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濕電咨詢服務(wù)： 陶經(jīng)理18332815001 張經(jīng)理18633235200
摘要：當(dāng)前，燒結(jié)磚企業(yè)隧道窯采用內(nèi)燃摻配料+外投煤（內(nèi)燃燒磚）工藝方式進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)，存在大氣污染物治理專業(yè)性難度大，持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放困難等現(xiàn)象。隨著建筑工業(yè)化的推進(jìn)和裝配式建筑的應(yīng)用，促使燒結(jié)磚生產(chǎn)企業(yè)，進(jìn)行清潔燃料天然氣替代內(nèi)燃燒磚工藝用煤的燃料結(jié)構(gòu)改革，要在原隧道焙燒窯上進(jìn)行“煤改氣”，涉及窯的結(jié)構(gòu)、燃燒形式、熱工控制及碼坯方式等方面的適應(yīng)性困擾。
關(guān)鍵詞：強(qiáng)氧化燃燒方式、熱工控制、單位產(chǎn)品能耗變化
國內(nèi)燒結(jié)磚的隧道窯焙燒工藝，基本采用摻配具有發(fā)熱值的工業(yè)廢棄物、原煤作為摻配料，在焙燒過程中，少量外投煤作補(bǔ)充，此類內(nèi)燃料+外投煤的隧道窯焙燒方式，俗稱隧道窯“內(nèi)燃燒磚”工藝。
隨著《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》、《燒結(jié)磚單位產(chǎn)品能源消耗限額》等法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的正式實(shí)施，加之燒結(jié)磚企業(yè)由于實(shí)施治理時(shí)間較短，存在著煙氣治理決策不科學(xué)、隧道窯運(yùn)行工況不穩(wěn)定、煙氣治理工藝不完善、治理效果不理想、治理運(yùn)行費(fèi)用比較高等問題，造成企業(yè)不能持續(xù)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，對(duì)此，面臨較大的大氣污染物治理壓力和無法正常生產(chǎn)的局面，對(duì)燒結(jié)磚企業(yè)而言，大氣污染物治理工作，是一項(xiàng)全新的專業(yè)性和技術(shù)性很強(qiáng)的環(huán)保科技工作，燒結(jié)磚企業(yè)缺少經(jīng)驗(yàn)、缺少技術(shù)、缺少環(huán)保技術(shù)人員等現(xiàn)實(shí)條件，迫使企業(yè)針對(duì)采用現(xiàn)有“內(nèi)燃燒磚”中，產(chǎn)生較高大氣污染物的原燃料類型，尋求清潔燃料為替代，其中，部分企業(yè)選擇了液化天然氣（LNG）氣化氣或管道天然氣作為燒磚燃料，從而大幅度降低污染物治理帶來的困擾。這是現(xiàn)有燒結(jié)磚企業(yè)在隧道焙燒窯中改用天然氣，簡稱“煤改氣”的主要原因之一。
其次，隨著建筑工業(yè)化的推進(jìn)和裝配式建筑的應(yīng)用，燒結(jié)磚生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級(jí)也勢(shì)在必行，而、提高產(chǎn)品檔次，滿足建筑工業(yè)化和裝配式建筑功能要求，在焙燒過程中，采用清潔燃料天然氣進(jìn)行燃料結(jié)構(gòu)改革，也是必要的。
1、現(xiàn)有隧道窯內(nèi)燃+外投煤焙燒方式的特征
長期以來，隧道窯均采用的是“內(nèi)燃燒磚”工藝，這種工藝已成為國內(nèi)非常成熟可靠的一種工藝模式，該工藝提供的產(chǎn)品，具有強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、吸水率適中、密實(shí)度較高、房屋隔音性能好和防火等優(yōu)點(diǎn)，確保建筑具有較高的質(zhì)量和較長的壽命，作出了較大的貢獻(xiàn)。焙燒窯“內(nèi)燃燒磚”工藝的主要特征是：
A、燃料性質(zhì)
內(nèi)燃燒磚工藝，需要事先將一定的原煤燃料或具有發(fā)熱值的工業(yè)廢棄物摻配到磚坯中，內(nèi)燃摻配比例高低不等，有摻配所需熱耗的60%，有摻配高達(dá)80%，少數(shù)磚廠采用全內(nèi)燃燒磚，內(nèi)燃摻配達(dá)到100%。
摻配比例較低的，則需要在隧道窯投煤孔外投少量原煤作為熱量補(bǔ)充，而摻配比例較高的磚坯，焙燒過程中，則基本不用外投煤即能夠完成制品燒結(jié)。因此，內(nèi)燃燒磚工藝中，產(chǎn)品具有燃料性質(zhì)，“產(chǎn)品就是燃料、燃料就是產(chǎn)品”，成為現(xiàn)有燒結(jié)磚工藝中的主要特征之一。
產(chǎn)品中含有可燃物的內(nèi)燃摻配方式，使得制品在焙燒過程中，因局部處于還原氣氛的影響，制品表面會(huì)出現(xiàn)“壓花”、內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)“黑心”等缺陷，這些成了內(nèi)燃磚的一種符號(hào)。
B、強(qiáng)氧化燃燒特性
內(nèi)燃燒磚工藝將燃料和原料混為一體，燃料在磚坯中均勻分散，“你中有我，我中有你”擠出成型后，磚坯成為一種發(fā)熱值較低的特殊“燃料”。
內(nèi)燃燒磚的燃燒過程中，由于“燃料”形態(tài)的改變，焙燒時(shí)窯內(nèi)氧化高溫，逐步由坯體表面向坯體內(nèi)部擴(kuò)散，鑒于坯體較密實(shí)，氧氣滲入坯體內(nèi)部困難，為了克服這種不利現(xiàn)象，應(yīng)采取如下兩個(gè)方面措施：
選擇合理的碼垛形式
在隧道窯內(nèi)燃燒磚工藝中，燒窯師傅常常提到“七分碼、三分燒”的口頭禪，意思就是隧道窯燒磚的產(chǎn)品質(zhì)量好壞、產(chǎn)量高低、能耗多少，與坯垛的形式有著密切聯(lián)系。燒窯師傅經(jīng)驗(yàn)證明，內(nèi)燃燒磚應(yīng)遵循“邊密中稀、上密下稀”的原則，在此原則基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整以保證截面溫度的均勻，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和低耗的目標(biāo)。
努力降低系統(tǒng)阻力
燃料的燃燒，離不開助燃空氣，內(nèi)燃燒磚所需的助燃空氣，全部由隧道窯出車端進(jìn)入，冷空氣通過冷卻帶、高溫帶和預(yù)熱帶，經(jīng)風(fēng)機(jī)送入干燥室成為干燥介質(zhì)，全窯系統(tǒng)阻力，對(duì)于煙氣的流動(dòng)影響較大，即使采用較好的碼坯方式，磚垛截面溫度不均勻的現(xiàn)象仍然難免，為此，除相鄰坯體之間留有一定間隙，相鄰坯垛之間需要留有合適的火道，以便高溫由坯體表面?zhèn)鬟f到坯體內(nèi)部。就煙氣的流動(dòng)而言，還需要克服由窯體、窯車、哈風(fēng)閘、坯垛、窯門等構(gòu)成的系統(tǒng)阻力，當(dāng)按照規(guī)定的焙燒制度進(jìn)行焙燒時(shí)，則需要高溫?zé)煔饩邆漭^強(qiáng)的動(dòng)壓。這也是隧道窯焙燒特性及“內(nèi)燃焙燒”性質(zhì)所決定的。強(qiáng)調(diào)降低系統(tǒng)阻力，成為內(nèi)燃+外投煤焙燒方式中，強(qiáng)氧化燃燒的特征之一。
C、溫度區(qū)間的移動(dòng)
現(xiàn)有的隧道窯內(nèi)燃燒磚熱工系統(tǒng)中，設(shè)置了余熱利用功能，普遍的做法，是窯內(nèi)高溫?zé)煔饨?jīng)哈風(fēng)口、支煙道、總煙道由風(fēng)機(jī)抽取，作為干燥介質(zhì)送入干燥室干燥濕坯體，經(jīng)干燥后的坯體干坯再進(jìn)入隧道焙燒窯，能夠節(jié)約干燥過程的熱量消耗。必須強(qiáng)調(diào)的是，風(fēng)機(jī)抽取窯內(nèi)煙氣時(shí)，首先要保證窯內(nèi)正常焙燒，其次才是滿足煙氣的余熱利用。應(yīng)該避免的是，當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)燃摻配波動(dòng)、外投煤過量、進(jìn)車不及時(shí)、意外停電等狀況時(shí)，窯內(nèi)溫度區(qū)間將因風(fēng)機(jī)的持續(xù)抽力作用而產(chǎn)生移動(dòng)，造成焙燒質(zhì)量下降，廢品率提高，能耗上升。
D、溫度控制的滯后
隧道窯內(nèi)燃+外投煤焙燒方式，燃燒過程與助燃空氣的風(fēng)量相關(guān)，隨著氧量愈充足，燃料燃燒愈快，窯內(nèi)火行速度也較快。然而，由于入窯坯體還有6%左右的殘余水分，此時(shí)如對(duì)窯內(nèi)溫度不加控制，坯體殘余水分脫除速度太快，坯體極易出現(xiàn)裂紋。對(duì)焙燒溫度控制的措施，一般通過調(diào)整哈風(fēng)閘、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、進(jìn)車時(shí)間等手段，這些措施的使用，只能由崗位工通過提前預(yù)判進(jìn)行，一旦超高溫度已經(jīng)形成，這些控制辦法并不能馬上奏效，調(diào)控效果滯后，使得即使同一個(gè)窯車上的產(chǎn)品，形成磚垛內(nèi)部過燒變形，而磚垛邊部欠火，形成“內(nèi)燃燒磚”焙燒過程中必須倚重看火工的現(xiàn)象，人為因素對(duì)燒成質(zhì)量的影響太重。
E、工藝控制較寬泛
隧道窯內(nèi)燃+外投煤焙燒方式，具有工藝控制較寬泛的特征，主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn)。
首先，入窯干坯殘余水分發(fā)生波動(dòng)，水分為6~8%的波動(dòng)范圍時(shí)，焙燒過程中不會(huì)出現(xiàn)控制困難，崗位工對(duì)隧道窯工況的調(diào)整比較容易。其次，生產(chǎn)負(fù)荷具有一定彈性，意味進(jìn)車時(shí)間比較靈活，提高產(chǎn)量的能力較強(qiáng)，這是“內(nèi)燃燒磚”的優(yōu)勢(shì)之一。第三，即使實(shí)際燒成曲線與預(yù)定燒成曲線的偏差較大，也不會(huì)嚴(yán)重影響焙燒質(zhì)量。
上述5點(diǎn)關(guān)于隧道窯內(nèi)燃+外投煤焙燒方式的特征描述，在燒結(jié)磚生產(chǎn)中具有一定代表性。
2、液化天然氣（LNG）與氣化氣的技術(shù)參數(shù)
天然氣是一種清潔燃料，目前國內(nèi)一般工業(yè)企業(yè)天然氣的應(yīng)用方式，一種方式為液化天然氣（LNG）+氣化站+氣化氣應(yīng)用，其次，直接取用管道天然氣。
燒結(jié)磚企業(yè)采用管道天然氣時(shí)，能夠省卻液化天然氣（LNG）氣化站的建設(shè)及管理，對(duì)管理和技術(shù)能力較為薄弱的企業(yè)，就生產(chǎn)和安全兩方面而言，較為省心，是燒結(jié)磚隧道窯“煤改氣”技術(shù)方案的首-選。
如果輸送天然氣管道敷設(shè)不到位，無法使用管輸天然氣供氣時(shí)，企業(yè)隧道窯“煤改氣”的氣源保障方案，只能采用建設(shè)液化天然氣（LNG）氣化站“低溫存儲(chǔ)、常溫使用”的方式，氣化站建設(shè)周期短，能迅速滿足企業(yè)用氣要求，成為企業(yè)固定供氣設(shè)施或管輸天然氣到達(dá)前的過渡供氣設(shè)施。
圖1、2為貴州省某燒結(jié)磚企業(yè)與燃?xì)夤竟餐ㄔO(shè)的自備液化天然氣氣化站，液化天然氣（LNG）采用專用槽車運(yùn)輸。
資料介紹，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，液化天然氣（LNG）和天然氣的技術(shù)參數(shù)如下。
LNG單位換算：
LNG密度（430Kg/m³）是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的625倍，即1m³LNG可氣化成625m³天然氣。
（1m³LNG=0.45噸LNG，即1噸LNG=2.2m³LNG），故1噸LNG可氣化為1375m³天然氣。
LNG儲(chǔ)罐：
50m³儲(chǔ)罐=50m³*0.45噸=22.5噸 ，
可存儲(chǔ)：22.5噸*1375m³=30938m³天然氣。
1㎏ LNG≈1.4-1.5m³ 天然氣；
1㎏ LNG≈1.33L 柴油；
1㎏ LNG≈1.63L 汽油；
1m³ LNG可氣化600-625m³ 天然氣；
1m³ LNG的質(zhì)量≈430-470㎏。
1L LNG=0.001m³ LNG≈0.6-0.625m³ 天然氣；
1L LNG=0.001m³ LNG,其質(zhì)量≈0.43-0.47㎏
1m³ 天然氣≈0.7256㎏ LNG
1m³ 天然氣 折0.65-0.75公斤
據(jù)估算，滿足年產(chǎn)8000萬塊（折標(biāo)磚）燒結(jié)頁巖空心磚生產(chǎn)線“煤改氣”所需氣源用量的液化天然氣氣化站，設(shè)備及安裝投資（不含土建費(fèi)用）約120~140萬元。
3、隧道焙燒窯“煤改氣”的實(shí)踐
2017年5月，貴州省某燒結(jié)磚廠，采用內(nèi)燃摻配料+外投煤（內(nèi)
燃燒磚）工藝方式進(jìn)行燒結(jié)磚生產(chǎn)，主要原料為頁巖，內(nèi)燃摻配料品種為鍋爐渣、泥煤、煤矸石等，由于該地區(qū)原煤含硫量較高，使得鍋爐渣、泥煤、煤矸石等摻配料的二氧化硫含量相應(yīng)偏高，生產(chǎn)中，即便對(duì)大氣污染物治理采用全生產(chǎn)過程管理模式，但達(dá)標(biāo)排放不能持續(xù)穩(wěn)定，生產(chǎn)不能穩(wěn)定進(jìn)行。企業(yè)*終確定改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，經(jīng)過與燃?xì)夤緟f(xié)調(diào)，決定采用天然氣替代“內(nèi)燃摻配料+外投煤”，并對(duì)隧道焙燒窯的外投煤系統(tǒng)進(jìn)行“煤改氣”的技術(shù)改造，隧道窯改用氣燒。
3.1磚廠概況
該長，年生產(chǎn)規(guī)模為8000~10000萬塊（折標(biāo)磚）燒結(jié)頁巖空心磚，生產(chǎn)線工藝流程及技術(shù)參數(shù)如下。
該生產(chǎn)線采用“一次碼燒內(nèi)燃燒磚”工藝，生產(chǎn)配比為頁巖：泥煤：煤渣=76：5：19，磚坯發(fā)熱值達(dá)到280∽320kCal/kg，摻配比例能夠保證成品的單位產(chǎn)品能源消耗滿足標(biāo)準(zhǔn)限額要求。
該長的生產(chǎn)線中有內(nèi)寬4.8米、長度90米隧道干燥窯2條，內(nèi)寬4.8米、長度132.6米吊平頂隧道焙燒窯2條（雙通道窯）。隧道焙燒窯為內(nèi)置煙道，進(jìn)車端設(shè)置哈風(fēng)口9對(duì)、出車端設(shè)置哈風(fēng)口8對(duì)，預(yù)熱帶第11車位至高溫帶末端第23車位，共設(shè)置36排投煤孔計(jì)144個(gè)，排間距為1250mm，投煤孔區(qū)間距離約為43米，12個(gè)車位。全窯窯車容車量為34輛。
隧道焙燒窯煙氣由2臺(tái)18號(hào)離心風(fēng)機(jī)將全部煙氣送人干燥隧道窯，熱交換后，再經(jīng)2臺(tái)20號(hào)離心風(fēng)機(jī)抽至總道匯合后送人50米煙囪底部脫硫系統(tǒng)，除塵脫硫和除霧后經(jīng)煙囪出口排放。
脫硫采用鈉鈣“雙堿法”
3.2隧道焙燒窯“煤改氣”內(nèi)容
內(nèi)容有：液化天然氣（LNG）氣化站和隧道窯燃?xì)庀到y(tǒng)建設(shè)兩部分。
液化天然氣（LNG）氣化站的建設(shè)，依靠燃?xì)夤疚杏匈Y質(zhì)單位承擔(dān)氣化站設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)規(guī)范為：GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，氣化站見圖1、圖2，一般流程如下。
槽車將液化天然氣（LNG）送至氣化站內(nèi)低溫儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)由儲(chǔ)罐外排時(shí)，先通過儲(chǔ)罐的自增壓系統(tǒng)，使儲(chǔ)罐壓力升高，然后打開儲(chǔ)罐液相出口閥，通過壓力差將儲(chǔ)罐內(nèi)的（LNG）送至空溫式氣化器，氣化器出口的天然氣溫度如低于5℃時(shí)，需在出口串聯(lián)水浴式加熱器，對(duì)氣化后的天然氣進(jìn)行加熱。再經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭等工序后送入窯爐用氣管網(wǎng)。
隧道窯外燃天然氣燃燒系統(tǒng)建設(shè)，主要由窯爐公司承擔(dān)。
本次隧道焙燒窯燃?xì)庀到y(tǒng)改造，根據(jù)焙燒曲線、現(xiàn)有4.8米×3.9米窯車規(guī)格、碼坯方式為4垛×3排時(shí)，系統(tǒng)改造中取消原投煤孔布置形式，窯面天然氣燒嘴改為每排5個(gè)，磚垛排橫向間距則分別為300mm，燒嘴每排間距為1300mm。燒嘴數(shù)量共計(jì)180個(gè)，區(qū)間長度為45米，窯車車位11.5輛，由進(jìn)車端第8車位開始布置，截止在高溫帶末端的第20車位。隧道焙燒窯為雙通道聯(lián)體窯，兩側(cè)墻未考慮設(shè)置燒嘴。
燒嘴口增加碳化硅保護(hù)，預(yù)防高溫返火對(duì)燒嘴的損害。
每個(gè)燒嘴配置助燃空氣管道閥，與天然氣進(jìn)行配合，以便調(diào)整火焰溫度和燃燒強(qiáng)度。
燃燒系統(tǒng)設(shè)置熱電偶、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥、助燃空氣高壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)不同區(qū)域溫度要求，將燒嘴布置分為18個(gè)區(qū)域，通過設(shè)置熱電偶監(jiān)測(cè)窯內(nèi)溫度，同步調(diào)整18個(gè)區(qū)域內(nèi)天然氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制燃燒系統(tǒng)，確保各區(qū)域窯內(nèi)溫度，與既定的溫度曲線一致。
隧道焙燒窯冷卻帶未進(jìn)行改造，沿用原熱工控制裝置。換熱后余熱煙氣經(jīng)哈風(fēng)閘、支煙道匯入總煙道由18號(hào)離心風(fēng)機(jī)，送往干燥窯。
3.3隧道焙燒窯“煤改氣”后的生產(chǎn)
2017年7月，該燒結(jié)磚廠完成隧道焙燒窯“煤改氣”工作，經(jīng)燃?xì)鈿饣竞腿紵到y(tǒng)的調(diào)試，開始隧道窯點(diǎn)火，由于生產(chǎn)線停產(chǎn)時(shí)遺留的干坯及陳化庫內(nèi)原料還保留內(nèi)燃燒磚時(shí)的內(nèi)燃摻配比例，每塊磚坯發(fā)熱值達(dá)到280~320kcal/kg，滿足能耗限額標(biāo)準(zhǔn)要求。
采用常規(guī)的大灶車，點(diǎn)火過程中，兼顧隧道窯的烘窯程序，烘窯后，進(jìn)車焙燒，產(chǎn)品見圖5。
圖5顯示，4.8米×3.9米窯車的碼坯方式，依然采用原內(nèi)燃焙燒時(shí)的4垛×3排形式，垛、排之間保留縱向和橫向的煙氣通道，進(jìn)車后，存在邊火眼火焰直接沖燒坯垛頂坯的現(xiàn)象，造成制品過燒。
由于坯體內(nèi)仍然具有熱值，因而，目前的生產(chǎn)過程控制及產(chǎn)品，還不能反映隧道窯用天然氣外燃焙燒的真實(shí)情況，不過，該廠的“煤改氣”的實(shí)踐，可以為其他燒結(jié)磚廠“煤改氣”的工作積累經(jīng)驗(yàn)。
4、“煤改氣”的相關(guān)工藝條件分析
傳統(tǒng)隧道窯內(nèi)燃焙燒及煙氣余熱干燥系統(tǒng)，是建立在內(nèi)燃摻配料+外投煤（內(nèi)燃燒磚）基礎(chǔ)上。 “煤改氣”后“內(nèi)燃燒轉(zhuǎn)”變“外燃燒磚”，固體燃料變氣體燃料。為了適應(yīng)這一變化，在窯爐結(jié)構(gòu)、碼坯形式等方面應(yīng)作出必要的改變和調(diào)整。
A、生產(chǎn)空心砌塊
眾所周知產(chǎn)品密度等級(jí)不同，生產(chǎn)能耗不同。如天然氣熱值為9000千卡/m3，生產(chǎn)不同密度產(chǎn)品，隧道窯焙燒消耗的燃?xì)饬坑?jì)算如下。
此時(shí)，每立方米800kg密度等級(jí)的產(chǎn)品，天然氣消耗量約31.1m3。而每立方米1100kg密度等級(jí)的產(chǎn)品，天然氣消耗量約42.8m3。每立方米密度相差300kg，燃?xì)庀南嗖?1.7m³。
參考貴州省2017年9月天然氣市場(chǎng)價(jià)調(diào)整，屬于省級(jí)定價(jià)區(qū)域的貴陽市城區(qū)及與其共用同一配氣管網(wǎng)區(qū)域的非居民用氣*高銷售價(jià)格從2.98元/立方米降為2.86元/立方米。
如果天然氣價(jià)格按照2.86元/立方米計(jì)算，800kg和1100kg兩種密度等級(jí)的每立方米產(chǎn)品天然氣費(fèi)用，分別是88.95元和122.41元，兩者費(fèi)用相差33.46元。
年產(chǎn)22萬m³燒結(jié)空心砌塊生產(chǎn)線，僅制品焙燒天然氣費(fèi)用將達(dá)到1956.9萬元或2693.02萬元，因密度等級(jí)不同，兩者相差736.12萬元，燃?xì)赓M(fèi)用增加部分，對(duì)于產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭影響巨大。
隧道窯焙燒的“煤改氣”工藝方式，如果繼續(xù)生產(chǎn)墻體材料，必須實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品完全空心化、低密度和大規(guī)格，從而降低燃?xì)赓M(fèi)用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品價(jià)格和市場(chǎng)競爭力。否則，如果仍然選擇生產(chǎn)普通空心磚，則高昂的燃?xì)赓M(fèi)用將難以維繼。具有裝飾功能的燒結(jié)磚，由于市場(chǎng)價(jià)格比普通磚高很多，隧道窯焙燒“煤改氣”后，燃?xì)赓M(fèi)用增加部分，可以通過產(chǎn)品利潤提高、脫硫系統(tǒng)費(fèi)用降低、工藝自動(dòng)化程度提高、崗位工人員減少等成本降低而得到補(bǔ)償，因此隧道窯“煤改氣”焙燒裝飾功能的墻體材料，是可行的。但是，需要著重考慮裝飾制品的顏色、強(qiáng)度、不變形、不泛霜等裝飾功能要求。不僅對(duì)燃?xì)飧G爐進(jìn)行改造，同時(shí)需要對(duì)原料的配料及工藝控制參數(shù)進(jìn)行完善。
B、低成型水分
在生產(chǎn)工藝中，濕坯干燥是必不可少的環(huán)節(jié)，對(duì)于入窯干坯殘余水分而言，越低越好，以提高產(chǎn)品一級(jí)品率。針對(duì)生產(chǎn)具有裝飾功能的燒結(jié)材料而言，當(dāng)殘余水分降低到1%，產(chǎn)品就不會(huì)出現(xiàn)壓印，減少泛霜缺陷。數(shù)據(jù)顯示，如采用傳統(tǒng)隧道窯焙燒普通磚，坯體入窯水分降低1%，焙燒每萬塊磚標(biāo)煤耗量降低20~30kg，相當(dāng)于節(jié)約天然氣15.5~23.3立方米。
采用低成型水分，才能為后續(xù)干燥環(huán)節(jié)降低殘余水分創(chuàng)造條件。低成型水分，不但與入窯殘余水分相關(guān)，更重要的是，能夠降低干燥環(huán)節(jié)介質(zhì)消耗的能量，“煤改氣”后，干燥環(huán)節(jié)干燥介質(zhì)的用量、溫度與天然氣消耗密切相關(guān)，當(dāng)成型水分提高，干燥介質(zhì)用量增加，天然氣消耗和費(fèi)用相應(yīng)提高。
C、設(shè)置無縱向煙道的碼坯方式
傳統(tǒng)內(nèi)燃燒磚隧道窯的助燃空氣由出車端進(jìn)入窯內(nèi)，由于在窯內(nèi)運(yùn)行線路較長，同時(shí)，考慮窯內(nèi)磚垛截面溫度的均勻性，碼坯方式采用“邊密中稀、上密下稀”，的原則，窯車上坯垛與坯垛之間留有間距，根據(jù)窯車長度、坯垛規(guī)格、產(chǎn)品規(guī)格、投煤孔分布等技術(shù)參數(shù)，間距尺寸變化較大。如國內(nèi)部分內(nèi)燃燒磚隧道窯，窯車長度為3.9米，3.75米，3.6米，磚垛規(guī)格如為1米*1米，坯垛排橫向間距則分別為300mm，250mm，200mm，生產(chǎn)實(shí)踐中，以利于內(nèi)燃焙燒產(chǎn)量的提高。
然而，這部分隧道窯“煤改氣”時(shí)，則需要考慮燃?xì)鈼l件要求，如燃燒空間偏小，對(duì)磚坯焙燒均勻性和質(zhì)量存在不利影響。
國外燃?xì)馑淼栏G窯車規(guī)格中，長度為4.35米，坯垛規(guī)格為1米×1米，坯垛橫向間距為450mm，燒嘴間距為1450mm，能夠滿足燒嘴燃燒火焰所需空間要求。
窯車上坯垛縱向煙道，在內(nèi)燃隧道焙燒窯中，能夠降低通風(fēng)阻力，有利提高產(chǎn)量，利于燃料的充分燃燒，然而 “煤改氣”后，助燃空氣直接配送到燒嘴，不再需要由出車端輸送空氣，經(jīng)坯垛縱向煙道的通風(fēng)作用降低，此時(shí)，減少縱向煙道間距不會(huì)影響燃?xì)獗簾|(zhì)量和產(chǎn)量。
D、設(shè)置獨(dú)立的干燥熱介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)
在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，干燥環(huán)節(jié)的干燥介質(zhì)，來自焙燒窯內(nèi)余（煙）熱氣，通過風(fēng)機(jī)抽取和輸送實(shí)現(xiàn)。當(dāng)隧道窯改用天然氣后，干燥與焙燒仍然采用風(fēng)機(jī)抽取和輸送聯(lián)系為一個(gè)系統(tǒng)，容易出現(xiàn)焙燒控制難度增加的現(xiàn)象，影響焙燒質(zhì)量及燃?xì)獾南模虼耍淼栏G“煤改氣”技術(shù)方案中，應(yīng)通過準(zhǔn)確的熱平衡計(jì)算，燒嘴風(fēng)量計(jì)算，煙氣量計(jì)算，窯內(nèi)壓力控制，確定引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和窯內(nèi)哈風(fēng)閘應(yīng)用的控制。
為了降低隧道窯燃?xì)饪刂频碾y度，有必要設(shè)置獨(dú)立、可控制的干燥熱介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)，能夠形成干燥與焙燒各自獨(dú)立運(yùn)行或可控制的串聯(lián)運(yùn)行，從而避免焙燒和干燥之間的互相影響和干擾。有利于燃?xì)飧G的順利運(yùn)行。
另外，設(shè)置獨(dú)立、可控制的干燥熱介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)，有利于嚴(yán)格控制磚坯殘余水分，滿足具有裝飾產(chǎn)品的焙燒要求。
E、提高窯體、窯車的保溫及密封等級(jí)
在隧道窯焙燒過程中，窯體越保溫，越密封，則越節(jié)約天然氣。因此，需要加強(qiáng)隧道窯窯頂和直墻保溫、煙道和哈風(fēng)閘密封，對(duì)窯車，應(yīng)采用輕質(zhì)耐火材料砌筑，減少窯車砌筑材料儲(chǔ)熱損失，降低燃?xì)庀摹?/P>
窯車接頭，窯車與隧道窯砂封部位漏風(fēng)，窯內(nèi)溫度波動(dòng)，磚坯欠火，燃?xì)庀脑黾印?/P>
傳統(tǒng)窯車襯砌常用重質(zhì)耐火材料、紅磚，吸熱及儲(chǔ)熱系數(shù)較大，不利燃?xì)馑淼栏G節(jié)能。窯車吸熱，對(duì)溫度影響較大，易造成磚垛下部溫度低，出現(xiàn)欠火。特別在傳統(tǒng)隧道窯改造中，由于不能設(shè)置兩側(cè)墻燒嘴，完全依靠窯頂燒嘴，如果燒嘴火焰長度不能調(diào)節(jié)，磚垛下部溫度均勻性差，因此，窯車采用輕質(zhì)保溫墊層，對(duì)促使磚垛下部溫度均勻非常關(guān)鍵，在“煤改氣”進(jìn)行中，窯車墊層的改造應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，這是隧道窯技改后能夠持續(xù)順利運(yùn)行的重要條件。
F、可靠的燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制
天然氣隧道焙燒窯的燒嘴布置，對(duì)窯橫截面溫度的均勻性有重要影響，隧道窯煤改氣方案，需要依據(jù)溫度曲線，設(shè)置燒嘴，也要依據(jù)窯內(nèi)溫度變化，設(shè)置各區(qū)間溫度監(jiān)測(cè)和天然氣、助燃空氣的自動(dòng)化控制。對(duì)于寬斷面隧道窯，由于橫截面寬，布置的燒嘴數(shù)量多，如果對(duì)燒嘴燃燒后該區(qū)間溫度變化沒有及時(shí)調(diào)整，會(huì)出現(xiàn)溫度持續(xù)升高或焙燒溫度不能滿足燒結(jié)的缺陷。
其次，一排燒嘴之間，同樣存在上述不利的焙燒情況，因此對(duì)隧道窯煤改氣的技術(shù)方案，需要根據(jù)溫度曲線，進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)及燒嘴燃燒中天然氣和助燃空氣的自動(dòng)化控制，燒嘴燃燒控制，必須確定為所有燒嘴都能單獨(dú)控制和調(diào)整，在寬斷面隧道窯的燃?xì)庾詣?dòng)化控制中，實(shí)現(xiàn)所有燒嘴燃燒強(qiáng)度的單獨(dú)自動(dòng)控制，這是精確控制全窯溫度曲線的基本條件，是節(jié)約天然氣的基本條件，同時(shí)，也是獲得高產(chǎn)，高品質(zhì)產(chǎn)品的基本條件。
需要注意的是，傳統(tǒng)隧道窯窯車上碼坯高度存在差異，各廠不同，碼高12、13、14層不等，甚至存在碼高16層的，此時(shí)，“煤改氣”的技術(shù)方案，除需要配置適宜的天然氣壓力和助燃空氣高壓風(fēng)機(jī)外，還必須考慮燃?xì)鉄旎鹧骈L度能夠調(diào)節(jié)，否則，磚垛截面溫度的均勻性將降低，產(chǎn)品質(zhì)量差異和產(chǎn)品外觀色差較大。
G、建立自動(dòng)卸磚打包
應(yīng)該說，需要進(jìn)行煤改氣的隧道窯焙燒磚廠，在生產(chǎn)線中，往往缺乏自動(dòng)化的卸磚環(huán)節(jié) ，部分企業(yè)雖然設(shè)置有半機(jī)械的卸磚環(huán)節(jié)，如人力卸磚機(jī)械打包叉車堆碼及裝車的過程，窯車車面上，存在工人卸磚時(shí)產(chǎn)生的活動(dòng)荷載，對(duì)窯車保溫墊層，車面平整度，窯車之間的曲封嚴(yán)密性等帶來負(fù)面影響致使窯焙燒時(shí)出現(xiàn)漏氣，溫度波動(dòng)，欠火，燃料消耗增加。對(duì)此，煤改氣的方案中，必須將窯車成品自動(dòng)化卸磚的設(shè)備及方式，作為重要內(nèi)容并及時(shí)實(shí)施。從而確保煤改氣后，燃?xì)庀牡停a(chǎn)品質(zhì)量好。如果企業(yè)因資金所限暫時(shí)不能實(shí)施自動(dòng)化卸磚，那么，企業(yè)應(yīng)采取補(bǔ)救措施，建立人工對(duì)窯車保溫、墊層、曲封等部位的及時(shí)修復(fù)制度。
H、保留大氣污染物治理及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
“煤改氣”后避免大氣污染物中顆粒物超標(biāo)排放成為重點(diǎn)。
隧道窯的燃料煤改氣后，企業(yè)原有的大氣污染物治理系統(tǒng)，應(yīng)繼續(xù)保留并照常運(yùn)行。天然氣的燃燒過程中，煙氣中二氧化硫成分較低，通過燃料結(jié)構(gòu)改變，從根本上避免煙氣中產(chǎn)生二氧化硫，使得原有治理系統(tǒng)中針對(duì)脫硫需要添加的脫硫劑如氫氧化鈉、石灰，添加量將大幅度降低，污染物SO2可達(dá)標(biāo)排放。但是，需要考慮排放標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于顆粒物排放量指標(biāo)，其30mg/立方米的控制指標(biāo)同樣很嚴(yán)格，煙氣要滿足達(dá)標(biāo)排放，不會(huì)是燃料結(jié)構(gòu)改變一個(gè)條件就能實(shí)現(xiàn)的。天然氣燃燒過程，需要助燃空氣量達(dá)到1比10左右。窯車，煙道，磚坯表面因大量氣流沖刷，閘閥變動(dòng)等因素引起的顆粒物數(shù)量，隨著產(chǎn)量的提高，而有所增加，決不會(huì)因采用燃燒天然氣而無顆粒物排放。
因此，磚廠原有治理系統(tǒng)應(yīng)針對(duì)顆粒物的達(dá)標(biāo)，保持正常的運(yùn)行和管理。
5、結(jié)束語
當(dāng)前，我國正實(shí)施全面建成小康社會(huì)戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)廣泛普及，建筑形式多樣，為了與當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)、功能要求和諧一致，對(duì)建筑物外觀色彩，建筑周邊道路材料材質(zhì)和顏色，要求眾多，不僅提出適合中國建筑特色的樣式和色彩元素，還有很多建筑，具有低層、個(gè)性化、與環(huán)境和諧、色彩豐富的歐洲建筑形式。而這些建筑和色彩要求，*好的建筑材料，就是采用“煤改氣”后燒成燒結(jié)空心磚、空心砌塊、清水墻磚、道路磚等。這部分產(chǎn)品市場(chǎng)需求，恰恰是傳統(tǒng)內(nèi)燃隧道焙燒窯必須進(jìn)行“煤改氣”的動(dòng)力，通過對(duì)隧道窯“煤改氣”工藝條件分析，建議如下。
A、應(yīng)立足采用管道氣源為主，避免建設(shè)天然氣氣化站所需要的建設(shè)條件、燃?xì)庀到y(tǒng)操作安全規(guī)范等必須條件。如考慮建設(shè)天然氣氣化站，其設(shè)計(jì)及建設(shè)必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，安全可靠。
B、節(jié)約天然氣消耗是煤改氣后必須高度關(guān)注的核心問題，應(yīng)該從煤改氣技術(shù)方案，窯爐、窯車系統(tǒng)保溫密封，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成，自動(dòng)化控制等方面進(jìn)行周密詳盡的安排，對(duì)于舊窯的煤改氣方案中，窯頂燒嘴布置和數(shù)量，兩側(cè)墻燒嘴布置和數(shù)量，自動(dòng)化控制要求，應(yīng)根據(jù)窯車規(guī)格，碼坯形式，進(jìn)行安排，不能僅僅將燒嘴布置在原窯頂投煤孔內(nèi)就認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了“煤改氣”。
C、建立獨(dú)立的干燥介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)，采用隧道窯冷卻帶空氣與
產(chǎn)品換熱的余熱空氣作為干燥介質(zhì)，獨(dú)立提供的干燥介質(zhì)與換熱得到余熱干燥介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)用或兩者串聯(lián)應(yīng)用，能夠形成干燥與焙燒各自獨(dú)立運(yùn)行或可控制的串聯(lián)運(yùn)行，提高燃?xì)饩C合熱效率。換熱后的這部分余熱空氣，是沒有污染物的干凈煙氣，可不用治理。
D、隧道窯“煤改氣”后，可采用單一原料或不同原料種類搭配，突出燒結(jié)制品裝飾功能，提高產(chǎn)品附加值。
E、內(nèi)燃焙燒依靠窯內(nèi)通風(fēng)量控制預(yù)熱帶，高溫帶的溫度制度，而
天然氣外燃焙燒則以燒嘴燃燒強(qiáng)度控制窯內(nèi)溫度制度，與窯內(nèi)通風(fēng)量的關(guān)系相對(duì)降低，磚垛縱向煙道的作用減小。
F、依靠調(diào)整進(jìn)車時(shí)間，或調(diào)整進(jìn)車數(shù)量來穩(wěn)定隧道窯三帶的方式，在燃?xì)馑淼辣簾G的熱工控制中，并不是合理和經(jīng)濟(jì)的方式，燃?xì)馑淼栏G溫度曲線相對(duì)比較固定，通過燒嘴燃燒強(qiáng)度穩(wěn)定下來，不能通過窯車進(jìn)車時(shí)間或進(jìn)車數(shù)量來調(diào)整。
G、隧道窯“煤改氣”后，原煙氣治理系統(tǒng)中，脫硫劑氫氧化鈉、石灰，系統(tǒng)維護(hù)、防腐設(shè)施等方面的的消耗，能夠大幅度降低，能夠彌補(bǔ)采用天然氣費(fèi)用的增加。
天然氣氣源的保證、產(chǎn)品大規(guī)格、高空洞率、低密度、低傳熱系數(shù)墻體材料和具有強(qiáng)度高、色差小、色彩豐富的裝飾功能的墻體材料的市場(chǎng)需求等條件，對(duì)“煤改氣”后降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益具有重要意義，如果“煤改氣”后的企業(yè)，氣源得不到保障、產(chǎn)品仍然以燒結(jié)普通磚為主，那么，生產(chǎn)成本增加、效益低下，企業(yè)將會(huì)出現(xiàn)難以為繼的困擾。
參考文獻(xiàn)：
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燒結(jié)磚瓦廠工藝設(shè)計(jì) 西北建筑設(shè)計(jì)院，北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1982.
天然氣隧道窯應(yīng)用與前景 周禮國《磚家》2017.12
來源：中國磚瓦工業(yè)燒結(jié)技術(shù)信息中心網(wǎng)
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