磊鑫型7.1米大型隧道窑设计与创新

一、前言隧道窑是烧结砖瓦厂最关键的设备之一，特别是在墙材革新与建筑节能工作的推动下，隧道窑的发展取得了突飞猛进的进步。2012年，在成都市墙材革新办公室的主持下，我院承担了成都市磊鑫新型建材有限公司、成都市富发新型建材有限公司和成都市桔丰山新型建材有限公司的设计任务，其中，隧道窑的设计是重中之重，不仅要相对于现有的隧道窑要有所突破，而且还要突破大断面隧道窑产量不高的瓶颈，同时还要严格执行国家的能源政策和环保节能指标。这个要求具有相当高的含金量的，为此，成都市墙改办委托四川省建材工业研究院主持，召集上述三家企业、成都利马高科、四川地财窑炉公司等有关单位的技术人员和专家，在成都市龙泉驿对我院的设计方案进行了认真的审查和征求意见，会议上专家们提出了很多宝贵的意见，会议经过整整一天的研讨，形成了最终的修改意见。所以磊鑫型7.1米大型隧道窑设计是集思广益的结果，是大家的心血共同的结晶。二、当时隧道窑主要存在的问题选择什么样的隧道窑，一直是烧结砖瓦行业关注和争论的问题，本人也曾经在十年前撰文《烧砖隧道窑的选择原则》和《大断面和中断面隧道窑，您选择哪一种？》，全面对比了当时国内隧道窑的现状和存在的问题，并得出结论，中断面隧道窑是当时性价比较好的窑型，但同时指出，大断面隧道窑肯定是今后的发展方向。问题是本应该成为砖瓦行业主力窑型的大断面隧道窑，为什么大多数企业不愿意接纳呢？根本的原因是大断面隧道窑造价高、产量低是当时的通病，使得一些有实力的砖厂在采用大断面隧道窑后，其经济效益很不理想，因此这个问题成为大断面隧道窑发展的瓶颈。突破 “造价高、产量低”的问题是大断面隧道窑发展的关键所在，成都市墙改办在组织开展磊鑫和富发项目设计的时候，把这个问题作为重中之重向我院提出了要求。按赵主任当时的话讲，“不获全胜，决不收兵”！我院在接到设计任务之后，迅速组织设计力量从源头抓起，把我院设计的各型隧道窑与国内正在运行的隧道窑进行统计分析，终于找到了产生问题的原因所在，并在此基础上进行了全面的优化设计。2012年7月31日，成都市墙改办组织有段单位和行业内的专家，对我院的设计的图纸进行了认真的评审，在广发征求意见的基础上，“磊鑫型7.1米大型隧道窑”终于诞生了。

图一、7.1米大型隧道窑评审会三、第一次在国内采用7.1米宽度规格大家知道，我国烧砖隧道窑绝大多数采用“内燃焙烧”方法生产烧结砖，这个“习惯”对我国砖瓦行业影响深远，这是我国能源结构所决定的“中国特色”，与我国烧砖以煤为主要燃料有关系，在推广利用粉煤灰、煤矸石和炉渣等工业固体废弃物的过程中，内燃烧砖发挥了积极的作用。可是国内现行的6.9米隧道窑最初是从老外那里引进来的，而老外使用的燃料是天然气和煤气，而且是“外燃焙烧”的焙烧方式，这些情况与我们的国情存在很大的差异。把国外的窑型照搬到国内来，如果不加以改进和调整，当然就出现了“水土不服”的问题，西安院湛轩业高工曾经撰文呼吁纠正这个不符合国情的规格，遗憾的是，大多数企业并不明了其中的奥秘，一套图纸互相抄袭，问题就像病毒一样被广泛传播开来，并且很长时间没有引起人们的注意。针对这个问题，我们结合内燃烧砖的实际，在考虑与6.9米隧道窑要有较好通用性的前提下，保证窑炉的运转系统（包括窑车、液压步进机、电动渡车等等）要有平滑的过渡与通用性，我们在国内首次提出了7.1米的隧道窑宽度规格，这一改进使隧道窑的通风面积提高了13%，大大改善了内燃焙烧的条件。紧接着我们修改了窑车的尺寸，针对内燃烧砖和机器人自动化码坯的要求，窑车的规格由4350毫米，减少到3750毫米，缩短长度14%。以上改进直接的效果是窑内容车量由原来的30辆增加到35辆，增加16.6%；码窑密度由原来的200块/m3增加到260块/ m3，产品容积率提高30%以上。

图二、7.1米隧道窑砖垛效果图四、与众不同的热工系统一般来讲，隧道窑的热工系统由排烟系统、余热利用系统、窑内外压力平衡系统组成，为了保证隧道窑的有效运行、提高产品的质量，通常还有空气搅拌系统、循环风平衡系统等等。显然隧道窑的热工系是至关重要的，仔细研究原有的老式6.9米隧道窑后发现，从原来的燃气为主要原料移植过来的热工系统，很难适应我国以煤为主要燃料的实际，更不适合“内燃焙烧”的操作方式，怪不得大断面隧道窑背了那么多年的“黑锅”，原来问题出在这里。经过热平衡计算，如果只利用隧道窑的冷却带余热烘干砖坯，只能提供约60%的热源，不能实现干燥-焙烧的均衡运行，否则干燥砖坯不能满足焙烧的需要而成为瓶颈，从而导致产量的下降。为此系统中考虑了预热带余热利用的问题，针对燃煤和内燃烧砖的实际，α系数（过剩空气系数）远大于燃气或燃油产生的系数，我们对整个系统的管径进行了重新设计，特别是哈风口的布局采纳了富发公司张同祥总经理的建议，由原来的只在窑车接头处设置哈风口的做法，改为在砖垛之间设置哈风口的措施，这一改进更加适合机器人码坯的实际，效果非常明显。

图三、7.1米隧道窑上的热工管道五、自动化控制系统成都磊鑫型7.1米大断面隧道窑设计起点是非常高的，除了前面所述的窑体结构和热工系统的创新与改进以外，由成都利马高科有限公司配套设计了“LM-Z砖瓦节能焙烧自动控制管理系统”，这套系统使隧道窑如虎添翼，取得了明显的节能效果。该系统由三部分组成：检测焙烧窑各点的温度、压力、风机、风闸、窑门的到位信号，组成传感部分，给焙烧工艺装上了眼睛；砖瓦焙烧专用计算机硬件和砖瓦焙烧工艺控制软件为隧道窑配备焙烧过程控制电脑；自动调风的变频风机接口、自动风闸控制接口和自动投煤装置，组成焙烧自动化的执行机构。它有三大功能：1）自动检测功能——温度、压力、状态的自动检测、显示、记录；2）焙烧工艺控制功能——温度、配风、配煤自动控制；3）生产管理功能——建立焙烧工艺标准、生产信息历史记录统计和远程网络监控管理。经过五个月的投产运行，证明这套系统运行可靠，煤耗达到到280～310大卡/kg原料的先进水平，实现了低投入高产出、低煤耗高产量的目标。

图四、LM-Z自动控制管理系统总控室六、主要技术经济指标实践证明磊鑫型7.1米大型隧道窑设计是成功的，它不仅终结了大断面隧道窑产量低的瓶颈，开创了大断面隧道窑高产量、低能耗的新纪元。磊鑫型7.1米大型隧道窑投产以后，在成都磊鑫新型建材有限公司的科学管理下管理下，产量节节升高、能耗达到小于300大卡/每公斤原料的先进水平。很快在同行中引起震动，前来参观考察的同行络绎不绝，得到业内行家们的一致赞扬。有趣的是，磊鑫型7.1米大型隧道窑投产以后，7.1米的宽度得到大家的认可，并且迅速在行业内传播开来，7.1米的宽度几乎成为新建隧道窑的标准规格。磊鑫型7.1米隧道窑的主要技术经济参数表编号项   目设计指标/达到指标采用生产工艺一次码烧1生产规模（亿块/年）1.2/1.82窑的数量（条）23窑的宽度规格（米）7.14窑的结构形式耐火板吊平顶5窑车规格（长×宽×高）3.75×7.1×0.84米6码坯层数/码坯高度14层/1.71米7每车码坯数量(标砖)13104～15000块8窑内容纳窑车数量35台9烧成周期依原料和产品而定10能耗指标（千卡/公斤原料）320/280～30011自动化监控装置LM-Z砖瓦节能焙烧自动控制管理系统12余热利用方式冷却制品热/于热带余热13年工作日330天14烧成温度（℃）950～1100七、结束语平心而论，磊鑫型7.1米大断面隧道窑的成功仅仅只是一个良好的开端，因为它还是从原来的6.9米隧道窑进过进化改进而来的，依然留有6.9米隧道窑的影子和痕迹，距离“华丽的转身”还有很多事情要做。我们下一步的工作目标是：1）彻底淘汰沿用几十年“哈风口”排烟技术，用我院最新设计的“平流排烟”技术取而代之，实现隧道窑的超大型化，进一步提高大断面隧道窑的技术经济指标；2）完善隧道窑的预干燥系统，适应高档次多品种的焙烧需要；3）提高电子计算机控制技术的水平，主要实现从监控到自动控制方向发展；4）把我院设计开发的燃气焙烧技术移植到大断面隧道窑上，适应我国能源结构由煤向洁净能源发展的变化。综上所述，磊鑫型7.1米大断面隧道窑是集体创作的结晶，为我国烧结砖行业实现节能高产做出了积极的贡献，它的成功具有很好的示范作用和意义。借此机会，感谢成都市墙改办的引领作用，感谢我们的合作伙伴成都立马高科有限公司、四川地财窑炉修建公司，感谢磊鑫、富发和桔丰山三家公司的大力支持，还要感谢四川省建材工业研究院为本项目所作出努力！