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燒結磚熱耗偏高 原因的分析  摘要：當前，燒結磚“一次碼燒”隧道窯焙燒工藝中，多采用“內燃焙燒”方式，既在原料制備過程中，就摻配原煤，或者各種含殘余發熱量的工業廢棄物，當摻配比例達到燒結所需熱量的80%時，隧道窯熱工控制較簡便，但在隧道窯投煤孔處，仍然需要添加外投煤，保證制品在焙燒中的燒結程度，實現焙燒質量好，產量高的目標。

 

但是，由于原料的化學成分和物料性能變化，成型水分增加，產品規格變化，干燥和隧道焙燒窯結構性能差異等因素，出現焙燒過程中產品熱損失和廢品率增加的情況，成為燒結磚產品熱耗偏高，不能滿足《燒結墻體材料單位產品能源消耗限額》行業標準指標的主要原因。  

 

1、某燒結磚企業概況  貴州省習水縣某燒結磚企業，采用頁巖、原煤、煤矸石、粉煤灰為主要原料，生產燒結普通磚，原生產工藝中，主要設施為16條小型隧道式干燥室干燥，36門輪窯焙燒，構成干燥焙燒的“兩次碼燒”工藝，年生產規模為5000萬塊燒結頁巖普通磚。

 

 

投產以來，由于區域建設市場條件限制，建筑墻體材料仍然以燒結普通磚為主，生產中，隧道焙燒窯生產能力一直不能達到18萬塊(折標磚）/日的預期目標，配料過程中，混合料發熱量長期維持在400千卡/kg，同時，隧道焙燒窯焙燒過程中仍然需要一定數量的外投煤，產品燒成所需發熱值達到520千卡/kg原料（含外投煤），存在燒成熱耗偏高的現象，對此現象，就生產工藝構成、產品規格和窯爐結構分析如下。    

 

 

2、工藝流程簡述    頁巖、原煤或煤矸石分別用汽車運輸入廠，儲存于簡易堆棚中備用。    頁巖、原煤或煤矸石采用裝載機分別送入板式給料機受料斗中（進料塊度控制在80mm以下），兩組分原料分別經板式給料機和箱式給料機下電子皮帶秤計量連續給料，匯合進入皮帶機，均勻喂入鄂式破碎機破碎，粗破碎后頁巖、原煤混合料進入錘式破碎機破碎，破碎后送入回轉篩進行篩分，篩上料（粗料）返回錘式破碎機，篩下料（細料）經雙軸攪拌機攪拌，送入陳化庫陳化?；旌狭辖?8～72小時的陳化，由多斗挖掘機出料送入箱式給料機中待用。  

 

箱式給料機均勻給料，經輪碾機進一步碾練補充加水，送入雙級真空擠出機，擠出的泥條由全自動切條切坯機切割成型，經過編組，機械人碼坯，碼好濕坯的窯車，在靜停段進行預干燥，隨后再進入隧道干燥窯，干燥合格的磚坯，通過擺渡車，送入焙燒隧道窯入口，經頂車機送入隧道窯，磚坯在隧道窯里經預熱、燒成、冷卻等一系列熱工過程，得到合格燒結普通磚或空心磚產品，出窯成品磚，人工轉運到成品堆場，產品經檢驗分等后出廠。  

 

隧道焙燒窯煙氣采用16號鍋爐離心風機，送入隧道干燥窯對濕坯進行干燥，廢氣再經14號軸流風機送入直徑3.0米脫硫塔進行除塵脫硫處理后排放。  雙級真空擠出機規格為60/60型，一臺碼坯機器人。  采用3.72×3.6m窯車，干燥窯和焙燒窯規格均為截面寬3.6m，長度118.8m，干燥窯和焙燒窯容車數量均為33輛。  

 

3、工藝參數  該廠頁巖原料，分布于習水縣東皇鎮羊九等地，系侏羅系地層，外觀紫紅色，硬度為普氏硬度4左右，經分析，頁巖含鋁高，水泥廠將其作為生產水泥的配料，磚廠用其生產建筑用磚。  習水羊九頁巖及煤矸石主要化學成分見表1。    

 

習水原煤，一般發熱量為27214～33494焦耳/kg（6500～8000千卡/kg），含水量2～3%、揮發份7～13%、含硫0.3～3%。    煤矸石發熱量為4180～6270焦耳/kg（1000～1500千卡/kg）。  分布于東皇、羊九等地的侏羅系地層中頁巖，經挖掘機開采后，由汽車運輸到廠，堆棚存放，與燒結磚傳統原料化學成分相比，該廠所用頁巖中，雖然二氧化硅和三氧化二鋁含量偏高，三氧化鐵含量偏低，但是該頁巖化學成分處于允許適用范圍內。  

 

該廠采用的煤矸石，發熱量達到1500～2000千卡/kg ，同樣，煤矸石中三氧化二鋁含量偏高，三氧化鐵含量偏低。   頁巖、原煤的控制配比  投產運行后的生產實踐，焙燒過程所需熱耗，頁巖、原煤配比熱耗需要滿足：熱耗：520千卡/kg原料（含外投煤）； 煤粉摻配：540千卡/kg原料；實測：510千卡/kg；    

 

產品規格    普通磚：240×115×53mm；2.5kg/塊；市場需求以燒結普通磚為主，因此計劃安排生產數量較多?？招拇u：240×115×190mm；折標磚：3.58；孔洞率：40%；密度等級：≤1000kg/m³；190塊/m³，5.26kg/塊；空心磚的生產以銷定產，生產數量較少。    

 

生產現狀  

 

機械人碼坯，3.6×3.6m窯車，普通磚濕坯采用4壓10的碼坯形式，磚垛規格為1×1米，窯車平面碼放3×3=9垛磚坯，普通磚120mm高度方向碼高14層，每車碼放濕坯容量為5040塊（普通磚），隧道焙燒窯平均產量為白班6～7車、晚班9車，合計約為15～16車，燒結磚日產量約為9萬塊左右，與18萬塊/日的預期產量目標，存在較大的差異。  

 

如果分析原料內燃摻配比例，焙燒過程所需熱耗，一直維持在520千卡/kg原料（含外投煤），遠遠超出2015年1月1日頒布實施的GB 30526-2014《燒結墻體材料單位產品能源消耗限額》行業標準指標，該標準規定了燒結墻體材料單位產品能源消耗限額的技術要求、統計范圍和計算方法、修正辦法。

 

適用于生產燒結多孔磚和多孔砌塊、燒結空心磚和空心砌塊、燒結保溫磚和保溫砌塊、燒結實心制品的能耗計算、考核，以及對新建項目的能耗控制。  該標準中單位產品能耗限定值和單位產品能耗準入值是強制性條款，強制性標準和條文，是企業生產經營的基本依據，也是用戶和相關部門評價、監督檢驗的依據。  產品生產過程中，企業只有嚴格按照標準指標組織和完成生產過程，實現依法生產經營、保障產品安全質量、降低生產消耗、促進清潔生產。  根據該標準，計算標準能耗指標見表2、3。    

 

對比表2和表3中，燒結實心制品的單位產品能耗，習水縣該企業原料內燃摻配達到520千卡/kg熱量消耗，當通過焙燒、出窯、轉運和堆碼后，其單位產品熱耗計算值，還會升高，遠遠超過燒結墻體材料單位產品能耗標準中限定值357kcal/kg（現有廠）和準入值322kcal/kg。（新建廠）。  

 

該企業原生產工藝是傳統的隧道干燥室干燥、輪窯焙燒的兩次碼燒工藝，此類工藝，控制難度較少，能耗較低，然而，技術改造后的隧道窯“一次碼燒”工藝，要實現高產量、低能耗，不僅需要嚴格控制工藝參數，還需要加強重點崗位工技術培訓，特別是對原料配比和干燥、焙燒、風機運行等崗位的技術培訓。  

 

4、燒結磚熱耗偏高原因的分析  

 

A、計量設備控制差異引起的焙燒能耗增加   頁巖電子秤與原煤電子秤的同步運行，工藝中，頁巖消耗量較高，采用裝載機給料，進入給料機和電子秤的頁巖來料量，存在斷續狀況，而原煤斗內原煤，消耗量較低，原煤進入電子秤的來料量較穩定，因此，當頁巖來料量空缺時，原煤給料仍然繼續，造成混合料內燃摻配料數量增加。

 

工藝中，兩組分物料電子秤重量計量連續配料的方式，如果不能同步控制，就會出現其中一種原料空缺，而另一種原料繼續進料的現象，內燃摻配出現誤差。  燒結磚生產工藝中內燃摻配采用的計量秤，其準確性對生產熱耗影響較大，如果煤秤出現大的正偏差，則煤量計量偏大，煤耗上升。  圖片1運行情況表明，由于原料和原煤給料不及時造成的電子秤不同步計量，誤差較大，只能通過加強崗位工管理和工藝管理，減少此類誤差，是確保燒成熱耗準確和降低燒成熱耗的基礎。  

 

B、原料化學成分中高鋁，高硅的影響  頁巖、煤矸石等燒結磚生產原料，主要由兩類氧化物構成，一類是骨架氧化物SiO2和Al2O3，另一類是溶劑氧化物Fe2O3、GaO、MgO、NaO、TiO和SO3。原料物理性能中，存在不同可塑性、收縮性、比重、燒結性、耐火度等對高溫影響等性質。

 

隨著氧化物含量不同，物理性能表現差異較大。其中，原料的燒結性，與原料中骨架氧化物SiO2和Al2O3化學成分的含量，聯系緊密，隨著SiO2和Al2O3含量提高，物料的燒結溫度提高。  原料中由于多種熔劑氧化物的存在，使得制磚原料沒有固定的熔點溫度，只有一個相當大燒結溫度范圍，隨著溫度升高，原料中液相逐漸增加而氣孔率相應地有所降低，坯體結構愈趨致密，坯體氣孔率降低、致密度提高、機械強度提高。對升高燒結溫度存在影響的氧化物，主要是SiO2和Al2O3。  SiO2有增加制品耐火度、提高燒成溫度的作用。  

 

Al2O3燒結制品具有較高力學強度，含量超過20%，燒成溫度提高。  根據該企業頁巖和煤矸石化學成分分析，該類制磚原料中屬于高硅、高鋁性質，導致生產中燒成熱耗偏高。但是，制品強度普遍較高。  

 

C、隧道焙燒窯規格及結構保溫  該企業隧道焙燒窯采用厚度120mm的重質耐火混凝土預制板、耐火葫蘆、耐熱鋼吊鉤和35號工字鋼，形成吊平頂隧道窯，高溫帶120mm耐火混凝土板上方鋪設巖棉100mm及輕質保溫混凝土60mm，厚度為160mm。窯直墻采用粘土質耐火磚砌筑，厚度為490mm。

 

支煙道采用紅磚砌筑，內寬為600mm，支煙道拱頂采用干粘土與爐渣混合填充保溫層，表面一層鋪設紅磚，支煙道墻及隧道窯外墻之間填充50mm巖棉，支煙道墻、巖棉和隧道窯外墻三者之間總的厚度約為660mm。  

 

隧道焙燒窯內寬為3.6m，長度為118.8m。隧道窯內容車數量為33輛。窯車規格，寬×長為3.72×3.6米。  進車端設置9對哈風口。煙氣由支煙道匯總到總煙道，經16號鍋爐離心風機，送入隧道干燥窯。  隧道焙燒窯結構示意圖見圖1。    

 

 

如圖所示，隧道焙燒窯采用內置煙道結構，支煙道與外直墻厚度和保溫結構較薄。生產過程中，外墻溫度超過60度，熱損失較大，降低了送入隧道干燥窯的干燥介質溫度，延長了干燥周期，產生入窯殘余水分偏高的現象，廢品率增加。  

 

參照圖片3，隧道焙燒窯邊部投煤孔位置，靠近窯直墻，使得外投煤不能落入坯垛內燃燒，燃燒效率降低，燒成熱耗增加。   參照圖片4，隧道焙燒窯煙道保溫層總厚度僅為160mm，偏薄。隧道焙燒窯要實現高產和節能，首先確保滿足保溫要求。  

 

 

D、普通磚和空心砌塊產品規格變化的影響  普通磚與空心砌塊，密度差異較大，每立方米重量相差約  500~700kg，因此，兩類制品，在焙燒過程中，能耗指標不同。

 

按照《燒結墻體材料單位產品能源消耗限額》標準中，每噸制品消耗的標準煤數量，空心砌塊單位產品能耗應高于實心制品，然而，生產實踐中，往往出現實心制品單位產品能耗超過標準要求，也比空心制品能耗要高的現象。此類現象，根本原因在于不同制品生產能力和廢品率增加，這在“一次碼燒”工藝中，最為顯著。  

 

該企業“一次碼燒”工藝技改投產后，3.72×3.6米窯車的平面上，普通磚坯垛規格為1×1米時，可以碼放3×3=9垛磚坯，容坯量為5040塊，隧道窯橫截面方向，坯垛與窯直墻形成4道縱向煙道，系統阻力較大，由于普通磚濕坯帶入窯內水分總量較高，濕坯干燥過程時間長，特別是窯車上1×1米規格的濕坯垛內部的熱煙氣阻力較大，熱交換慢、排潮困難，使得坯垛內部的坯體殘余水分要比坯垛外部坯體高。造成入窯焙燒時，燒成周期延長，內部磚坯開裂、斷磚等廢品率增加，一級品率降低。在此種條件下，單位產品能耗必然超過標準要求。  

 

生產空心砌塊時，入干燥窯濕坯水分總量大幅度降低，隧道干燥窯內熱煙氣阻力較小，濕坯干燥效果良好，殘余水分低，燒成周期短，合格品率較高，因此焙燒空心砌塊時，單位產品能耗不僅滿足標準要求，而且，能夠實現低于實心制品的單位產品能耗。  

 

因此，“一次碼燒”工藝生產產品以普通磚為主時，燒成能耗偏高現象較為常見。  不同規格產品因合格品率差異引起能耗超標，在“一次碼燒”工藝生產較為常見。

 

圖片5為普通磚，廢品率較高，而圖片6為空心砌塊，其合格品率較高，折標磚生產能力也較高。  如果自動碼坯機器人為2臺時，可將普通磚磚垛規格改為0.75×0.75米，3壓9時，可以碼放4×4=16垛磚坯，碼高13層，容坯量為5616塊，容坯數量增加，但是，隧道窯橫截面方向，坯垛與窯直墻形成5道縱向煙道，煙氣通道增加，熱煙氣阻力低，坯垛規格減小，濕坯干燥條件得到改善。此時，燒成能耗也能夠滿足標準要求。  規格為0.75×0.75米的坯垛，如果僅僅采用一臺碼坯機器人，碼坯速度較低，將制約雙級真空擠出機的生產速度。  

 

 

E、隧道窯附屬設施  該企業“一次碼燒”工藝中，隧道焙燒窯冷卻帶，設置了冷卻帶換熱水箱（見圖片7），該水箱處于長時間換熱過程，開敞式水箱保溫性能差，水溫較高時蒸發嚴重，除需要不斷補水外，水箱不斷散熱及熱水不斷吸熱，使得余熱煙氣溫度降低，影響濕坯干燥脫水，造成烘干燥后坯體殘余水分偏高。

 

筆者認為，工藝中，首先應滿足濕坯干燥所需熱量，其次才是換熱熱水的需要。因此，換熱水箱的設置，因其熱利用率比較低，實施前，需要精確計算熱水換熱所需的能耗，并且，在原料制備中的原煤摻配環節，需預先額外添加，成為單位產品熱耗偏高的因素之一。從熱利用效率評價，隧道焙燒窯應取消冷卻帶換熱水箱，以保證坯體獲得較充分的干燥。    

 

隧道干燥窯中設置14號軸流風機（見圖片8），將干燥后煙氣全部送人直徑3.0米脫硫塔，對煙氣進行污染物治理，一般而言，由于脫硫塔內除霧器的作用，14號軸流風機需要克服脫硫系統阻力達到1200Pa，而軸流風機，隨著系統阻力提高，輸送能力降低，如14號軸流風機配置的電動機偏小，則無法克服脫硫系統阻力，干燥后的高濕煙氣不能及時排出隧道干燥窯，干坯殘余水分偏高。當生產普通磚時，由于濕坯帶入水分總量較多，高濕煙氣溫度低，煙氣密度大，不利因素疊加，造成濕坯難以脫水，干燥產量下降，隧道焙燒窯進車時間延長，致使日產量減少。低產必然高耗能，從造成單位產品能耗超標。

 

F、“一次碼燒”工藝控制及協調  該企業投產后，隧道焙燒窯平均產量為白班6～7車、晚班9車，全天產量為15～16車，燒結磚日產量約為9萬塊左右。晚班產量高于白班，分析原因，認為干燥環節中，晚上干燥介質、環境溫度條件要比白天條件好，使得干燥產量提高，出車時間縮短。  

 

隧道窯“一次碼燒”工藝將干燥和焙燒緊密聯系在一起，而制磚工藝中，干燥環節中混合料的干燥特性，決定了干燥速度，而干燥產量決定燒成產量，干燥是基礎已成為燒結工藝的基本共識。干燥與焙燒相互制約相互干擾的。干燥質量和產量，與原料性能、成型工藝、干燥介質技術參數、環境溫度、干燥窯結構和干燥窯附屬設備等因素有關。

 

而焙燒過程，其燒成產量、質量和能耗，與內燃摻配比、碼窯形式、隧道焙燒窯結構、附屬設備性能和余熱利用狀況等相關。對此，“一次碼燒”干燥和焙燒工藝協調及控制，應該從生產工藝源頭抓起，包括原料選擇和配比、制備、成型、窯車轉運、卸磚等環節全過程著手，如果僅僅在干燥窯風機控制和調節著手，不能提高干燥速度和干燥質量，不能實現隧道焙燒窯的高產和低熱耗。  

 

“一次碼燒”干燥和焙燒工藝協調及控制還與生產節奏安排有關，工藝中，干燥和焙燒為三班制，因此，與此相關的成型和卸磚環節必須適應三班制節奏的需要，否則，必然對干燥和焙燒的整體運行效率造成影響，致使產量降低，熱耗提高。  

 

5、降低熱耗的措施  針對該企業“一次碼燒”工藝，為實現高產、****和低耗的目標，需要采取的綜合措施如下。  

 

A、精確的配煤及低成型水分  精準配煤，減少不同步摻配造成的過高內燃消耗，減少外投煤用量，保證干燥介質溫度。其中，避免給料及配煤的不同步摻配，是避免燒成熱耗偏高的主要措施。其次，采用較高發熱量原煤，適宜的原煤粒度，較低的原煤含水量，能夠為原煤的充分燃燒，降低原煤消耗，提高煙氣溫度，創造好的條件。  

 

燒結磚企業行話說，“一硬遮百丑”，是指低成型水分擠出成型的泥條，濕坯強度較高時，能夠避免磚坯裂紋等缺陷。低成型水分擠出能否實施，除與原料性能相關外，主要取決雙級真空擠磚機的下級結構和電動機功率，當成型水分降低，泥條密實度增加，濕坯強度提高，擠磚機下級電動機負荷增加。

 

工藝中，除了考慮較高濕坯強度要求，還需要考慮不同規格、不同孔洞率空心砌塊的成型。因此，“一次碼燒”隧道窯工藝中，應采用低成型水分擠出成型，確保濕磚坯強度要求。這也是提高合格品率，降低能耗的重要措施。  

 

B、窯爐的保溫措施和氣密性  加強窯爐保溫是降低燒成熱耗的重要手段，隧道焙燒窯外墻，窯頂保溫，應增加保溫纖維材料厚度。窯頂保溫層厚度160mm應增加到240mm并再敷設50mm厚巖棉板。窯直墻外應考慮增加保溫纖維及外墻厚度，見圖片9、10，提高外墻保溫性能，提高外墻氣密性，減少漏氣，減少熱損失。  

 

對熱工管道設置可靠保溫并定期檢查，對脫落、松動的保溫層應及時修復處理。  要加強隧道焙燒窯窯車、砂封槽、窯門等的氣密性，這些因素對窯內熱工參數穩定至關重要，也是焙燒環節中產品能耗能否達標，產品產量能否提高的關鍵。    

 

 

C、產品空心化  燒結普通磚與空心砌塊相比，產品密度每立方米相差近600kg，相同生產規模的企業，生產工藝過程需要處理的物料總量大幅度減少，隨著物料總量的減少，在生產的各環節中，人為錯誤因素會隨之減少，設備調試和運行影響因素降低，由于生產空心制品，坯體干燥條件有所改善，經干燥后殘余水分比較低，隧道焙燒窯系統阻力得以降低等，生產能力必然提高，單位產品能耗達標的潛力大。因此，產品空心化是能耗達標工作中較為有利的措施。  

 

D、節奏協調及控制  燒結磚企業生產班制中，干燥和燒成是三班制連續生產，而原料制備、成型、卸磚等，往往安排二班制生產，在“一次碼燒”工藝中，應協同處理好因班制不同而出現的矛盾。否則，產能降低。  一般而言，成型環節后設置濕坯窯車靜停和預干燥，可彌補干燥和燒成生產班制的要求。

 

成品出窯后，需要有足夠的成品窯車空車位，滿足不能及時卸磚需要。同時，還需要有一定數量的空窯車，滿足成型車間的生產安排。以干燥和燒成生產節奏為中心，協調成型和卸車，以滿足“一次碼燒”工藝的滿負荷運行。  

 

人工卸磚，勞動強度較高，人員不易穩定，流動性較大，人員時多時少，對企業生產負荷有較大影響。  總之，“一次碼燒”工藝的滿負荷運行協調，需要由生產全過程著手，這是高產量、低能耗的重要條件。  

 

E、加強干燥窯的送熱和排潮  燒結磚“一次碼燒”工藝中，最重要的環節是干燥，是實現高產低耗的基礎。因“一次碼燒”工藝特性，濕坯碼放方式決定后，不能中途改變，因此，碼坯方式必須按照焙燒工藝要求實施，但是在干燥過程中，往往坯垛阻力因素，使得內部磚坯與表面磚坯殘余水分不一致，進入焙燒后制品易開裂。為保持制品的干燥質量，不變形，不開裂，干燥均勻充分，應努力提高進入干燥窯的送熱煙氣流速，增強熱煙氣與坯體的對流傳熱。  

 

F、充分發揮隧道焙燒窯預熱帶作用  “一次碼燒”工藝的干燥特征，坯垛內外殘余水分往往不一致，使得坯體在焙燒中出現裂紋、斷磚，廢品率增加，單位產品熱耗上升。發生裂紋、斷磚等現象，出現這些問題的根本原因在于磚坯殘余水分和窯內升溫速度不一致引起。

 

因此，充分發揮隧道焙燒窯預熱帶的作用，盡可能多的使用隧道焙燒窯進車端預熱帶哈風閘，在預熱帶的有效長度內，減小坯垛橫截面溫差，讓磚坯能夠均勻升溫，避免磚坯殘余水分不一致造成的危害。  

 

6、結束語  2015年1月1日頒布實施的GB 30526-2014《燒結墻體材料單位產品能源消耗限額》，標準中單位產品能耗限定值和單位產品能耗準入值均是強制性條款，能耗達標要求已經成為燒結磚企業除大氣污染物達標排放之外的另一個重要要求，熱耗和產品重量相關，隨著合格產品產量的提高，單位產品能耗相應降低。  

 

“一次碼燒”工藝中，最重要的環節是干燥，是實現高產低耗的基礎。強調高產，必須緊緊抓住干燥這一環節。  確定好的干燥速率、介質溫度、流速與流量，從而，可以實現干燥周期短，消耗熱量少。  

 

其次，“一次碼燒”工藝中，需要圍繞隧道焙燒窯焙燒環節，進行節能降耗的工作。生產實踐經驗表明，能夠有效降低熱耗的措施，應集中在4個方面，1、物料帶走熱量；2、煙氣帶走熱量；3、窯頂窯墻向外散失熱量；4、窯車蓄積熱量。