隧道窑烧成节能--一个窑师的体会
本文刊登《砖瓦世界》杂志2014年第3期
节能降耗成为当前社会发展的主流课题，一来为响应国家的宏观规划，二也为各行业、各领域降低成本、提高效益夯实了基础。隧道窑烧成节能主要反映在燃料和电力两个方面，这两项的支出占到生产成本的35％～60％左右，这个能耗比除了因区域或来料渠道不同造成的价格因素外，还有一些企业的窑炉存在着设计构造缺陷或使用操作不到位的问题，成为砖瓦企业节能降耗道路上的绊脚石。
1窑炉
小断面与中大断面的窑炉在节能方面是无法相提并论的，主要区别在于窑墙和窑车边角处的热吸收及气密有缺陷后，造成的欠火次品比率是较高的，从而使能耗方面有着明显的差别，再加上低水平重复建设的弊端，使小断面窑炉逐渐的退出砖瓦界。
国内现有的隧道窑长度大多较短，尤其以中小企业为甚，85ｍ～110ｍ长的窑炉居多。这类窑炉不但不适宜烧制薄壁类制品，如：多空砖或瓦类，因为过短的构造使预热带升温和保温带降温均过快、过猛，温度曲线起伏幅度较大，制品出窑后裂纹、哑音、强度差等毛病严重，而且该类窑炉运行稍快一点时出窑制品的温度高达120℃～400℃之间，剩余热能被白白的浪费在窑外了。
窑墙在窑炉建造时就要做好保温工作，尤其从预热带的中部至保温带末端这段更应加强监管、精心施工。窑墙与回填土之间应安放一层6ｃｍ～８ｃｍ厚度硅酸铝纤维毡，回填土要求细碎、无大块，并且含水率在8％以内的干土为好，严禁回填些建筑垃圾、工矿废渣等物，这样易造成蜂窝状空隙，会吸收许多的热能。隧道窑在气密和保温方面与轮窑、地沟窑有着很大的差别，预热带、焙烧带、保温带、冷却带这四个部位的上下部均为空腔，只有个别的小断面窑炉窑顶上回填有土物。这两处空腔成为窑炉气密与保温的软肋，无论冷风被吸入窑内或者窑内热能的外扩散，都会造成不同程度的热消耗。一些窑炉只是片面的依靠增加内燃掺配量来弥补欠温缺陷。
窑炉的顶部空腔内应铺设珍珠岩、硅酸铝纤维毡等保温物品，厚度不能小于15ｃｍ，火眼处要密封严实，并应具有一定的耐高温、烟气熏蚀和热膨胀、凉收缩性能。该部位空间与窑顶之间的高度在28ｃｍ～40ｃｍ为妥，以便于冷却风压的顺畅流动，这对抽取余热和保护顶部水泥板有利。冷却风压的大小要逐步调试，太小了空腔内温度过高，易烧坏窑顶水泥板，窑顶操作面又热的烫脚，并且空腔内密封不严实之处在负压区往窑内渗漏凉风，正压区窑温向上冒热。风压太大了就把窑内的热能抽上来。
窑炉的底部即窑车的下部气密和保温甚至比窑顶更为重要，该处如果操作不当就会明显影响到窑炉的产能和品质优劣，能耗的大小这几个方面。窑底的气密主要靠沙封、曲封、窑车上下压力平衡这三者来完成。沙封槽砌筑的高度与车梁架之间应有12ｃｍ～15ｃｍ左右的间隙，并且沙封槽顶部的砌筑宽度要小些，这两点是确保窑车边角处减少障碍物体，增加该部位的风压力度，从而使窑内漏风现象减少或杜绝。沙槽内的沙子应以绿豆大小颗粒为好，过大或过细都会影响密封效果，沙粒的补充依靠窑顶或窑炉侧部的加沙管来完成，加沙管的内径应大于12ｃｍ，太细了容易堵塞，使用的沙粒要做过筛处理，湿沙子、含土量大的要禁用，以防在管内结块而造成堵塞。窑车上的沙封钎板要勤于检修，对于变形、卷曲的要禁止入窑，以防密封的不严实或剐塌沙封槽。
曲封设置在两侧的窑墙上，平日里要注意坯垛外凸或不牢固等原因造成的垛体倒塌，这样久了会损坏曲封。
窑内与窑下的压力平衡就是让这两处的风压大小基本一致，形成一种相等的风力对抗，达到互不串气、跑温的目的，这是关乎窑炉气密性能的重要一环。有些窑炉焙烧速度缓慢，砖垛两侧下部欠温，能耗居高不下都与此有着一定的关联。这些窑炉的问题反映在：①没有车底抽风设施。②车底风压流动的部位、风速调节的不妥。③不了解或不使用这道工序。窑下的风压在预热带、焙烧带、保温带、冷却带这四带的配需量和状态是不同的，预热带、焙烧带的抽力应大些，因为这两带的窑内抽力也较大，如果窑下的抽力小了冷风就会被吸入窑内。到了焙烧带中后部和保温带时窑内的抽力逐渐变小，大多呈现出风压减弱→微正压→正压势态，窑下向窑内漏入的冷风变少，如果窑内正压太强了甚至高温还会向窑下冒出，所以该处的窑下抽力应小些，有的还要向窑下注入冷风，以防烧坏窑车。窑下横断面的通风状态因沙槽、车轮、车梁架的布局各个窑炉不一样，造成这几个部位风力流速、流量大小也不一，大多情况下窑车中部因障碍物较少，流速会大些，抽力也会强一点，向窑内漏入的冷风就会减少或没有。但这是一种不良的现象，在窑内窑车的两侧既是炉火的边沿本身温度就低，该处又因砖垛与窑墙的间隙导致的大风降温，又有窑车边角处的气密欠缺，所以两侧就易出现欠温现象，尤其以侧下部为甚，对此应加强该部位的窑下抽力，措施如下：①在窑下检修通道内安放６～８块阻挡气流的铁板，窑车中部的铁板应略高一些，用以引导风压向两侧多流动一些。②如上所述应减少沙封槽、车轮处的障碍物，以增强该部位的抽力。③开启窑头车下的抽风设施，调节使之抽力合适，对于没有车下抽风装置的窑炉，要以调节窑内哈风风闸的办法来弥补车下风压不足的毛病，采用桥形风闸较为理想。那么怎样知晓窑内和窑下这两者的风压是否平衡一致呢？可用观察焙烧速度即底火行进的快慢和焙烧带升温、降温状况，以及从火眼观看窑车连接处缝隙火苗的走向，制品出窑后砖垛边沿、边角的色度反映，窑车的金属部位烧蚀状况等方面的情况就可以得出结论。
窑车的垫砖大多由标砖、耐火砖、和一些孔形砖砌成，垫砖上下层之间应铺设一层硅酸铝纤维毡，垫砖砌筑的厚度不可小于25ｃｍ，内部应灰浆饱满，杜绝有跑风漏气的现象。对于生产运行中损坏的垫砖边角、曲封要有专人负责修复。雨雪天气时注意别淋湿窑车垫砖，否则会对产量、制品品质、能耗造成不良影响。
2坯垛
流行于砖瓦界的俗话：“七分码，三分烧”就充分说明了码坯这道工序在窑炉运行中的重要性，尤其在全内燃焙烧的今天，坯垛的码放被更加规范化、精细化的提到议事日程上来。作业方式由人工手码逐渐向机械码制上过渡，成为推动行业升级换代的主力军之一。
“边密中稀、上密下稀”是坯垛码放的大原则，这样就可兼顾到焙烧速度、温度的合理均匀分布，恰当的节省热能等工序的协调性。垛体边沿部位的加密可以有效提高该处的火温，以弥补因窑墙吸收和边部间隙带走的热能。但如何加密？加密到什么程度为佳要以以下几点作为参考：①密码后不能影响火眼观察火情，以能看到砖垛的中下部为准则，更不能影响外投燃料的下落及错落有致的分布。②不能影响底火的火行速度，有些边沿垛体码的太密时就会阻碍热气流穿行，预热差了造成边沿部位升温缓慢。③垛体加密的宽度一般在30ｃｍ～40ｃｍ之间，太宽了会把砖垛中部火温抬升的过高。④不能破坏垛体的牢固性，边部加密后仍以垛体稳固、结实为基础，综合性能再优越的坯垛假如一触即倒了一切都是徒劳。垛体上密下稀可以强化下部的预热效果，保障拥有一定的底火火行速度，减少砖垛燃烧时差、温差等方面的作用。有条件的企业在窑车上铺设孔形垫砖，起到了下部稀码的作用，进一步优化了烧成环境。
砖瓦界有个共识，坯垛码放密度稀了就得加大内燃的掺配量，这样才能拥有一定的焙烧速度和温度；坯垛密码一点所需的内燃就会少一点，换言之坯垛恰当的密码后就能节约燃料，从而为降低能耗打下基础。人工码坯易受到个体之间技术水平、责任心的制约，使垛体规范化程度参差不齐。有些企业通过制定码坯标尺，严格制度等措施缓解了这方面的缺陷。机械码坯只要规划好窑炉断面、窑车上平面尺寸、垛体布局与构造这几处环节，坯垛在规范化方面就会好得多，它以头对头、缝对缝、工整垂直、火道通畅的良好布局为加密垛体创造了先提条件。密码后应注意以下事项：①减少或杜绝对坯块干燥的负面影响。②不能降低火行的速度。③严禁影响到温度的均匀分配、分布与循环。④仍具有可靠的牢固性。
垛体与窑墙、窑顶、窑车与窑车连接处的间隙讲究越小越好，这样就能减少多余的空间，让燃料块（内燃坯块）塞满窑炉，对提升火温和减少内燃使用量很有帮助。但因窑车在移动时砖垛会擦剐到窑墙或窑顶而倒塌，因此就留下一定的缝隙。机械码坯时垛体整体上比较整齐，只要窑墙和轨道建造尺寸的误差在要求之内，这个间隙尺寸可定在6ｃｍ左右为佳。手工码坯时垛体与窑墙的间隙应在8ｃｍ～10ｃｍ之间为佳，窑顶间隙都在10ｃｍ～12ｃｍ之间就行。顶部和边部间隙过大时不但能耗会增加，也会影响到焙烧速度，即底火的火行速度，砖垛上下、内外温差也较大，制品出窑后颜色呈现出老嫩不一的状态。坯车与坯车排放在一块时每辆车之间的垛距在12ｃｍ为妥，相距太近了垛体易相互磕碰，远了使能耗增加和在预热带时垛体预热的不均匀，在焙烧带时温度分布的也差别偏大。
3焙烧
隧道窑的焙烧模式有别于轮窑、地沟窑，各带是在固定的窑段内运行，只有在每次的装坯进车或蹲火时有一些变动，这称之为“定位”焙烧。这样各带尤其是焙烧带就有一个相对稳定的温度环境，把正在煅烧的内燃砖块放置在高温窑室内，最大限度的发挥了热能、产量、品质这三者的能动性。
在烧成中力争使用全内燃的烧成工艺，减少或不用对外投燃料的依赖。因为当内燃热值掺配的偏小时，火行速度就会不同程度的降低，窑炉的产量相应随着减少，窑温又需要一定数量的外投燃料来维持，投下的燃煤也会有一部分燃烧的不充分而造成浪费。但是热值偏高了容易烧出过火砖，应从以下几个方面预防过火砖的产生：①内掺燃料时做到掺配均匀、热值高低合适，切忌忽高忽低。应选用燃点中性的材质，低温下易燃或高温下才能燃烧的内燃材料都不太适合使用。②每天应了解、掌握入窑砖坯的热值高低，有无超高现象？如有的话落实好有几辆坯车，何时移动至焙烧带？哪个人值班？并且拿出控制高温的措施。③砖坯应做到干坯入窑，含水率越低越好，对大于8％含水率的坯块严禁入窑。实践证明干坯块可以缓解超高温度对制品造成的不良影响，偏湿的坯块会加剧高温造成的变形、裂纹程度。④哈风闸形要使用梯形或桥形的，使坯垛早先升温，内外得以充分的预热。还要有一定的风压强度，以加快热凉交换的频率，提升预热的效率。⑤坯垛码放要以边密中稀、上密下稀作为布局原则，就可以减少砖垛中下部的高温现象。⑥向窑内装入砖坯时应在火情的需要下及时进车和出窑，保持一个平稳、有节奏的焙烧进度，切忌忽快忽慢的进车和拉出制品车，这样会使温度曲线波动过大，导致预热、焙烧、保温遭受到一系列的不良影响。
窑炉在日常运行中要有一个合理的焙烧速度，过慢的速度既没有产量，还会增加热能的消耗。这是因为大多情况下砖垛在窑内上部先引燃，中部次之，下部最后燃烧，如果焙烧速度偏低的话，垛体上部、中部的内燃在预热带就被引燃，甚至达到燃烧高峰值后向低温滑落，那么被推至焙烧带后仅凭下部的内燃坯块产生的热能是无法达到合理的烧成温度。越慢的焙烧速度砖垛在进入焙烧带前消耗的热能就会越多，就会增加焙烧时的外投燃料量，或者在制坯时需要增加内燃的掺配量。
焙烧人员在操作中火温控制的平淡或略微的低（和常规比较）一些，只要把焙烧带长度延长几米或十几米，同样可以达到一个良好的烧成效果，这称之为“低温长烧”。这种烧成方法不但是种稳妥的操作模式，而且还能降低内燃的掺配值。那么具体应该降低多少温度和延长多长焙烧带为好呢？这要依情况而定，一般情况下温度可以降低25℃～35℃，焙烧带延长至15ｍ～32ｍ之间，这个数据涉及到高产与低产，快烧与蹲火等方面的情况。延长焙烧带需要一个较快的火行速度和一个保温、气密性良好的焙烧氛围，火行速度达到或超过3．6米／小时时焙烧带就可以逐渐的拉长了。风压只要能保障有强劲的火行速度就行，开启的太大会使后火降温过快，两侧易出生砖等弊病的出现。继而依靠早先坯垛合理的码放，窑炉良好的气密与保温等方面规范的操作使低温长烧得以实现。
当火温不足时就要投入一些燃料协助提高窑温，燃料可分为：油气、煤炭等物，国内常用的以煤炭居多。燃煤应选用在低温（480℃～600℃）下易燃，热值3200ｋca1／㎏以上的长火焰，颗粒度小于0．8㎝的细碎材质，并且含水率要小于10％的干煤为好。在投煤时讲究量少勤添，前火没有底火的火眼要少添或不添，后火降温严重的也要少添或不添，促使煤炭燃烧的更充分一些，减少窑车上残留的积碳。
4风机
风机在焙烧窑炉和干燥室的运作中有着极为重要的作用，使用耗电状况各企业间不尽相同。下面介绍隧道窑和隧道式干燥室节电措施：焙烧窑炉以窑炉前端的抽风机动力最大，耗电量最多，它不仅为烧成中预热、焙烧提供风压，燃烧所需的氧气外，还要兼顾为干燥室注入干燥介质－－热风。窑炉的优质、高产并不完全取决于使用了很大的风压，而在于企业有无完善的管理机制，窑炉自身设计构造是否合理和能否规范操作这几个方面。通过对干燥室各段供热风量的合理调节，就可以降低大风机的注入风压，达到一个生产与节电两不误的目的。比如：在干燥初期阶段供热量要小些，让湿坯块有个缓慢、逐渐的受温和升温过程，这对预防裂纹、塌坯都有益处。干燥中期供热量要加大一些，到了后期时坯垛只是内部含水率高些，此时已不需要太大的供热量，只需要有一定的风压强度能把热风吹送至坯垛内部就行了。可以在供热风道内安装3～5块调节风量大小的闸板，把它散布在各段之间。把处在干燥室内的供热风口进行改砌，对于供热到头﹙进湿坯端﹚类型的干燥室，干燥初期阶段的12ｍ～18ｍ之间砌筑成鸡蛋大小出风口，0．8ｍ～1．0ｍ距离远一个。吹出的热风达到20ｃｍ～35ｃｍ长度就可以了，对于供热到干燥室中段的回潮类型干燥室，供热初期2～3辆车位供热量也要小一点。干燥中后期的供热风口砌筑成宽6ｃｍ，高13ｃｍ的长方形，0．8ｍ～1．0ｍ距离远一个。供热风口在两侧部时出热风的力度应能达到干燥室断面尺寸三分之二，顶部供热时热风力度应能吹至底层砖坯就可以了。供热风道应预设3～4个检修出入口，隔段时间应察看风道内的运行状况如何，有无塌坯块或烟气中熏蚀物堵塞各个供热风口等不良现象。
干燥室的排潮风机所消耗的电能仅次于焙烧风机，应该也像焙烧风机那样安装上变频设备，一来起到节电的作用，二来使调节各段的排潮力度也变得得心应手。在干燥的初期阶段由于供热量有限，产生的潮湿气体也不会太多，所以该部位的排潮力度就要小一点，通过观察窗口测试干燥室内的相对湿度只要不超过90％的话，就不必加大该部位的抽力。干燥中期砖坯逐渐的升温，供热量又进一步的加大就会产生更多的潮湿气体，该部位排潮力度就要强一些，但只要潮气能排除就可以了，不必抽力太大。到了干燥的中后期砖坯已逐渐变干，该部位的排潮力度也可小一点，但是该部位如果正压太强，距离又长时排潮的力度就要加大一些，以防高温气体下压至窑车下面，这样一会烤坏窑车，二来窑车下面的热气流会沿着窑车底部向进坯端移动，在排潮力度强一点的地方由车缝进入干燥的早中阶段，造成局部供热量过猛、过多，易导致坯块裂纹或倒塌。那么为什么要强调干燥的各段排潮力度合适就行了呢？当然首先考虑的是最大限度的用好热能，减少或杜绝外界冷风的吸入，对提高干燥效率有着明显的作用。当排潮力度过强时外界的冷风从干燥室门、观察窗口缝隙进入内部，沿着坯垛、窑车下面流动，窑车下的冷风在抽力强的部位被吸入干燥室内，造成诸多的副作用。其次各段排潮力度合适了就自然降低了电耗。