, 另外在排砖时, 还要考虑门窗口上边的砖墙合拢不许出现破活。

4.2.5 砌筑清水墙, 应选择棱角整齐, 无翘曲裂缝, 颜色均匀, 规格基本一致的砖, 敲击时声音清脆响亮的强度较高, 声音嘶哑的砖强度偏低。由于焙烧过火造成变色、变形, 但强度较高的砖, 可使用在不影响外观的内墙上。

4.2.6 皮数杆上的砖层厚度, 参照该砖的几何尺寸, 取实际使用砖层加灰缝的平均厚度, 皮数杆上应标明门窗口、圈梁等标高及竖向构造的变化部位, 皮数杆立在外墙转角和纵横墙交接处。

4.2.7 砌墙前应先盘角, 盘角时要认真对照皮数杆的砖层和标高, 每次盘角高度不得超过五皮砖, 对盘角的大角, 应及时进行吊靠, 如有偏差, 要及时进行修理, 大角盘好后, 检查其平整和垂直度, 如符合质量要求, 方可挂线大面积砌筑, 否则拆除重建。

4.2.8 挂线时要以皮数杆所示的每层砖高度为依据, 240及370墙砌筑时均要双面挂线, 当多人使用一根通线时, 中间应适当设置几处支线点, 小线应拉紧, 每砌一层砖都要穿线看平, 使水平灰缝均匀一致, 平直通顺。

4.2.9 砌筑时, 砖要放平, 上跟线, 下跟棱, 左右相邻要对平。铺砌时, 勿使手指或砖顶线, 做到虚线一分砌平墙。

4.2.10 灰浆摊铺的厚度要合适, 铺上砖后应做到:不亏线, 不冒线, 灰缝均匀成直线。

4.2.11 因该砖较厚, 挤揉无法保证竖缝饱满, 所以竖缝采用满刮灰浆法, 灰缝厚度控制为10mm左右, 但不应小于8mm, 也不应大于12mm。

4.2.12 砌筑清水墙应随砌随划缝, 深度宜为8～10mm, 深浅一致, 清扫干净, 混水墙应随砌随将舌头灰刮尽。

4.2.13 为了使门窗固定牢固, 提前预制175×115×90mm与240×115×90mm的砼块, 其中一部分240×115×90mm规格的砼块要预埋木砖, 用于固定木门窗, 其余的砼块用于固定其它门窗。

4.2.14 采用特制膨胀螺丝固定安装管道及电器器具。

4.2.15 砌筑留置构造柱时要留马牙槎为“三退三进”, 先退后进。

4.2.16砌筑至圈梁下时, 要用塌落度在30mm以内的c15细石砼将煤矸石多孔砖立孔封闭找平, 以防止圈梁砼漏浆, 如果标高合适, 可以将圈梁下一层砖改为机红砖砌筑。

5. 材料

5.1 煤矸石砖

5.2 水泥

32.5普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。

5.3 砂子

宜用中砂, 在使用前用5mm孔径的筛子过筛, 不得含有草根、废塑料袋等杂物, 且含泥沙量不应超过5%。

5.4 塑化剂

采用石灰膏、粉煤灰、微沫剂、岩砂浆晶等。

5.5 其它材料

240×115×90mm的砼块 (部分含木砖) ;

175×115×90mm的砼块;

墙拉筋及预埋件等。

6. 机械、机具设备

6.1 砂浆搅拌机、垂直运输机械、专用吊笼、运砖车、砂浆车、无齿切割机等。

6.2 铁锹、大铲、刨锛、现锤、托线板、小白线、2m卷尺、水平尺 (铁制或铝制) 、皮数杆、小水桶、灰槽、砖夹子、扫帚等。

7. 劳动组织及安全

7.1 劳动力组织一览表 (以一层900㎡建筑面积住宅楼为例)

7.2 作业条件

7.2.1 已按标高抹好水泥砂浆防潮层 (如为首层砌筑时) 。

7.2.2 弹好了墙身边线、轴线, 并依据砖的实际规格尺寸, 弹出了门窗洞口位置线, 办完预检手续。

7.2.3 按标高立好皮数杆, 皮数杆间距15～20mm为宜。

7.2.4 常温施工时, 砖必须在砌筑前一天浇水湿润, 含水率宜为5～10%, 冬期施工如浇水确有困难, 则必须适当加大砂浆的稠度。

7.2.5 脚手架已搭设完毕, 并经过检查, 符合安全技术的有关规定。

7.3 安全注意事项

7.3.1 架子上堆放砖高度不超过50cm (或270kg/m2) , 并不得集中堆放, 灰槽盛灰不超过2/3。.

7.3.2 工作面上的预留孔洞、沟槽要加盖盖严。

7.3.3 在操作之前, 仔细检查操作环境, 是否符合安全要求, 道路是否畅通, 机具是否牢固, 安全设施及防护用品是否齐全, 经检查符合安全要求后方可施工。

7.3.4 严禁站在砖墙上刮缝、清扫墙面或检查大角垂直等工作, 严禁在墙上行走, 禁止掏井砌砖 (即脚手板高度不准超过砌体高度, 一步架以上不准攀架上下) 。

7.3.5 砍砖要蹲在架板上, 面向墙面, 不得将砖拿得太高或面冲外, 以防碎砖掉落伤人。

8. 质量要求

8.1 原材料

8.1.1 煤矸石多孔砖:应符合GB13544～2000的要求。

8.1.2 水泥:应符合GB1344～99中32.5级标准。

8.1.3 砂:应符合GB/T14684～93中的要求。

8.2 砂浆配合比及强度必须符合设计要求。

8.3 砖砌体的转角处和交接处应同时砌筑, 严禁无可靠措施的内外墙分砌施工, 对不能同时砌筑又必须留置的临时间断处应砌成斜搓, 斜搓水平投影长度不应小于高度的2/3, 对于抗震设防6度、7度及以下地区除转角外可留直搓, 但必须做成凸搓, 并加设拉结钢筋, 数量为每120mm墙厚放1Φ6, 间距沿墙高不超过500mm, 埋入长度从留搓处每边不小于500mm, 对抗震设防6度、7度地区, 不应小于1000mm, 末端应有90°弯钩。

8.4 组砌方法应正确, 上下错缝, 内外搭砌, 砖柱、垛不得有包心砌法。

8.5 允许偏差项目见下表

9. 效益分析

9.1 适用此工法使用煤矸石多孔砖既有效地保护了土地资源, 又充分利用了煤矸石等费料, 且煤矸石多孔砖各项环保指标均符合要求, 从环保节能方面的综合效益是长远的, 是无法估量的。

9.2 与普通粘土实心砖相比, 使用煤矸石多孔砖建筑节能率可提高10%左右。

煤矸石多孔砖力学性能试验研究 篇4

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石多孔砖是以煤矸石为主要原料,经过原料粉碎,成型干燥及焙烧等工序生产而成的,具有节能、高强等特点,主要用于承重部位。煤矸石制砖既利用了其中的粘土矿物,又利用了热量,做到了“制砖不用土,烧砖不用煤”,符合我国节能减排及工业废弃物综合利用的政策,为新型墙体材料的健康发展起到积极的推动作用。

目前煤矸石多孔砖是粘土实心砖的主要替代材料,已在建筑中广泛应用。但是规范对这种新型材料的具体要求还是相当不足的,所以非常有必要对其基本力学性能进行试验。为了增加工程人员对这种新型材料的深入了解,本文经过对其进行了抗压及抗折实验,并分析了其力学性能。

2 实验装置及方法

2.1 煤矸石多孔砖的种类

本次试验采用的煤矸石多孔砖分为方孔砖和圆孔砖,其图形分别如图1和图2所示:

2.2 煤矸石多孔砖力学性能实验装置

本试验采用的煤矸石多孔砖强度等级为MU15,因其本身内伤比较大,表观微裂缝很多且分布很不平均,故此次抗压及抗折试验试件分为2组,每组10块,一组随机抽取,另一组选择表观微裂缝面积较大者。其尺寸为240 mm×115 mm×90 mm,测得煤矸石方孔砖的孔洞率为26.43%,而煤矸石圆孔砖的孔洞率为14.19%,煤矸石方孔砖的孔洞率是煤矸石圆孔砖的1.86倍。煤矸石多孔砖的抗压强度试验在5 000 kN压力机(见图3)上进行,抗剪试验是在100 kN压力机(见图4)上进行。

2.3 煤矸石多孔砖力学性能实验方法

2.3.1 煤矸石多孔砖抗压力学性能实验方案

2.3.1.1 试件制作

试件(见图5)采用坐浆法制作。将玻璃板置于制备的平台上,在其上铺一张湿的纸,纸上铺一张厚度不大于5 mm的用32.5级普通硅酸盐水泥调制成稠度适宜的水泥净浆,将水中浸泡10 min～20 min的试件将受压面平稳地坐放在水泥浆上,在另一受压面上稍施压力,连同玻璃板翻放在另一铺纸放浆的玻璃板上,进行坐浆,然后用水平尺校正好玻璃板的水平。

2.3.1.2 试验步骤

测量每个试件连接面的长、宽尺寸各两个,分别取它们的平均值,精确至1 mm。

将试件放在加压板的中间,使其垂直于受压面加荷,均匀平稳,禁止发生冲击或振动。加荷速度为2 kN/s,直至试件破坏,最后记录最大破坏荷载。

每块煤矸石多孔砖试件的抗压强度按下式计算

式中f—抗压强度,MPa;

P—记录的最大破坏荷载,N;

L—受压面的长度,mm;

B—受压面的宽度,mm。

2.3.2 煤矸石多孔砖抗折力学性能实验方案

此次试验加载形式采用三点加荷,上压辊和下压辊的直径为15 mm,下压辊两点之间的净距为200 mm,其试验步骤分别如下:

煤矸石多孔砖宽度与高度尺寸测量:宽度在煤矸石多孔砖的两个大面的中间处分别测量两个尺寸;高度在两个条面的中间处分别测量两个尺寸,分别取其算术平均值,精确到1 mm;

将煤矸石多孔砖大面平放在下支辊上,且两端面与下支辊的距离相同。当煤矸石多孔砖有裂缝或凹陷时,使有裂缝或凹陷的大面朝下。以100 N/s的速度均匀加荷,直至煤矸石多孔砖断裂,记录其最大破坏荷载P;

结果计算与评定:煤矸石多孔砖的抗折强度按(2)式计算,精确至0.1 MPa。

式中Rc—抗折强度,MPa;

P—最大破坏荷载,N;

L—跨距,mm;

B—试件宽度,mm;

H—试件高度,mm。

3 实验数据及分析

3.1 煤矸石多孔砖抗压试验数据

煤矸石方孔砖和煤矸石圆孔砖抗压试验结果分别如表1及表2所示。

3.2 煤矸石多孔砖抗折试验数据

煤矸石方孔砖和煤矸石圆孔砖抗折试验结果分别如表3及表4所示。

3.3 煤矸石多孔砖抗压及抗折试验数据分析

从表1和表2中数据可知,煤矸石随机抽取的和带裂缝的方孔砖抗压强度平均值分别为19.81 MPa、19.29 MPa,其综合平均抗压强度为19.55 MPa;煤矸石随机抽取的和带裂缝的圆孔砖的抗压强度平均值分别为23.60 MPa、21.89 MPa,其综合平均抗压强度为22.75 MPa。由此可知裂缝对煤矸石方孔砖和圆孔砖的抗压强度都有影响,但是影响不大;同时方孔砖的抗压强度小于圆孔砖的抗压强度,这是由于方孔砖的孔洞率比圆孔砖的孔洞率大,孔洞率对其强度削弱的结果。煤矸石多孔砖的孔洞率对其抗压强度还是有一定的影响的,煤矸石方孔砖的孔洞率是煤矸石圆孔砖的1.86倍,但其抗压强度平均值只达到圆孔砖的89.53%。

从表3和表4中数据可知,煤矸石随机抽取的和带裂缝的方孔砖抗折强度平均值分别为1.57 MPa、1.38 MPa,其综合平均抗折强度为1.48 MPa;煤矸石随机抽取的和带裂缝的圆孔砖的抗折强度平均值分别为3.38 MPa、2.47 MPa,其综合平均抗折强度为2.93 MPa。对此可知裂缝对煤矸石方孔砖和圆孔砖的抗折强度都有影响,带裂缝的煤矸石方孔砖的抗折强度是其抗折强度平均值的93.24%,带裂缝的煤矸石圆孔砖的抗折强度是其抗折强度平均值的84.3%。煤矸石方孔砖的抗折强度平均值只有圆孔砖的50.51%,由此可知孔洞率对煤矸石多孔砖的抗折强度的影响是非常显著得。

在多孔砖抗折强度试验中,多孔砖试件伴随着一声清脆的声响,即宣告破坏,呈现为明显的脆性特征;多孔砖试件的破坏大部分呈劈裂破坏形态,且破坏截面穿过孔洞;中间肋的数量及厚度对多孔砖抗折强度起着举足轻重的作用,此外方孔砖的孔肋及孔壁较薄,孔内角应力集中,在复合受力情况下易破碎。所以,从结构的受力角度而言,圆孔多孔砖较方孔多孔砖受力更合理,更应值得推广与应用,煤矸石多孔砖抗压及抗折试验如图6。

试验研究和工程实践表明,烧结普通砖的抗折强度与抗压强度比值相对稳定,仅用抗压强度指标足以反映出其基本力学特性,故现行的材料和应用技术标准中仅仅根据其抗压强度确定砖的强度等级。现今,多孔砖的孔型和孔的布置各式各样,孔洞率大小不等,而多孔砖的孔型、孔的布置、孔洞率的大小对多孔砖的力学性能影响较大,从多孔砖的抗折强度试验中也可以看出,即使同一强度等级的多孔砖,其抗折强度差异也很大。如若在用单一抗压强度试验统计值作为评定块体材料强度等级的依据有失科学性。为了建立起多孔砖抗折强度和抗压强度的对应关系,现引入折压比,即块材抗折强度平均值与强度等级的比值,来综合评价多孔砖的力学性能,进而确切多孔砖的强度等级。图7为多孔砖的折压比与其抗压强度平均值的对应关系。

可以看出多孔砖折压比与抗压强度关系较为离散,说明用单一抗压强度试验值作为其强度等级指标的依据有一定的片面性,且折压比随砖抗压强度平均值的增加呈下降趋势较为明显,即反映了多孔砖强度等级越高其脆性越突出的特性;在进行结构设计中,若墙体采用了强度等级满足设计要求而其抗折强度偏低的墙体材料,极有可能在砌体尚未达到使用荷载时墙体出现裂缝。尽管墙体的局部裂缝尚不危及结构的安全,但其直接影响墙体的正常使用,甚至可能会影响结构的耐久性。因此,建议采用多孔砖的抗压强度及折压比两项指标来评定多孔砖的强度等级,以便加强对多孔砖抗折强度的要求,以满足结构功能要求。

4 结论

通过实验测得煤矸石方孔砖折压比为0.0757;同时测得煤矸石圆孔砖的折压比为0.1288。由试验数据可看出煤矸石圆孔砖的抗压强度和抗折强度两项力学性能指标要优于方孔转,因此在承受较大的荷载的承重结构中宜用圆孔砖。

煤矸石多孔砖表面的微裂缝对单砖抗压强度基本没有任何影响,对其抗折强度影响比较大,使方孔砖的抗折强度降低了12.11%及圆孔砖的抗折强度降低了26.93%。建议要改进煤矸石多孔砖生产工艺,选用合适骨料配合比,尽量减少这种影响其抗折性能的微裂缝。

煤矸石方孔砖抗折试验中,受力主要靠试件的四个小肋承受压力,其面积约占整个侧面积的38.3%,这样直接导致试件抗折强度过低。建议改善孔型结构,特别是增加此种砖型中间肋的宽度或数量对提高其抗折强度有重要影响。

为了科学合理地评价煤矸石多孔砖的力学性能,建议用煤矸石多孔砖的抗压强度和折压比两项指标来确定煤矸石多孔砖的强度等级。

参考文献

[1]杨彦克,李国华,潘绍伟.建筑材料[M].西南交通大学出版社,2006(2).

[2]周士琼.建筑材料[M].中国铁通出版社,2004.

[3]黄晓明.土木工程材料[M].东南大学出版社,2001.

[4]赵述智,刘忠德.实用建筑材料实验手册[M].中国建筑工业出版社,1997.

[5]王忠德等.实用建筑材料实验手册[M].中国建筑工业出版社,2005.

[6]砖石结构设计规范(GBJ3-73)[S].中国建筑工业出版社,1973.

煤矸石砖隧道窑 篇5

煤矸石制砖生产工艺要求制砖原料的内燃发热值冬季在450 kcal/kg~500 kcal/kg, 其他季节不低于420 kcal/kg的情况下, 才能保证砖的可靠烧结。

但本项目在生产过程中, 矸石山存有大量的热值均在400 kcal/kg以下煤矸石, 不能满足制砖生产工艺的要求, 制砖时需要加入煤或其他高热值物料加以调整。严重制约了砖瓦生产并增加了生产成本。为解决低热值煤矸石砖烧成问题, 我们对原设计生产工艺进行技术改造。

2 方案的制订

2.1 烧成工艺参数

最高允许烧成温度:是指特定原料在烧成中达到该温度时不出现影响产品性能的变形或其他缺陷。它是重要的烧成工艺参数, 也是对焙烧温度的限定指标。

最高允许烧成温度的确定:是将试样在0.5 kg/cm2的荷重下产生0.5%变形软化的温度, 称为最高允许烧成温度 (加热过程中没有保温时间) 。

开始烧结温度:坯体在烧结中出现熔融并开始收缩时, 就进入烧成状态, 此时的温度可定为开始烧结温度 (砖瓦属于低温部分的烧结产品, 其开始烧结温度的定义不能等同陶瓷和耐火材料的开始烧结温度) 。

最终烧结温度:达到开始烧结温度后, 随着温度的提高收缩不断加大, 当收缩出现负增长时的温度即定为最终烧结温度。

烧成温度:生产实践中, 在开始烧结温度和最终烧结温度之间选择一个适宜的温度 (制品产生液相大约为2%或更少一点) 作为特定原料的最高允许烧成度。

确定烧成温度时要充分考虑到坯跺及窑内温度分布的不均匀性。短时间而有较高的烧成温度和长时间但略低的温度下进行的焙烧都能达到相同的烧成质量。快速烧成窑中, 则要选择较高的烧成温度 (最高允许烧成温度) 。

烧成温度范围:是指在烧成过程中, 不造成产品质量指标 (尺寸、性能) 下降的烧成温度波动范围。

2.2 烧成曲线

原料矿物成分测定及热分析试验完成之后, 并已确定了最高允许烧成温度及烧成温度范围, 此时就可以根据实际情况和经验来确定合理的烧成曲线。

烧成曲线是表示焙烧温度和焙烧时间之间关系的曲线。它包括升温、保温和冷却三个阶段 (在其概念上有区别窑炉操作中的预热、烧成、保温和冷却带的划分) 。

能在最短的烧成时间内 (烧成周期) 获得合格产品的焙烧曲线, 称为最佳烧成曲线。每一种原料均存在一个最佳烧成曲线, 但由于受窑炉结构、加热方法、码坯形式等许多因素的限制, 实际生产中很难达到最佳烧成曲线状态。只能结合生产实际确定一个合理的烧成曲线。合理烧成曲线是窑炉设计和烧成热工制度 (包括温度、压力、气氛及顶车制度等) 的主要依据。合理烧成曲线的制定关系到窑炉结构、产量与质量, 有着很重要的实际意义与经济效益。

合理升温时间的确定:升温时间是指从常温下将坯体加热到最高允许烧成温度的时间。在升温过程中, 要注意影响加热速率的三个过程, 即脱水过程、膨胀与收缩过程、可燃物的燃烧过程。

合理保温时间的确定:在烧成温度范围内, 坯体所经历最终烧成温度作用的时间, 称为保温时间。坯体必须达到的烧结程度不仅取决于烧结温度的高低, 而且还取决于烧成温度作用于坯体时间的长短。换句话说, 用较低的烧成温度和较长的保温时间完全可以达到所要求的烧结程度, 也可获得同等质量的产品。较低的烧成温度和较长的保温时间的焙烧方法的优点是:坯体中的强化反应过程进行的比较平缓, 焙烧过程容易控制。而用较高的烧成温度和较短的保温时间的焙烧方法, 虽然坯体的高温反应进行的快, 但是, 由于窑室内、坯跺间和坯体本身均存在着不均匀温度的分布状态, 这就可能因部分产品变形而报废或是降低了产品质量的等级。但是否能够采用较高烧成温度和较短保温时间的焙烧方法, 应分两种情况考虑:

一种是高石灰质含量的坯体。它的烧成温度范围在920℃~1 060℃, 因为这类坯体相反应的主要过程没有收缩, 所以, 液相形成过程中的软化作用几乎可忽略不计, 它在1 060℃以下的焙烧不存在任何问题, 但超过1 060℃时会突然出现过烧现象。这种过烧可能是在坯体内局部出现还原气氛引起的。因此, 对高石灰质坯体而言, 坯体中未燃尽的碳, 如果带入最终烧成温度范围, 就会使焙烧控制变得困难。这类坯体可采用较高烧成温度和较短保温时间的焙烧方法。

第二种是低石灰质或不含石灰质的坯体。这类坯体在最终烧结温度下的烧结伴随着熔融软化和烧结收缩的过程。由于液相出现而烧结, 坯体软化并且孔隙率减少, 从显微结构上讲, 这种坯体在高温状态下稳定性差, 特别是在坯跺荷载下, 下部的坯体极易变形。所以, 这类坯体宜采用较低的烧成温度和较长保温时间的焙烧方法。如果矿物分析发现原料中的溶剂性矿物太高时, 就应采取其他措施来防止高温的形成。

合理冷却时间的确定:烧结砖产品最终强度值和强度的均匀性取决于产品中所形成的物相和冷却速率。当制品冷却时, 特别是在573℃时, 因为α-石英相变为β-石英的同时又产生体积收缩, 这时快速冷却也会产生制品裂纹。在冷却阶段, 由于制品的冷却收缩而其内部产生了应力, 冷却速度越快, 制品内部存在的温差就越大, 也就会引发更大的应力, 这种应力可能引发制品裂纹, 导致强度的损失。当敲击有冷却裂纹的产品时, 会发出沉闷的哑音。

2.3 焙烧压力制度

焙烧压力制度是指沿隧道焙烧窑长度方向压力分布的规律。压力制度是否合理, 不仅对制品在窑内的焙烧效果产生极大的影响, 而且关系到窑炉的安全运行。隧道焙烧窑的压力制度一般是:预热带全部是负压, 而且前半部分负压大, 后半部分负压小;烧成带是正负压分布, 即烧成带前段大部分是负压, 后段小部分是正压;冷却带全部是正压。

要特别注意:零压点必须在远离最高温度车位的后面, 例如, 17#、18#车位温度最高, 则“零”压点可调到19#后面或20#车位上。这样可避免高温部位正压过大向窑顶窜火造成加煤孔铸铁管或窑顶板吊钩被烧坏。

隧道焙烧窑操作的要点之一是压力平衡, 即窑内与窑底的压力对应平衡。更确切地说, 压力平衡是指隧道焙烧窑运行时, 窑车台面上部风 (气流) 的压力与窑车台面下部风 (气流) 的压力相等, 即达到对应平衡状态。其目的是为了保证窑内的热风不能窜到窑车下面而烧坏窑车金属构件和使轴承化油。另外, 也保证窑车底部的冷风不窜到窑车台面以上而降低窑内温度。就现在流行的隧道焙烧窑结构与运行操作而言, 不可能达到理想的压力平衡状态, 只能是各处相对接近平衡状态, 为此, 我们的操作原则是:在窑底风温控制在100℃以下的正常运行情况下, 窑内压力略大于窑底压力, 以确保窑内温度正常和窑车台面周边不出欠火制品。

要特别注意窑底风温 (由设在抽窑底风管道上的温度计测出) 的变化情况, 当窑底风温过低时, 对窑车过度冷却不利于窑内升温, 也有可能发生窑底冷风窜入窑内;当窑底风温高达100℃~140℃时, 即发生窑车轴承润滑油, 更甚者会发生窑车金属砂封裙板和金属砂封槽板变形事故, 窑车无法运行而被迫停产检修。这种情况的发生, 一是窑内高温热风下窜;二是窑底抽风量不足、流量太小。

2.4 供风量

风量大小的控制是隧道焙烧窑操作的关键技术, 其关系到窑炉的产量与制品的质量。在窑温较低时, 不要盲目采取大量鼓风的操作方法。风量过大不仅不能使窑内升温, 而且会迅速降温, 造成窑内火势越来越差。

2.5 影响隧道焙烧窑烧成温度的因素

这里只提出一些不被操作者注意的两个因素。

2.5.1 燃料的产热度

为了评价燃料的品质, 令空气过剩系数α=1, 且空气和燃料的温度tf=ta=0℃, 不考虑热损失, 此时的理论燃烧温度称为产热度。

燃料的产热度tm=Qnet÷Vc (℃)

式中Qnet—低位发热量;

Vc—燃烧产物量, Nm3/kg。

燃料的发热量越高, 其产生的热量越多, 但燃烧温度是否高, 这要看燃料产生的烟气量随发热量升高而加大的情况, 当发热量增加速度与烟气量增加速度相对应时, 对燃烧温度影响不显著。

例如, 有时用发热量较高的煤矸石制备的泥料热值也很高, 但是, 在砖坯焙烧过程中, 烟囱冒大烟, 烧成的高温点较低, 甚至达不到烧成温度而出欠火砖。生产实践发现, 凡是窑炉烟囱冒大烟时, 窑炉温较低, 当排除了正常操作等原因之外, 则可考虑是否是煤矸石中所含燃料煤的产热度低的原因。这就为我们提供了查找影响窑炉烧成温度因素的另一个思路。

2.5.2 着火温度

燃烧过程的基本条件, 一是燃料的可燃物与空气的充分混合;二是着火温度。全内燃烧砖, 砖坯在焙烧窑内燃烧过程分为着火、燃烧两个阶段。着火过程是指坯体内的燃料与氧分子均匀混合后, 从开始化学反应, 温度升高达到激烈燃烧反应之前的一段过程。着火阶段是燃烧阶段的准备过程, 在着火过程中没有明显的亮光或火焰。

着火温度就是在某一具体条件下, 开始稳定燃烧的最低温度。砖坯在窑内的着火温度与坯体内燃料的性质及散热条件有关。例如, 坯体内含有不同品质的煤炭和码坯疏密程度 (码坯密度) , 另外, 实心砖坯和不同孔洞率的多孔砖坯等, 其着火温度不同。砖坯的着火温度可通过实验得出, 同一种砖型, 在同样的砖坯密度条件下, 不同的矸石或不同的煤种作掺配内燃料, 其着火温度不同。

着火温度低的砖坯, 在窑内着火速度快, 烧成带前段温度较高。这对于快速烧成是很有利的。

2.6 隧道焙烧窑热量损失

物体由带电粒子组成, 当带电粒子振动和激动时, 都能发射电磁波向空间传播。不同波长的电磁波投射到物体上可以产生不同的效应。0.4μm~40μm范围的电磁波由于其热效应特别显著, 故称为热射线, 热射线的传播过程称为热辐射。

辐射换热是指物体之间通过相互辐射和吸收进行的热量传输过程, 它与导热和对流换热有本质的区别。

因为热射线和可见光的本性相同, 所以光的传播、发射和折射定律完全可以应用到热射线上。设投射在物体上的总能量为Q, 其中一部分QA被物体吸收, 一部分QR被反射, 另一部分QD则透过物体, 即QA+QR+QD=Q, 等号两边都除以Q得

式中A=QA/Q为物体的吸收率;

R=QR/Q为物体的反射率;

D=QD/Q为物体的透射率。

显然, 物体的A、R、D之值都在0~1变化。

如物体的A=1, R=D=0, 这表明该物体能将外界投射来的辐射能全部吸收, 这种物体称为黑体。如物体的R=1, A=D=0, 表明该物体能将外界投射来的辐射能全部反射。对于反射, 可能有两种情况, 当物体表面较光滑, 其粗糙不平的尺度小于射线的波长时, 物体表面对投射辐射呈镜面反射, 入射角等于反射角, 这种物体称为镜体;反之, 当表面粗糙不平的尺度大于射线波长时, 如一般工程材料表面, 形成漫反射, 这种物体称为白体。如物体的D=1, A=R=0, 表明投射到物体上的辐射能全部透过物体, 称为透明体。

把传热过程划分为三种基本现象———导热、对流换热和辐射换热, 主要是从研究方法上考虑的, 实际上这些现象可能是同时发生的。

高温热气体通过辐射和对流方式将热量传给窑墙内表面, 再以传导传热的方式将热量由窑墙内表面传至窑墙外表面, 热量又以对流方式和辐射方式传向周围空间。

生产实际中存在两部分热损失: (1) 焙烧窑高温段辐射热损失; (2) 排烟带走的物理显热。

2.6.1 热辐射损失

焙烧窑高温段窑墙表面温度高达65℃, 采取保温措施降到35℃, 减少热损失Q1。

2.6.2 排烟带走的物理显热Q2

预热带200℃的高温烟气, 随排烟风机排入大气, 白白浪费掉, 通过改造用于干燥砖坯, 冷却带不抽取余热, 以利于焙烧窑内热场稳定。

3 方案的实施及技术措施

根据生产工艺技术及运行实际经验, 要实现低热值煤矸石制砖烧成工艺, 必须解决以下三个问题:

3.1 改善焙烧窑的焙烧带保温条件, 减少热量损失

隧道窑全长143 m, 宽6.9 m, 共35个车位, 分为预热带、焙烧带和冷却带见图1。焙烧带14#~21#共8个车位全长34.8 m, 正常温度为900℃~1 030℃, 窑顶共有22排热铸铁投煤管, 全插在窑炉吊顶盖上, 施工时虽然采取了保温措施, 在运行中经测试投煤管周边温度达65℃, 热辐射损失量大。为减少焙烧带窑顶热量损失, 结合生产实际需要, 将70个投煤管末端用耐高温材料密封, 并在焙烧带炉顶增加两层厚度为50mm标准级硅酸铝保温层 (如图2) 。这个措施实施后焙烧带窑顶温度为42℃, 环境温度下降23℃。焙烧带两侧窑墙温度为55℃, 为减少墙体热量损失, 在焙烧带 (13#~22#共10个车位全长43.5 m) , 两侧墙体采用煤矸石烧结多孔砖砌筑240 mm隔热墙, 墙体内采用厚度为100 mm珍珠岩保温层 (如图3) , 保温后墙体温度为35℃。通过对焙烧带窑顶、窑墙采取保温措施后, 降低热能损失, 提高了热效率15%左右。

3.2 优化码坯方式, 增加码坯数量, 保证能耗达到标准

在码坯方式上改变单坯交错方式, 采用双坯交错排列, 高度为十四层, 码放KP1砖 (240 mm×115 mm×90 mm尺寸见图4) 。其方式为:横向四垛, 边密中稀, 两侧为齐头, 降低隧道窑内两侧风流速度, 减少热量损失;中间为锯齿形, 三个纵向通风道间距为200 mm, 保证焙烧窑内通风良好。每辆窑车纵向码坯13排, 每排43块, 块与块间隙为30 mm, 排与排间隙为30 mm, 四排为一垛。垛与垛间隙为80 mm, 增大燃烧面积, 提高可燃成分利用率。每辆窑车砖坯总量为:7 670块× (3 900 g/块×380 kcal/kg) =47.6×106 k J, 即达到了能耗标准 (49.7×106 k J/万块) , 又提高了产量, 每月产量增加10%。

码放配砖 (175 mm×115 mm×90 mm尺寸见图5) 。其方式为:双坯交错排列, 高度为14层, 横向四垛, 边密中稀, 每垛两边加齐头, 以防尺寸小倒垛;纵向三个通风道加宽为260 mm, 保证窑内通风良好, 每辆窑车纵向码坯16排。为达到能耗标准, 最后另加一排高为10层, 四排为一垛, 两排间隙为60 mm, 垛与垛间隙为200 mm, 增大通风量, 提高可燃成分利用率。每辆窑车砖坯总发热量为:9 640块× (3 100 g/块×380 kcal/kg) =47.5×106kJ。

3.3 改造排烟及抽热系统, 保证焙烧窑预热带升温速度

调整码坯方式后, 由于坯车横向通风道间隙减小, 排烟风机抽力不足, 会造成焙烧窑预热带温度回升变缓, 直接影响进出车时间和产量。针对这一问题, 在焙烧窑冷却带进行加压通风试验, 为保证换热器正常使用, 在焙烧带27#车位窑顶加装两台5.5 k W风机, 利用抽余热支管道口加压通风, 采用原管道闸阀控制风量。通过运行测试, 焙烧窑预热带温度回升明显, 进车20 min后开始回升, 进车时间由100 min缩短为90 min。两台风机加装后, 由于距离两台换热器较近, 造成温度下降, 影响了职工澡堂用水。同时增加了耗电量, 启动时噪音较大, 砖在高温段直对风口, 急剧降温, 造成底层成品产生裂纹。根据测试结果, 要想提高焙烧窑预热带通风量, 只有在预热带采取措施, 对现有抽热、排烟管道进行技术改造。

根据各型号风机技术参数, 经现场多次研究和测算, 决定利用抽余热风机加大焙烧窑预热带抽量, 将预热带主管道与抽热管道连通, 关闭冷却带抽余热管道闸阀, 减少焙烧窑热量损失改造后的抽热管道系统见图6。预热带1#~3#管道由排烟风机排出, 4#~7#管道由抽热风机排入干燥窑烘干湿坯, 温度高低由抽热风机频率和冷风口调节, 温度为130℃左右。为防止干燥窑出口泄露有害气体, 在干燥窑16#位加装直径800 mm放射管与排烟管道连通, 安装闸阀, 调整最佳通风量。改造方案实施后, 排烟风机、抽热风机频率为40 Hz、42 Hz, 保证了焙烧窑预热带升温速度和干燥窑温度, 进车时间为90 min。

4 经济效益分析

通过调整码坯方式和抽热管道改造运行后, 低热值煤矸石 (380 kcal/kg) 可满足生产工艺要求, 节约能源, 降低成本, 资源得到充分利用。每月节约添加高热值物料费用8万元, 产量由原来330万块/月, 提高到360万块/月。KP1砖成品率为97.6%, 配砖砖成品率为99.3%。每年可节约费用:8×12=96万元。可增加产值:30万块×0.29元/块×12个月=104万元。

改造后, 增加保温墙及硅酸铝隔热层费用为近2万元, 管道投入1.8万元, 总计投入近4万元, 投入少, 效果好, 效益明显。

通过对生产工艺改造、调整, 达到了低热值煤矸石制砖烧成的目的, 经测试对比各项指标均达到标准。

5 结论

浅议煤矸石制砖原料的发热量 篇6

在煤矸石砖厂可行性研究阶段, 进行工业试验时, 往往会根据煤矸石成分确定烧成温度。在以后的生产中, 该烧成温度根据实际情况逐步调整, 调整幅度较小。控制烧成温度的关键是控制煤矸石砖原料的发热量。因现有的煤矸石开采期较长, 地质条件相差较大, 同一座煤矸石山, 因含煤量不同, 煤矸石的发热量相差较大。

为了合理利用煤矸石资源, 需根据煤矸石开采时间、地质情况划分区域, 随后对每个区域进行发热量测试。一般煤矸石因开采时间不同, 风化情况不同, 表观颜色存在差异, 可用固定建筑标记煤矸石区域划分, 以便明确不同区域煤矸石性能, 方便取料。划分区域后, 对各区域煤矸石取样化验。化验煤矸石发热量的常用仪器为量热仪, 量热仪通常采用电子点火装置, 注入氧气使实验对象充分燃烧, 通过温度传感仪测试温度升高幅度, 换算测试物发热量。量热仪使用中主要需注意以下四点:

a.点火丝、氧弹等接触点保证导电, 经常检查触点是否氧化, 避免点火失败。

b.一般量热仪都用水为介质, 尽量减少环境温度对氧弹的影响。量热仪使用一段时间后, 桶内水会因蒸发、带出等原因逐渐减少, 而水位下降会造成量热仪受环境温度影响加大, 测量数据失真。

c.一般量热仪工作温度有严格要求, 环境温度偏低或偏高, 会造成测量数据不准确, 甚至试验失败。

d.氧弹充氧是保证测试物燃烧充分。氧弹放入量热仪后, 如气泡均匀成串浮上, 说明氧弹漏气严重, 需更换密封圈, 否则会造成测试物燃烧不充分, 或点火失败。

对每个区域煤矸石发热量测定后, 进行原料配比设计。例如:A区域煤矸石发热量为600 cal/g, B区域煤矸石发热量300 cal/g, 需配制原料发热量为420 cal/g, 设A区用量为a, B区用量为b, 根据总发热量相同得:

原料需掺入粘土或页岩时, 一般设粘土或页岩发热量为0, 用量设为b, 如取A区域煤矸石配置原料, 用量为a, 同理得:

实际生产应用中, 取样时由于大块物料往往未取入实验样品中, 造成实验发热量比物料发热量高, 一般需根据经验调整, 同时在原料制备时及时取样化验, 调整原料配比。

摘要：简要叙述了煤矸石制砖原料发热量测试及原料配比, 减少实际生产中因测试失误引起原料发热量过高或过低, 减少煤矸石制砖过程中过火砖及欠火砖的产生, 从而降低次品率。其应用取得了较好的效果。

煤矸石砖隧道窑 篇7

1 干燥过程中易发生的问题及应对措施

1.1 干燥裂纹

干燥裂纹是日常生产中常见的问题, 如果不及时解决, 焙烧后会影响产品的质量。首先要了解它形成的原因, 在干燥过程中砖坯表面水分的蒸发, 使砖坯在垂直干燥面的方向上形成水分梯度, 这就必然引起内部水分的外扩散, 表面水分强烈蒸发时外层发生收缩, 毛细管的直径就缩小, 使内扩散大大降低, 当毛细孔道的水位降落到低于表面的开口时, 蒸发面就移动到砖坯的内部。当水分梯度非常大时, 在同一时间内接近砖坯表面部分收缩大, 而远离砖坯干燥的表面收缩小, 因此, 砖坯表面就形成了干燥裂纹。解决干燥裂纹首先遵循低温大风量微正压的操作原则, 尤其是干燥窑进车端温度绝对不能过高, 夏季控制在40℃～60℃之间, 冬季控制在20℃～40℃之间, 也就是绝对不能出现砖坯表面水分强烈蒸发现象;第二就是大风量:其作用一是能为砖坯干燥提供足够的热量;二是大风量能把大量的潮气及时带出干燥窑。微正压能减弱窑内气流分层, 缩小砖垛上下温差, 杜绝砖垛砖坯上干下湿。

1.2 干燥不透

所谓干燥不透, 一是因为供热温度或风量不够造成砖坯没有完全干燥;二是干燥窑形成气流分层, 坯垛上部坯体干燥得好, 下部接近窑车台面的砖坯干燥得差, 坯体的残余水分高, 有时出现远大于6%的情况。这种砖坯进入焙烧窑, 遇到较高的温度时产生炸裂纹, 严重时, 还会造成砖坯爆裂倒垛事故。解决砖坯干燥不透, 一是加强控制室监控工的责任心, 把供热风的温度控制在150℃～250℃之间, 干燥窑的进风设计是逆流式进风, 也就是说它的流动方向与砖坯运动方向相反, 即从出车端流向进车端, 一般出车端温度最高, 控制在120℃～150℃之间, 中间温度控制在90℃～100℃之间, 进车端温度不宜过高, 送风温度过高, 则容易引起砖坯表面裂纹, 一般控制在40℃～60℃之间 (夏季) 。监控工要认真观察干燥后的坯车干燥情况, 及时调整顶进风和侧进风的风量。再就是每进一车都要有温度跟踪记录, 这样发生事故的几率就大大减少, 如果出现了砖坯干燥不透的现象, 那么进焙烧窑必须有补救措施, 我公司就花了大力气改造, 在焙烧窑二道窑门内上方开了直径300 mm的3个孔与排烟主管道连接 (带有闸板) , 如果有干燥不透的坯车, 就打开上方支管的闸板, 潮气从此处进排烟管道轻易排走, 形成二次干燥, 有很好的效果。

1.3 干燥点燃

干燥点燃就是砖坯在干燥窑内温度过高 (350℃以上) 时有燃烧现象, 如果不及时调整, 砖坯在干燥窑内充分燃烧了, 会对干燥窑窑顶窑墙造成损害, 后果不堪设想。干燥窑内有燃烧现象的砖坯进入焙烧窑后, 由于它的内燃掺量低, 燃烧时温度上升却达不到烧成温度, 就形成欠火砖。杜绝干燥点燃的方法是要求监控工时刻关注干燥窑的温度变化, 如果因事故没有坯车进干燥窑时, 要及时打开供热管道的冷风口, 不要大量进热风以免点燃砖坯, 若操作失误有点燃现象, 应立即提起干燥窑出车窑门 (因高温点在出车端) , 开足排潮进冷风降温, 把损失降到最低。

2 焙烧过程中易发生的问题及应对措施

2.1 欠火砖、黑心砖

所谓欠火砖顾名思义就是由于烧成时温度没有达到烧结温度而导致没有烧结的砖。这种砖坯内的硫化物和碳化物没有完全被氧化, 导致制品抗压强度低, 遇水很容易粉化。黑心砖是没有烧透的砖, 内部有部分黑心, 这部分没有烧结的黑心严重影响砖的强度。欠火砖主要是因为砖坯的内燃热值达不到要求, 在焙烧时温度提不到设定值而后续的补救措施又没跟上所致。避免欠火砖的方法:一是在制砖混合料的热值每公斤制品控制在500 kcal左右;二是如果内燃热值没有达到合理的热值, 在焙烧高温带一定要增加投煤或木块, 利用外燃使烧成温度达到烧结温度。在码坯前若知道坯体热值低时可密码砖垛, 增加整体热量, 有利于提高焙烧温度。黑心砖产生的原因是由于中温阶段氧化气氛不足, 氧化时间短, 有机物的碳化物未被完全燃烧的缘故, 如果砖坯在中温阶段升温过快, 很快升到800℃以上时, 由于砖坯内处于还原气氛, 砖坯表面开始产生液相, 封闭了颗粒间的毛细孔, 阻碍了砖坯内碳化物充分烧掉, 从而形成了黑心, 就是高温达到1050℃时也可能出现黑心。解决方法:一是在中温段保持较强的氧化气氛和较长的时间, 使砖坯内碳化物能够充分氧化烧掉;二是尽量扩大砖坯的通风面, 砖坯的通风道要直通, 确保火路畅通。

2.2 过火砖、烧坨砖

过火砖就是焙烧过程中温度过高形成的烧熘现象。这种砖是由于混合料中掺配了过高的内燃热值, 其在高温段充分燃烧达到过高的温度, 使坯体内的氧化铁渗出表面, 表面颜色像熘铁, 虽然其抗压强度较高, 但大多数是变形砖, 因为在高温时砖坯软化, 特别是砖垛下层更容易变形弯曲, 所以过火砖大多数是不合格砖。烧坨砖形成的原因和过火砖差不多, 它是高温时间过长导致液相增多, 使整个坯垛焦成一块, 形成烧坨砖, 严重时会有大半个坯车焦成一坨, 造成大量的废砖, 并给卸窑车带来困难, 经济损失较大。避免形成过火烧坨砖, 应严格控制原料配比, 不能让内燃掺配热值超过600 kcal/kg, 一旦配比失误, 要减少窑车的码坯量, 减少总体热量, 或在高温带适当减少保温时间, 采用稀码快烧的原则。

2.3 烧成裂纹

烧成裂纹产生于焙烧窑的预热带和冷却带。烧成裂纹主要是焙烧工艺技术操作问题, 坯车进入焙烧窑时坯体内仍有残余水分, 如果在此阶段升温过快, 坯体内的水分急剧蒸发, 蒸汽体积比坯体中的水分的体积增大近百倍, 产生过热蒸汽压力, 会造成坯体开裂形成裂纹, 因此, 在进焙烧窑的第一个车位应控制在105℃左右, 而以后的5～6个车位, 就要缓慢升温。砖坯在300℃以前低温阶段主要是排出坯体的残余水分, 应缓慢升温, 慢速脱水, 有利于大量的蒸汽随烟气及时排出。冷却裂纹是制品冷却收缩时操控不好导致的裂纹, 这给制品质量带来影响, 冷却裂纹的产生主要取决于冷却速度, 这与制品的弹性性质和机械强度有关, 在中温阶段以至红热温度阶段应缓慢冷却, 这期间如果收缩大, 则裂纹几率就大。在400℃以下时虽然可快速降温, 但在230℃时因石英产生快速体积收缩, 则这时若冷却过快, 制品也会产生裂纹。进窑车要有规律, 调节支管闸板要适度, 不能忽大忽小, 否则温度落差就大, 长时间不进车或连续进车温度前后移动幅度大, 这是影响温度的主要原因。