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1、隧道窑结构原理及工作系统隧道窑是烧结砖瓦工业最主要的一种连续式烧成设备，近年来，采用高效节能的隧道 窑成为砖瓦工业节能的主要措施之一.一、隧道窑型式及结构隧道窑,顾名思义，是形状类似于隧道的窑,其主体为各种建筑材料、耐火材料、保温材 料砌筑构成的密封的、能够经受高温烘烤的隧道,砖瓦坯体在窑车上依次通过隧道，同时在 适宜的热工制度下加热、焙烧、冷却,最终获得性能稳定的砖瓦制品.1。隧道窑型式烧砖隧道窑经历几十年的发展，出现过好多形式的窑型，各种窑型都具备自身的特点 和优势。根据原料性能,从工艺上一般把烧结砖瓦的隧道窑分为两类，一类是一次码烧隧道 窑,另一类为二次码烧隧道窑。（1）一次码烧隧道窑所
2、谓一次码烧隧道窑，就是将湿砖坯一次码到隧道窑的窑车上,窑车依次经过隧道干燥 室和焙烧窑,完成砖坯的干燥、烧成两个生产环节,中间再不需要二次码运。早期的一次码烧隧道窑是由隧道干燥室衍变而来,其断面小，长度短，产量小，多条组 成一组。由于该种隧道窑的投资相对较小，使用设备简单，功率消耗较少，在上世纪五、六 十年代有一定的市场。但这种窑生产过程不太稳定，操作难于掌握，生产出的产品质量不太 好，成品率不高，现在已经很少使用。近几年，隧道窑一次码烧技术在新建砖瓦企业得到了广泛的应用,但这时的一次码烧窑 和原来的一次码烧隧道窑已不可同日而语，有了很大的变化。这不仅依靠码车设备的技术进 步。也是隧道窑测控技
3、术和烧成技术提高的表现。一次码烧隧逍窑常用的有两种方式，一种是隧道窑和隧道干操室结构完全分开,二者可 以“一”字型布置，也可以平行布置，窑车凭借运转系统连续进出干燥室和隧道窑.另一种 是干燥和烧成共用一条隧道，二者结构是一体的，窑上设干燥和烧成两套工作系统，在适当 的部位用气流或门将干燥段和烧成段分开.（2）二次码烧隧道窑二次码烧隧道窑是成型的湿坯先进行干燥，干燥好的干砖坯再码到窑车上进行烧成。 湿坯干燥采用小断面隧道干燥室或其他干燥方法。干燥时要码一次湿坯，干燥好后干坯需要 再次码放到窑车上。一次码烧和二次码是根椐原料的干燥性能确定的工艺方案。对于焙烧窑而言，二者的 结构，使用性能、投资、生
4、产消耗、生产质量不会受两种工艺的影响。二者的最大区别在于, 二次码烧时隧道窑的码坯高度可以比一次码烧隧道窑高 .这是因为码到窑车上的都是干砖 坯，干砖坯的强度远远大于湿坯强度，不存在坯垛底部砖坯被压变形的情况.2。隧道窑的结构 隧道窑像一条长的隧道,两侧和上面有固定的墙壁和窑顶，窑内铺轨道。（1）窑长和断面尺寸 隧道窑的长度、高度和宽度是多种多样的。其数值大小要根据所烧制品原料的性能确 定。隧道窑的长度主要取决于砖坯的烧成制度、产量以及产品规格形状等因素,而烧成制度 主要取决干坯体在烧成过程中的物理变化、化学变化、物理化学变化以及矿化学变化如用高 热值煤矸石做原料生产全煤矸石砖时。由于其中含有
5、太多的热量，往往在短时间内不能达到 完全燃烧，致使砖坯内部烧不透，因而通常会适当地延长烧成带,使矸石有足够的时间燃烧。 所以，煤矸石砖的隧道窑一般较长。粘土、页岩和粉煤灰砖的窑长相对要短一些.隧道窑的长度和烧成制品的形状、厚薄有关，大型异型制品、较厚的制品升温和冷却 都不能太快,窑宜长些。隧道窑要根据上述因素确定适宜的长度 .短而较宽的窑投资少 ,散热损失少。窑内阻力 小，可减少漏气和降低排烟风机的动力消耗.但是，如果窑太短,可能排出废气的温度太高。 容易损坏排烟风机并造成较大的热虽损失。预热带太短后，刚进窑的砖坏就遇到高温气体， 容易使坯体升温过快而炸裂，冷却带太短,会造成冷却效果差，制品出
6、窑温度高。卸砖条件 恶劣。而且增加制品带出窑的热能量损失较大。如果增加冷却带的进风，虽然冷却效果有所 改善，但可能使砖冷却过快，出现冷却裂纹，甚至影响烧成带的长度，使窑烧成制度发生偏 移。隧道窑的宽度与窑的产量有很大关系，产量随着窑宽度的增加而提高按照宽度的不同, 烧结砖瓦的隧道窑一般分为小断面、中断面、大断而、超大断面这四类，小断面隧道窑一般 指窑内宽为3m3.6m的烧砖隧道窑，中断面指内宽3。6m4。6m的烧砖隧道窑，大断面指 内宽4。6m6.9m的烧砖隧道窑，超大断面指内宽6.9m10m的烧砖隧道窑：要确定隧道窑 的宽度，应根据产量、燃料种类、生产方式等诸多因素考虑。隧道窑的内高主要取决
7、于砖坯在烧成过程中的特性。湿砖坯的特性及允许的上下温差， 即原料的烧成温度范围原料的烧成温度范围越窄，要求隧道窑内的温度越均匀，窑内上下温 差应该越小.砖垛高度不宜太高通常窑内坯垛的高度在1 米左右较为适宜.窑的高度增加，致 使上下温差加大，特别当采用热值高、单位热值燃烧产物少的燃料时，应适当地降低窑的高 度以改善窑内气流分布，降低温差。内高还与坯体的烧成收缩率有很大的关系，收缩率越大， 坯体允许码的卨度越低，内高就越小，反之亦然。近几年，高度为1。2m1.4m、宽度为4。6m、6。9m的隧道窑在砖瓦企业得到广泛应 用，取得了较好的效果，窑内温度分布均匀.烧成速度快，烧成制品的质量均匀、稳定：
8、这 些窑有一个共同的特点是“高宽比 较原来的隧道窑要小很多 ，仅为老式隧道窑高宽比的 1/31/5.研究表明.隧道窑的高宽比越小，窑内温度分布越均匀，上下温差越小，越有利于产 品的烧成。一般情况下，要求烧成砖隧道窑的高宽比不能大于0.5.而且高宽比越小越好。(2) 窑墙窑墙的作用有三方面：与窑顶一起，将焙烧空间与外界隔开；支撑窑顶；保温 隔热。隧道窑是一个高温作业的设备，窑墙内壁接触热气体，温度与制品温度相近，外壁接 触大气，温度与大气温度相近，内外温差很大，因此窑墙必须具有很好的耐热性和保温隔热 性，隔绝窑道内的热量通过窑墙散失。窑墙支撑窑顶，因而要具有一定的强度，能承受一定 的荷载，保证
9、结构的稳固。窑墙通常由三层组成，最里层是与高温接触的工作层，常用耐火材料砌筑，根据窑炉烧 成温度，确定使用耐火材料的材质、等级、品种规格。中间是保温层，由各种轻质保温材料 构成，所选用的轻质保温材料既要绝热保温，又要保持长期安全使用而不损坏。最外层是维 护层，用建筑砖砌筑，用以保护轻质保温材料不损坏。外墙可以用薄金属板围护，使窑体更 加美观.隧道窑的窑墙厚度是根据使用温度和砌筑要求来决定的。窑内预热带和冷却带的温度 稍低，窑墙厚度可以稍微薄一些，烧成带和靠近烧成带的预热带及冷却带始段则宜用较厚的 窑墙。材料保温性能越好，保温层就可以越薄，保温性能越差，保温层就越厚，当选定的材料 一定时，保温层
10、的厚度对窑墙保温性能起决定性作用。窑墙温好，散热损失小，但会增加建 设投资。窑墙的厚度应根据最高烧成温度计算确定.(3) 窑顶窑顶是隧道窑窑体的重要组成部分，它对于窑的寿命有决定性影响。窑顶支撑在窑墙 上，窑顶材料必须能长期承受高温的作用，且质量小、保温性能好，经久耐用窑顶结构应严 密不漏气并有利于窑内气流的合理分布.隧道窑的窑顶结构通常有三种形式拱顶、吊平顶和吊拱顶. 拱顶窑顶为拱顶结构的隧道窑，其结构形式如图1所示。拱顶及其以上的保温材料通过拱 脚砖架设在窑墙上，拱脚砖两边的窑墙上安设有拱脚梁。以承受拱顶所产生的横向推力。窑 墙外设有护炉柱，通过上、下拉杆拉紧，使窑顶和窑墙成为一个整体。为
11、了节约建窑的资金, 有的隧道窑采用外斜墙承载的方法，拱顶所产生的横向推力全部由外斜墙承担，窑顶和窑墙 用砖砌成一个整体。I拱辑电2涸直；3抿熾扎r 4矽+1捨 ffl 1拱萸隧逋窑腕而示原S1拱顶依拱心角分为60拱、90拱和180拱，拱越高，横推力越小，拱顶越稳定， 但是隧道窑内气体为平流，热气体要向上流动，造成窑上部和下部温度不均匀,这是拱顶窑最 根本的缺陷,拱越高，拱顶与坯垛之间形成的空隙也越大，气体流动的阻力越小，越易造成 气体分层,使上部温度高，下部温度低，使窑上部和下部温差大，所以从结构来讲，窑拱越高 越好，但是从窑内温度的均匀性来说，希望拱越小越好，最好是平顶。常见的还有两种异型拱
12、:双心拱和三心拱。双心拱拱顶由两个半弧构成拱心交错。三心 拱有三段圆弧拱组成，每段各一个圆心这两种拱拱下面积比半圆拱小，利于制品的烧成， 但是这两种拱对的要求比较高，如果施工不当，导致拱变形后，拱的横向推力就比较大，且中 部较平坦的拱顶会出现下陷的情况。施工时一定要按照设计要求和施工规范进行施工。窑顶所用材料与窑墙相同，内衬耐火砖，中间保温材料,上面红砖铺平。窑顶选型砌筑时 需考虑以下条件:a、结构好、不漏气，坚固耐用；b、质量小，减轻窑墙负荷；c、横推力小, 少用钢材；d、尽量减少窑内气体分层。 吊平顶吊平顶是针对大、中断面隧道窑自国外引进消化的技术，近年来已得到广泛的应用。 由于窑顶是平的
13、，消除了隧道窑最根本的缺陷一一窑内断面上下温度不均匀。所谓吊平顶就是窑顶砖或构件通过吊挂机构吊在隧道窑顶上面的钢梁或混凝土梁上。 吊挂的方法有两种，一种是两块大吊砖之间夹数块小吊砖，大小吊砖之间凹进和凸出的部分 互相胶合形成一个整体，通过金属吊杆悬挂于梁上另一种为窑顶上的砖或构件都作成相同 的规格尺寸，每块砖或构件上都设置吊挂机构.每一块砖都被吊在窑顶上面的梁上。即使某 一块砖或构件出现破损问题也不会影响其他砖或构件的吊挂，吊平顶隧道窑的吊挂方式如图 2所示吊平顶隧道窑窑顶不易下沉,顶面平整度好。窑墙和窑顶之间用耐高温保温材料填充, 窑墙所受负荷很小，有利于延长窑体寿命。平顶结构便于机械化码砖
14、，砖垛和窑顶之间的间 隙较小，有利于气流在窑内的合理分布，对制品的烧成有较大好处。2 x A吊平頂隧道窑窑项盂倉图吊平顶隧道窑与拱顶隧道窑比起来，消耗钢材量较大，建设投资相对较多。 吊拱顶对于宽度较大的拱顶隧道窑，为了减轻拱顶对窑墙的水平(横向推力推力，提高窑炉的 安全性能，延长窑体使用寿命，可以采用吊拱顶的结构形式.大吊砖通过吊杆吊挂在钢梁或混 凝土梁上，大吊砖和小吊砖之间通过销钉联结使其连成一个整体。各吊挂点的大吊砖的数目 可以为12块，但中心吊挂点的大吊砖应在三块以上，有利于吊挂。考虑到隧道窑的窑顶在正常工作温度下的膨胀，砌筑时所用泥浆在高温作用下应该有一 定的收缩，如果泥浆的收缩值较小
15、，施工时可在砖与砖之间夹入纸板。此外，为保证窑体的 严密性和整体性，砌筑时也可以在拱顶砖之间加入0。5mm的铁板，使整个窑顶在工作温 度下烧成一个整体。(4) 排烟系统结构在烧成带产生的燃烧废气，经过预热带窑墙上的排烟口排出窑外，排烟口设在两侧窑 墙上靠近窑车面处，这样可使气流向下流动，减少预热带窑内断面的上下温差。排烟口的数量根据生产所用原料和隧道窑类型而异，少的用35对，多的达10多对， 多设的目的是为了灵活地调节隧道窑的升温曲线。但是从靠近烧成带的部位排出过多的烟 气，会浪费较大的热量，所以，过多地设置排烟孔并不一定合适。隧道窑排烟方式基本上有三种：地下烟道排烟，金属支烟道排烟，窑墙内支
16、烟道排烟. 地下烟道排烟地下烟道排烟是小断面随窑常用的一种排烟方式，烟气由窑墙上的排烟口进人支烟道， 排烟口处设置调节闸板，控制该排烟口的排烟量。支烟道中的烟气进人总烟道,总烟道与排烟 风机或烟囱连接，通过排烟风机或烟囱将烟气排出去。近年大、中型隧道窑也较多采用地下烟道排烟的方式，尤其对于所用燃料中硫含量较大 的生产线，砖砌烟道地下排烟避免了烟气中有害物质对金属管道厂房金属结构的腐蚀，是非 常必要的.地下烟道排烟时，烟道埋设于地面以下，其优点是用钢材量较少，窑体显得整齐美观, 但需要较太的土方工程量。此外，在地下水位较高的地方，需要较好的防水处理，否则烟道 内容易积水，造成排烟困难，甚至不能排烟。 金属支烟道排烟金属支烟道排烟是大断面和超大断面隧道窑主要的排烟方式。在排烟过程中，烟气经过 窑墙上的排烟口进入金
