为了确保隧道窑窑车的安全运行,必须在坯垛和窑墙、窑顶之间设置合理间隙,称为侧间隙、顶间隙。十多年前,传统的大断面隧道窑侧间隙达到150㎜甚至更大,顶间隙一般为90-150㎜。近年来随着码坯机械化的推广和普及,侧间隙得到了很好的控制,大多数采用机械码坯的,侧间隙能控制在80㎜左右,人工码坯的稍大一点,一般控制在100㎜左右。
因为隧道窑的哈风口都是设计在两侧窑墙上,所以两侧的间隙造成大量漏风。其实隧道窑整个断面上的风流速度是不均匀的,两侧间隙风速最大,其次是顶间隙,再次是中间火道(坯垛间隙),最慢是坯垛内部砖坯间隙;而坯垛内部砖坯之间的间隙风速也是不均匀的,靠近侧间隙和顶间隙及火道的部分风速大,中间风速最小,所以中间最容易过火。
一般情况下,两侧间隙的风流速度是平均速度的3倍左右,顶间隙风速为平均风速的2倍左右,坯垛中间火道风速为平均风速的1.5-2倍,而坯垛中间砖坯本身的间隙风速只有平均风速的30-40%。当然这只是估算,实际风速差别可能更大。
下面以山东泰安华泰建材公司6.9米隧道窑码坯方式为例進行分析(代表大断面隧道窑)。如下图:
砖瓦行业大革命——隧道窑的无间隙运行
侧间隙为105㎜,顶间隙为102㎜,顶间隙断面积为:0.102*6.9=0.7038㎡;侧间隙和中间火道的断面积为:1.3057㎡;每垛砖坯之间坯间隙的断面积为:0.2997㎡,则6垛的总断面积为:0.2997*6=1.7982㎡;所有间隙的总面积为(有效通风截面):1.3057+1.7982=3.1039㎡,顶间隙、侧间隙和中间火道断面积之和占总通风截面的百分比为:1.3057÷3.1039=42%。
下面再以山西洪洞吉恒砖厂3.76米隧道窑码坯方式为例分析(代表小断面隧道窑)。如下图:
砖瓦行业大革命——隧道窑的无间隙运行
顶间隙为140mm,侧间隙为80mm,则顶间隙断面积为:
0.14×3.76=0.5264㎡;
侧间隙断面积为:
0.08×1.495×2=0.2392㎡;
中间火道间隙断面积为:
(0.09×1.495+0.15×1.495)×2+0.172×1.495=0.9747㎡
顶间隙、侧间隙和中间火道断面积之为:
0.5264+0.2392+0.9747=1.7403㎡
坯垛砖坯间隙断面积为:
0.3025×6=1.815㎡
则整个窑断面的有效通风断面为:
1.7403+1.815=3.5553㎡
侧间隙、顶间隙及火道断面积占有效通风面积的百分比:
1.7403÷3.5553=48.95%
大家知道,轮窑在整个窑道断面上是不留间隙的,所以轮窑选用的排烟风机很小,大部分使用轴流风机。虽然轮窑一部火的距离很短(一般10-12个窑门,50-60米),但其产品基本没有黑心,而我们现在的隧道窑烧出来的实心砖黑心率达到50%以上。下图就是隧道窑快速出车造成的黑心砖:
从以上分析可以看出,隧道窑和轮窑相比至少增加了40%多的通风面积,也就是说这40%的通风面积基本都是多余的(中间火道可以保留,但也应该适当缩小)。
无论是从烧结理论还是实践操作而言,我们都希望所有的空气都从坯垛中间的砖坯本身间隙通过,而不是走侧间隙、顶间隙或火道。如果整个窑断面风速全部一样的话,那么隧道窑至少有40%的空气做了无用功;如果按照侧间隙、顶间隙和火道风速为平均风速的1.5倍计算,那么至少有60%的空气做了无用功!这就是我们隧道窑比轮窑并不节能的根本原因(因为烟气带走的热量为总热量的30%左右)!这也就是隧道窑烟气残余含氧量很难达标的根本原因!
德国艾森砖瓦研究所把隧道窑的侧间隙和顶间隙称为“邪恶点”,就是因为它放走了大量的热空气。德国曾有人做过试验,把隧道窑的顶侧间隙堵死,则出车速度能提高一倍。如果隧道窑能实现无间隙运行,则可以肯定:产量会在原基础上提高50%;风机总风量可以降低40%,也就是通风电耗可以降低40%;砖坯发热量至少可以降低12%;烟气残余氧含量肯定不会超标。所以我认为隧道窑如果能实现无间隙运行,则会带来砖瓦行业的一次大革命!
目前由泰山砖瓦技术研究所开发的此项技术已進入工业性试验阶段,让我们共同期待!也恳请业内仁人志士多加指点,尽快使之成熟并得以推广,为砖瓦行业進步尽一点绵薄之力。作者:王宏伟
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