1  引言

   在目前的经济形势下，如何在砖瓦生产过程中减少具体的能源消耗显得非常重要。种种情况表明，能源价格可能会在一个相对短的时期内（许多仍然存在的砖厂的预期使用寿命内）增长到现在的3倍。这里讨论的解决方案被视为总体战略的一部分并包括了替代燃料的使用。

需要改造的隧道窑其主要问题是窑内的温度分布不均匀。对隧道窑的操作涉及到窑车上的砖垛和燃烧产物及空气的混合物之间逆向行进。热交换主要由湍流条件下的强迫传导和自由对流以及燃烧火焰的热辐射产生。此外，砖垛内部的热传导会在烧制过程中随着砖的形状以及内部的几何变化而变化。

在隧道窑中，气体的水平分层比较常见。例如，隧道窑中的各种气体没有得到混合而往往会在焙烧带的末端形成不同组成气体、温度和厚度的分层。这种分层减少了窑内部的热交换：温度较低的分层比温度较高的分层传递到砖的热量更少，这种情况通常都发生在上层。直到最近，一种能使窑内温度和气氛更加均匀的系统——循环系统才又在人们的关注中重新浮出水面。

循环系统可大致分为两大类：纵向和横向。纵向系统是在窑室内的一个或多个点将窑内气体抽出，并在这些点的纵向位置上的一个或多个点将被抽取的气体重新注入；横截面循环系统是在横向上将窑室内气体抽出并在窑的纵轴上差不多相同的位置将气体重新注入。

这里描述的纵向循环系统与其他任何已知的纵向循环系统不同，窑内的循环气体按顺序由多个位置注入窑室，增大了通过保温带和预热带的气流量且不影响排气流量。

2  循环系统的技术发展

当过去使用小规模和拱顶的窑时，气体分层显得微不足道。后来，随着窑变得更大并且呈平顶时，解决分层问题似乎变得越来越重要。为此，多项专利相继诞生。当很多循环系统被推向市场的同时，大多数运行中的窑仍采用燃煤或燃油的方法来烧结砖制品（表1）。

表1  不同国家用于烧结粘土制品的各种燃料的百分比

也许这就是循环系统没有流行的原因，燃气窑无论从哪方面看都比用固体或液体燃料的窑有优势。很多经营者只是认为改用燃气方法其效果已更令人满意。而在最近几年，经营者对降低能耗的要求重新激活了循环系统的发展。现有的专利和概念都得到了改进。

下面列举出由欧洲和美国专利机构的数据库中随机选定的三个点击率超过80次的专利项：

a.比利时工业窑炉公司的专利（图1），1962年注册，是由设备供应商提供窑顶循环系统的前身。该公司声称，5m/s的气流速度足以满足预热区内统一温度的要求。在当时这种低的流出速度可满足相对较小的燃油或燃煤窑的需求。

由循环气体带入窑内的能量计算，考虑到在不同的温度下，约为7.2 GJ/h （窑的基本能量消耗范围是63.47 GJ/h ~ 79.34 GJ/h）。在此计算中，不考虑任何循环低温碳化气体中包含的可燃成分。纵向循环系统的工作原理是在保温带和预热带增加气体的质量比和相对速度以获得更好、更有效的热能交换。该系统是改善窑内热交换最简单也是最有效的方法。

图8中的烧成曲线显示了改造后的效果。预热带内小于400℃的情况下并不理想。高温横截面系统将被安装在温度峰值区以取代现有的烧嘴组。目前的烧成曲线显示在烧成过程中，保温带内可接受的温度分布和持续时间维持在300℃~400℃的范围内。

有了预热和保温带内高容量的循环气体，现代隧道窑的一个主要缺陷——窑车上砖的对称码放，也相应地减少了。

微型脉冲烧嘴的效率也得到了证明，一旦这些烧嘴进入工作状态，窑底部和顶部的温度差会迅速化解。在此区域可实现最高温度的气流，其效果可清楚地显示出来。

在本项目中，保温的烧成温度和延长的保温带可显著降低保温带中的最高烧成温度至120℃

6  保温带的氧含量

烧成温度降低的一个重要原因是保温带含氧量的减少，从16%下降到8%~10%。这很可能是该项目最为重要的一个方面：供给保温带喷射烧嘴的预热燃烧“气体”来自预热带低温碳化气体浓度最高的地方。低温碳化气体的浓度肯定不足以使它们发生自燃。但当烧嘴工作时，或只是接触了红热的砖而使燃烧蔓延开来，那些“气体”被注入保温带并直接接触火焰时它们还是可以燃烧。

保温带含氧量降低的好处是可在较低的好处是可在较低的温度下进行某些烧结反应。保温带含氧量的降低实现了通过较少来自Fe2O3 中的FeO，以及加快释放由坯体风化产生的硫酸，从而大大降低了烧成温度。

如果砖坯在烧成条件下不足或部分不足的情况下烧结，一些重金属会呈现出更低的浸出倾向。

7  烧嘴

该系统在预热带使用的微型脉冲燃气烧嘴由德国Brennsyeteme 高新技术公司提供。

微型脉冲烧嘴系统在Kitzrow被首次发现。微型脉冲烧嘴引起局部高压，从而产生气流。

在安装了这些烧嘴和本文中提到的循环系统后，可从窑内温度的轨迹曲线看出系统的有效性。对改造前后的单组烧嘴的理论火力可见图9。

保温带的火力并没有增加。除了在23号位置的烧嘴。23号位置的烧嘴从预热带回收，现在成为一个“障碍组”，以确保没有非燃烧气体被从保温带送入冷却带。相同的烧嘴被用来启动窑（图10）。改组是用来保证任何从保温带流入冷却带的空气都曾被燃烧。该组同安装在24和25号位置的组一样，由于没有连接在纵向循环系统上，因此给它们安装了独立风机。