摘要：文章详细描述了隧道窑设计的基本内容、隧道窑的技术性能和工艺参数。同时，还详细列举了隧道窑的施工图应包含的内容及施工要求。

关键词：隧道窑；设计参数；焙烧制度；施工要求

砖瓦工业烧结窑炉的技术、质量和装备是制约砖瓦工业发展和技术水平提高的主要因素之一。近年来，砖瓦焙烧窑炉出现了转型升级的大好局面。由于隧道窑具有综合性能好，适合机械化码坯、卸坯和自动化操作，劳动强度低，生产率高，因而各地纷纷淘汰轮窑建设隧道窑，砖瓦筑炉业发展很快，窑炉公司如雨后春笋，其数量急剧膨胀，规模不断壮大虽然建造了一些质量高、运转性能好的隧道窑，但也出现了大量不按标准设计、粗制滥造、质量差、能耗高、运转效率低、维护频率高、可靠性低的隧道窑，给用户造成了巨大损失，也严重地损害了隧道窑的形象。砖瓦焙烧窑炉目前行业执行标准为JC 982-2005，从设计、施工、检验、验收等方面都有详细的要求。为了提高隧道窑技术水平，本文针对砖瓦工业隧道窑设计和施工中应注意的事项和相关问题做一讨论。

1 隧道窑设计的基本内容

1.1 隧道窑设计的依据

隧道窑设计是按照《砖瓦焙烧窑炉》行业标准JC982-2005中规定砖瓦工业隧道窑的技术要求进行的。要根据烧成产品产量、种类、采用原料种类、原料及工艺热工试验、半工业和实验室试验结果、工艺机械自动化水平，投资规模和建设单位提出的要求等因素考虑。隧道窑设计要考虑焙烧内燃料的特点，可采用煤粉及工业废渣如粉煤灰、煤矸石等作为内燃剂，也适用于焙烧以粉煤灰（掺以黏土、页岩、煤矸石等作为粘结的混合料）为主要的原料，每种窑型都有不同的特点和不同的适应性。

一次码烧隧道窑，就是将砖坯的干燥工序和烧成工序合并在隧道窑内一次完成。一次码烧要求采用湿坯强度较高（成型后湿坯能码高12层以上）坯体收缩率较低（5%以下）的原料。对原料、产品、规格及孔洞率等都提出了比较严格的要求。

隧道窑基本参数主要有三项：内宽和内高、日产量和万块砖耗能指标。各个参数设计应该符合JC 982-2005中的规定。窑炉长度由原料性能及产量要求决定。当窑的断面大小、码窑密度和焙烧时间一定时，窑越长产量就越高，焙烧过程也比较稳定。对于焙烧敏感性比较大的产品，窑应长些。但窑体越长，气体流程长，阻力增大，预热带负压大，会带来其他的弊端，因此，设计上窑炉不应无限长，应有合理的尺寸。

1.2 隧道窑热工计算

隧道窑热工计算和窑炉选型计算是隧道窑设计的基础。隧道窑热工计算的目的是确定窑的型式、规格和结构，以满足工艺生产的产量、质量要求。计算一般应该包括下列内容：

根据焙烧产品品种、产量、焙烧制度、燃料等确定窑的主要外形和结构尺寸、工作系统和主要构造。当决定了窑的断面尺寸和窑车上的码坯数量后， 的长度可按有关公式计算。窑的长度由原料性能及产量要求决定。

燃料燃烧的计算可以采用理论分析计算法、试验公式近似计算法、相关数据估计法。燃料燃烧计算的目的是求出单位燃料燃烧所需的空气需求量、生成废气量和燃烧最高温度。

排烟系统计算。内容包括焙烧带燃油烧嘴和管道系统计算（采用固体燃料的没有这一项内容，但也要考虑投煤孔位置）。目前隧道窑大多数砖厂采用固体燃料煤，个别砖瓦厂采用重油或其他油作为燃料。根据冷却和余热系统设计需要，对热量交换空气量和有关的设备进行选项计算。

窑炉设计时，通过详细的热平衡计算法，可以得出燃料消耗量的数值。排烟系统设计是计算所排出的烟气量，用以确定风机的选型和确定管道的参数。热平衡计算法依据基本原理是，收入和支出的热量相等。

冷却和余热系统的设计也应该通过热平衡计算法得出余热利用的空气量，公式为：

V_冷=V₁+V₂（m³/h）

式中V_冷——为总的冷却空气需要量，m³；

V₁——进入烧成带的助燃的热空气量，m³；

V₂——直接余热的冷却空气量，m³。

考虑到漏风损失和其他阻力影响，实际选用风机的风量应比理论计算大约0.5~1.0倍。

1.3 砖瓦工业隧道窑结构和系统设计

砖瓦工业隧道窑结构和系统设计是隧道窑设计的核心。确定窑的基本型式和结构，以满足工艺生产的产量。根据产品品种、焙烧曲线、产量和采用燃料等因素决定隧道窑的型式和规格尺寸。设计文件中必须介绍窑的构造特点及采用配套附属设备、隧道窑工作系统说明和操作基本要求。

一般情况下，隧道窑基本的组成系统是按长度方向分为预热带、焙烧带和冷却带（包括保温）三个带。对于一次码烧隧道窑，则在预热带前面还有一个干燥段。隧道内铺设轨道，装载砖坯的窑车从窑进口端依次进入，与窑内气流相对运动，在轨道上定向进行，经预热带、焙烧带加热到最高温度，再经冷却带出窑即为成品。

焙烧用燃料从焙烧带投煤孔、燃烧室或烧嘴进入窑内燃烧加热砖坯。废气从预热带经排烟孔烟道排出。冷却制品所用空气由冷却带末端的冷风口进入窑内，冷却制品后变热的热空气，一部分由热风抽出口抽出供干燥用，一部分进入焙烧带起助燃作用。

隧道窑采用间歇推车方式，布置各部位装置时，也按车位考虑，隧道窑的预热带一般应设置排烟孔，以排出烟气和调节温度。排烟孔从第三车位接头开始设置，没车位一对成若干对，对应焙烧曲线布置到400℃~500℃的位置，总数量可以达到8对以上。

烧煤隧道窑焙烧带一般设置窑顶投煤孔，每排距离是0.8m~1.0m。总排数可达1~50排。根据需要实际设计，对于不必再外外投煤的煤矸石砖等超热焙烧砖焙烧用的隧道窑，可以考虑不再设置投煤孔，如果考虑特殊需要还要在焙烧窑带设排烟孔，将多余的热抽出。设计上，如果没有设置投煤孔，那么开始阶段的点火和调试会不够灵活和方便。冷却带有冷空气送入和热空气排出。冷却空气通过窑两侧或窑顶的送风口，用轴流风机或离心风机鼓入。也有在窑两侧开设冷风进口的，依靠负压，或者由窑尾和冷风进口吸入冷空气。

结构材料的选型方面，在烧砖隧道窑内，当制品焙烧温度在1000℃以下时，可以只是在焙烧带内墙或窑拱采用黏土质耐火砖，而预热带和冷却带可采用普通黏土砖砌筑。平顶隧道窑采用倒T形耐热钢筋混凝土梁或倒T形耐热钢筋混凝土掉梁窑顶。

为了避免窑体漏风对对窑内焙烧过程的影响和高温气体对窑车下部金属结构的影响，窑内侧墙设砂封槽，充填砂子，窑车两侧有砂封板插入砂封槽内隔断上下气流的互相流动。

为使窑内操作过程稳定，不受外界影响，隧道窑的进、出车端设置窑门，窑车下部设有检查坑道，作为维护运行中的窑车和处理事故用。隧道窑配套的设备有进、出口端顶拉设备、推车机、电托车、窑车、回车卷扬机以及抽烟机（配套烟囱）、冷却鼓风机、热风抽出机等，同时配套有测量和控制系统和窑车运转系统。

为了充分考虑节能、环保的需要，隧道窑一般也应该设置余热利用系统，以抽取热空气供干燥室烘干砖坯用，超热焙烧的隧道窑余热还可以满足工厂的生活需要。

隧道窑的设计原则上要求工艺先进、技术合理、成熟可靠、经济耐用、易于操作，尽可能采用机械化、自动化和自动控制系统。

2 隧道窑设计的技术性能和工艺参数

2.1 隧道窑的技术性能

21.1 隧道窑（下称窑）窑型

窑拱角度（度），通常有90°，180°拱角形式，国家标准中无特别要求，一般可以不表示窑顶型式，分为平顶和拱顶两种形式。

结构基本参数有：窑规格（总长X内宽X内高）（m）表示；窑的有效高度，指窑的内高度，即窑车面到内部窑顶面的有效高度；内宽指窑内部净宽尺寸；工作通道面积（㎡），工作通道面断面面积；窑车规格尺寸（mm）；每车容积（m³）；日产量（万块），指单窑或者双条道或多道的产量；全窑容车数量（量），指单条窑车数量（辆）。

2.2 隧道窑设计工艺参数

产品纲领：设计适用类型和焙烧品种，窑炉适用于烧结黏土质、页岩质或煤矸石等其他类型的原料。

工艺参数包括码窑密度（块/m³）或窑车码坯数量（块/车）；成品率（%）；窑车码坯层数（层）；坯体入窑水分（%）；内燃程度，每块砖的内燃料（kcal/块砖）；坯体入窑水分（%）；成品率；全年工作天数（d）；每天工作班次（班）；年工作日（d）。

2.3 冷却和余热利用系统

该系统一般有几种形式，如金属管换热器，砖、混凝土换热管道；可分为冷却带余热利用和高温烟气余热利用等基本的形式。隧道窑的余热交换包括预热带金属管拱形换热器（金属管），拱上换热管道和冷却带窑内热气抽出部分。金属管拱形换热器，设于焙烧带与预热带之间，占约两个车位的管子，直接受窑内烟气加热，管子中通以冷水或空气进行换热，可分为几组，便于调节控制。换热系统是窑拱砖上部铺设换热管将拱顶砌体内蓄热取出，分别从预热带和冷却带的地方开始铺设到窑最高温度的地方汇集进入两侧总道。换热管道沿整个拱外侧铺设，有两种做法：一种是在投煤孔之间的空间铺设，构造比较简单，一种是在投煤孔位置也铺设换热管（穿火眼），构造比较复杂，但换热面积比较大，对换取热有利。

焙烧煤矸石砖等超热制品的隧道窑，从预热带末端到烧成带始端之间，设置余热锅炉，蒸发量大约1.5t，可以换取超热能量进行充分利用。

从预热带末端到冷却带冷却带始端为止的窑顶设计管道蓄热，通过铸铁管道换热。

冷却带的余热和冷却制品的热量通过气体直接从窑顶抽出利用之，一般多用来送入干燥室。

高温热气是从预热带末端到烧成带的始端窑炉内抽出来的（一般情况下可作为补充热源抽到干燥室），或者进行热交换后利用，然后送入脱硫除尘设备净化后排放。

3 隧道窑的焙烧制度设计

3.1 隧道窑的焙烧制度

焙烧包括砖坯进窑温度（℃）；成品出窑温度（℃）；烧成周期（h）；烧成温度（℃）；最高烧结温度（由实验确定）；入窑推车速度（车/d或h/车），间隔时间。

3.2 隧道窑的焙烧曲线

设计还应提供隧道窑温度分布的焙烧曲线图，由于窑炉采用入窑间歇推车方式，布置各部位装置时，也按车位考虑，曲线按照坐标绘制，横坐标表示车位（个），长度（m），时间（h），纵坐标表示温度（℃），是一条连接的折线，称理论焙烧曲线。

4 隧道窑的施工图和施工要求

4.1 施工注意事项

定位包括隧道窑平面位置和定位尺寸；标高包括隧道窑轨道面的标高尺寸，或者隧道窑窑车面标高尺寸，一般确定是0.00面，根据具体情况由设计确定之。雨季施工必须提前作好防雨设备，排水措施，尤其是材料的防护要求很重要；冬季施工时必须保证防冻保温措施，成品的保护也很重要。

隧道窑的施工程序通常为：

第一步基础工程；第二步安装窑内轨道；第三步安装窑体加固构件；第四步窑墙砌筑安装加砂管等预埋件；第五步承载梁吊装窑顶施工保温材料铺设；第六步系统设备安装管道阀门窑门安装；第七步顶车机拉引机运转设备安装；第八步测控系统安装；第九步其他附属配套设备等。

施工要点：施工中的主要施工工艺及技术规范要求应包括：

基础工程：①基础工程承载隧道窑炉的质量，其各个部位必须保持均匀沉降，开挖的基础应确保持力层受力大小满足要求；②基础工程施工标高应符合设计要求的其误差尺寸；③对灰土施工、混凝土、回填、砌筑应按相关规范进行施工。

轨道安装：轨道安装前轨道要校直，轨道安装允许偏差值，轨道安装的接头以及混凝土二次浇灌应按要求施工。

窑门及框架安装及连接固件施工的误差精度要求以及注意问题：

砌筑工程：①红砖砌体要求灰浆饱满且执行建筑工程施工验收的规范砌筑；②耐火材料满足施工工艺要求和墙体砌筑的误差要求等；③内外墙内部填充的保温材料要满足均匀充实密闭等质量要求；④膨胀缝的施工方法，相对标高和轨道中心误差精度要求；⑤砌筑时预埋加固件的安装要求以及注意问题。

窑顶：①耐火吊板制作成型其耐热钢件与耐火吊件安装要求；②在进行梁吊装前应严格检查梁垫上预埋件的位置及水平度和误差；③吊梁与吊板在试配合无误方可吊装；④施工工艺中，一般多在吊板与内直接部位应预先置塞高铝纤维，在吊装完毕并测量无误后嵌入密封材料，用高铝纤维铺设纤维毯或火山岩棉及喷涂表面固化剂。

通风管道系统包括：①焊制管道时应特别注明外焊缝高度等于被焊接厚管道最小壁厚度，先焊制好安装时在进行组装；②管道通法兰间连接的方式和技术要求；③管道膨胀节的同心要求并保证伸缩自如；④管道的保温隔热材料施工，在此项施工进行前先做好管道的除锈刷漆和清理；⑤通风管道系统支架、立柱及固定件的施工等。

施工的材料的要求：一般窑炉工程需要的普通建筑材料的要求必须符合相应的国家标准指标和质量的要求。比如，三大材料、地方材料，如果有特别的指标应予以说明之。图纸中应注明材料的图例说明。

耐火材料、耐火纤维制品、管道保温材料等要符合相应的国家标准指标和质量的要求，图纸中注明材料的图例说明、特殊要求时，应注明技术要求和指标。

不定型耐火材料、预制吊板等有特殊要求时，应注明技术要求和指标，是否给出相应配方，由设计单位确定。

其他特殊材料：耐火吊件，应标明抗拉压强度、材质要求、密度、耐火度等相应指标。耐热钢金属吊件应给出技术要求包括材质，屈服压力、弹性模量、密度等相应指标。

未注明要求的材料应参照现行国家有关规范执行。

4.2 隧道窑设计的基础图

设计应给出隧道窑基础图，原则上参照土建设计要求进行设计。一般归类在窑炉图纸内容中。

4.3 隧道窑设计的附属设备的安装

附属设备的安装主要是窑门、风机和运动设备，也包含窑车。

窑门：一般设计中窑内是机械通风冷却及机械排烟。为保证窑内气体流动不受外界气候影响，窑两端均设截止门，以保证窑内热工制度正常。通常选用电动升降门，停电时也可手动。可根据图纸情况进行加工制造。

窑车：窑车有型钢窑车及铸铁窑车两种。型钢窑车是用标准轴承，摩擦阻力小，使用寿命长，窑车自重较轻，维护简单。铸铁窑车用生铁易解决，采用标准轴承，厂方可自行加工，铸铁件耐腐蚀，但铸铁窑车自重大，非标准轴承阻力大、寿命短。选用单位可根据图纸情况进行加工制造。窑车实际应用中质量好坏对窑炉操作及生产运行影响比较大，这个问题也应引起厂方的高度重视。

风机：设计上应该提供风机的技术性能和参数、规格型号和特殊要求，比如风量、风压、功率、转速、旋向等。应该按照国际标明相应的数据，以便厂方的选购。常见的有排烟风机、锅炉离心风机、窑门鼓风机、轴流通风机、车下平衡通风机、送风机、锅炉离心引风机、换热等其他配套的风机等。

附属设备工艺布置的定位图纸，可以包含在隧道窑设计的附属设备的安装图中，也可以将隧道窑设计的附属设备的安装图作为工艺设备的安装图单独设计。窑门（如果需要的情况）和风机的安装图纸一般包含在隧道窑设计的附属设备的安装图中，运转设备的设备安装图作为工艺设备的安装进行划分的。两者是否分开由设计师考虑确定。

另外，隧道窑设计一定要充分考虑配套脱硫环保设备的连接口和能力等一系列问题。

5 隧道窑的综合评价

评价隧道窑设计水平的高低和施工质量应当符合行业标准《砖瓦焙烧窑炉JC9 82-2005》以及现行的国家有关质量验收规范，应满足用户要求的产量、质量。做到运行成本低，维护费用低。同时，生产实际中还应达到砖瓦工业隧道窑的能耗标准中的指标要求。砖瓦工业的环保排放标准已于4月1日开始实施，窑炉也应该配套脱硫环保设备，达到新标准环保指标要求。