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如何建造一座理想的隧道窑
How to build an ideal tunnel kiln

贵州省建材科研设计院  梁嘉琪
2014年3月23日 合肥
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今天讲课的内容

 基础知识
 隧道窑的结构
 确定隧道窑的技术参数
 宽度
 长度
 高度
 隧道窑的燃料
 节约能源以及洁净化生产
 当前隧道窑建设中存在的问题
 思考题与作业

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一、基础知识
       Basic knowledge
 1、隧道窑的分类
 1）按宽度划分：分为小断面隧道窑、中断面隧道窑和大断面隧道窑。一般来说，窑道工作断面小于2.5米的，称为小断面隧道窑；2.5～4.5米的为中断面隧道窑；大于4.5米的为大断面隧道窑。
 2）按窑体结构划分：分为吊平顶隧道窑、微弧拱隧道窑、移动式隧道窑、装配式隧道窑等等；
 3）按燃烧方式划分：有燃气（煤气、天然气）隧道窑、燃煤隧道窑（煤、粉煤灰、煤矸石）、燃油隧道窑、内燃或者外然隧道窑等等；
 4）按生产工艺划分：有“一次码烧隧道窑”、“二次码烧隧道窑”、连续式隧道窑、间歇式隧道窑等；
 5）其它划分：有辊道窑、氧化气氛窑和还原气氛窑等等。
 以上仅仅只针对烧砖隧道窑而言，其它例如炭黑、铝矾土、石灰等其它用途的隧道窑不在本课程讨论的范围。

基础知识
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当前隧道窑常见的形式
  ▲按照隧道窑的宽度划分：
      1、大断面隧道窑— 宽度为4.6米以上的隧道窑；
      2、中断面隧道窑—宽度为2.5～4.6米以上的隧道窑；
      3、小断面隧道窑—宽度为2.5米以下的隧道窑。
  ▲按照隧道窑的生产工艺划分：
      1、一次码烧隧道窑；
      2、二次码烧隧道窑。
  ▲按照隧道窑的结构划分：
      1、平顶隧道窑；
      2、圆弧顶隧道窑；
  ▲按照隧道窑的用途划分：
      1、陶瓷隧道窑；
      2、耐火材料隧道窑；
      3、烧砖隧道窑；
  ▲其它隧道窑：
      1、移动式隧道窑；
      2、装配式隧道窑；
      当然还有诸如：辊道窑、推板窑等等很多的窑型，不一一赘述了。

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二、隧道窑的结构
     The structure of the tunnel kiln

 隧道窑的结构：主体结构、热工系统、运转系统三大系统。
 1、主体结构主要三部分：窑墙（内窑墙、外窑墙）、窑顶（弧形顶、平顶）、窑底（基础、窑车）。
 2、热工系统三部分：排烟系统（哈风口、哈风闸、支烟道、总烟道）、燃烧系统（投煤孔、排烟风机）、控制系统（分闸、窑门、计算机）。
 3、运转系统组成：顶车机构、摆渡机构、牵引机构等。

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106米×2.6米中断面一次码烧隧道窑施工图

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85.34米×2.5米中断面二次码烧隧道窑（XWY101-102）

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三、确定隧道窑的技术参数
            The technical parameters of tunnel kiln
    建造一个好的隧道窑，确定合理的技术参数至关重要，其实这个问题并不复杂。你要考虑这些因素：比如你要生产什么产品？是普通砖、空心砖还是装饰砖？你用的是什么原料？是煤矸石、粉煤灰、页岩还是黏土？你准备建设的规模是多大？年产量6000万块还是1.2亿块？还有，你用什么做燃料，是煤还是天然气？是利用炉渣作内燃还是粉煤灰做内燃？最后还要结合你的经济实力进行综合分析考虑。
    大多数的煤矸石、页岩和山土等原料，它们的干燥敏感性系数小于1，在产品的孔洞率要求不是太高的情况下，可以考虑上一次码烧隧道窑；对于干燥敏感性系数大于1、潮湿阴雨较多的地区，对孔洞率要求较高的空心砖制品，例如城市污泥、江河湖海的淤泥等，最好选择二次码烧隧道窑。对于经济实力较强、市场条件较好且规模较大的新项目，尤其是追求较高的自动化装备水平，应当优先考虑大断面隧道窑，因为大断面隧道窑不仅技术经济指标先进，而且是今后大力推广和发展的方向。
    没有完美无缺的隧道窑，各种窑型之间都有各自的优缺点，关键是各种参数对比之后看你怎么取舍。根据官方的信息，4米宽度以下的隧道窑不久都要列入淘汰的落后窑型，大家一定要引起关注。总体来讲，大断面隧道窑系统比较复杂，造价也相对来说高一些。中断面隧道窑的性价比还是比较好的，在目前的市场条件下，中小型砖厂还是应优先选用中断面隧道窑为宜。

隧道窑的技术参数
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1、宽度
 隧道窑的宽度必须考虑自动码坯机和机器人两种码坯方式，无论哪一种方式，砖垛都将分解成1米左右见方的方垛，由此看来，不同宽度的隧道窑在宽度方向上的码垛数量见右表：

隧道窑宽度与砖垛的数量关系表
宽度(m) 2.5 3.7 4.8 7.1 9.2
砖垛数 2 3 4 6 8

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2、长度
    隧道窑的长度由原料性能及产量要求来决定，即窑的生产能力决定于窑的长度、横断面大小、码窑密度和焙烧时间。当其它因素一定时，窑愈长产量也就愈高，焙烧过程也就比较稳定，对提高产品质量有好处，特别是焙烧敏感性比较大的产品应长些。从《烧结砖工艺设计手册》里隧道窑长度的计算公式：

      式中: L ——窑的总长（米）；
               G ——窑的年生产量（块/年）；
               Z ——焙烧时间（小时）；
               ZH——年工作小时数（小时）；
               g ——每辆窑车的装载量（块/车）；
               l ——窑车长（米）；
               m——烧成废品率（%）。
               a——工艺系数：一次码烧去0.95，二次码烧取0.98.

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例题1
 我们来做一道例题体验一下：新强公司选定了一座宽度为3.7米宽的隧道窑，并初步选定窑的长度L＝130米，年工作时间为ZH ＝ 330天×24小时＝7920小时，窑车的装转数量（标砖）g＝5600块/车，焙烧时间经科研单位化验确定为Z ＝33小时，窑车的长度为l＝3.75米，按一次码烧工艺系数取a＝095，代入公式：

3、高度
       隧道窑的高度由装砖的层数来确定，码砖的层数越多，窑的高度越高，窑的高度游下式计算：

              式中：H—隧道窑的高度，毫米
                         h—砖坯的高度尺寸，毫米
                         f—码砖的层数，
                        A—砖垛与要顶预留的空间，毫米（一般为40—60毫米）。

    从高度公式可以看出，隧道窑的高度实际是由码砖的层数所决定的，然而码砖的层数是一个非常微妙的参数，它与原料性质、挤出机的挤出压力、产品的品种有关，同时还与采用的生产工艺有关系。
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不同砖型与码窑层数的高度变化表（毫米）
                    
                       砖型
层数
（f） 实心砖
h=120,A=50 KP1型砖
h=95,A=50 240×240×120
空心砖
h=126,A=50 备注
10 1250   一
次
码
烧
11 1370 1095  
12 1490 1190 1562 
13 1610 1285 1688 
14 1730 1380 1814 
15 1850 1475 1940 二
次
码
烧
16 1970 1570 2066 
17 2090 1665 2192 
18 2210 1760 2318 
19 2330 1885 2444 
20 2450 1950 2570 

 
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例题2：某砖业公司采用页岩为原料，送样化验得出干燥敏感性系数为0.85，产品为kp1型承重多孔砖，决定采用一次码烧工艺，在通过科学验证之后，取码坯层数为f=14层，砖坯收缩率为5%，确定砖坯高度为h=121毫米，A=50毫米。代入公式计算得到隧道窑的高度为：

 四、隧道窑的燃料
            The fuel for the tunnel kiln
     烧砖的隧道窑使用的燃料有固体、液体和气体三种。目前我国制砖工业的隧道窑大多数采用固体燃料煤，少数有条件的厂采用重油和煤气、天然气作燃料。
    大家应该注意到，为了保护环境和可持续发展，国家的能源政策发生了很大的变化，国家将大力推行洁净化生产技术，使用原煤的原始方式将会受到严格的限制，燃气、洁净煤、石油焦和可利用能源将是今后的方向，这会给一直以粗放式生产的砖瓦行业带来很大的影响，早作思想性准备有好处。

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五、节约能源以及洁净化生产
               Energy conservation and clean production
 1、隧道窑的能耗
     按照JC/T 713-2007《烧结砖瓦能耗等级定额》标准，不同的窑型和不同的生产工艺，能耗指标是有区别的。

烧结砖瓦单位产品能耗等级定额表（JC/T713-2007）
级别 一级 二级
名称 热耗 煤耗 电耗 热耗 煤耗 电耗
               单位
工艺形式 KJ/t
(kcal/t) Kg标煤/t Kw.h/t KJ/t
(kcal/t) Kg标煤/t Kw.h/t
自然干燥燥轮窑烧成 1050×103
（250×103） 9.0 6.0 1130×103
（270×103） 9.6 7.2
自然干燥隧道窑烧成 1150×103
（275×103） 9.8 7.2 1250×103
（300×103） 10.8 8.4
人工干燥轮窑烧成 1340×103（320×103） 14 10.4 1465×103
（350×103） 15.2 11.6
人工干燥隧道窑烧成 1465×103（350×103） 15.2 12.0 1610×103
（380×103） 17.6 12.8
大、中型隧道窑
一次码烧 1465×103（350×103） 15.2 12.0 1610×103
（380×103） 17.6 12.8
小断面一次码烧 1590×103（380×103） 16.4 12.8 1755×103
（420×103） 18.4 13.6

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烧结墙体材料单位产品能源消耗限额（送审稿）
项目 分  类 综合能耗
kgce/t 热耗
KJ/t
(kcal/t) 煤耗
Kgce/t 电耗
Kw.h/t
现有企业 烧结多孔砖和多孔砌块 ≤53 1550×103
（371×103） ≤50.0 ≤20
 烧结空心砖和空心砌块 ≤55 1609×103
（385×103） ≤51.4 ≤23
 烧结保温砖和保温砌块 ≤57 1667×103
（399×103） ≤52.9 ≤27
 烧结实心制品 ≤51 1492×103
（357×103） ≤48.5 ≤17
新建企业 烧结多孔砖和多孔砌块 ≤48 1404×103
（336×103） ≤45.1 ≤18
 烧结空心砖和空心砌块 ≤50 1463×103
（350×103） ≤46.5 ≤22
 烧结保温砖和保温砌块 ≤52 1521×103
（364×103） ≤48.0 ≤26
 烧结实心制品 ≤46 1345×103
（322×103） ≤43.5 ≤16
能耗先进值 烧结多孔砖和多孔砌块 ≤46 1345×103
（322×103） ≤43.7 ≤17
 烧结空心砖和空心砌块 ≤47 1375×103
（329×103） ≤44.5 ≤20
 烧结保温砖和保温砌块 ≤50 1463×103
（350×103） ≤46.6 ≤24
 烧结实心制品 ≤44 1287×103
（308×103） ≤41.3 ≤15
备注 烧结实心制品包括烧结装饰砖、烧结路面砖、烧结瓦制品及烧结普通砖。
电耗折标准煤量俺当量系数α=0.1229kg/kw.h计算。

kgce—是能源消耗当量, 用标准煤表示,kgce/t的意思就是：千克标准煤/吨，参见国家标准GB/T 2589-2008《综合能耗计算通则》。
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     通过贯彻执行国家标准，鼓励建设新型节能的隧道窑，淘汰能耗高、污染严重的落后隧道窑，提高隧道窑的热效率。在节约能源、减少二氧化碳气体排放、保护环境方面起到积极的作用同时，企业本身也从中获得丰厚的经济效益。按每万块砖节省200kg标煤计算，一个年产1.2亿块的企业，每年节约标煤2400吨，按每吨750元测算，每年将减少支出180万元。
          因此，我们建造的隧道窑
    必须达到国家标准规定的能耗
    指标，要做到一下六点：
    1）规范的设计；
    2）合理的结构；
    3）良好的隔热保温设施；
    4）先进的热工系统；
    5）合理的焙烧制度；
   6）良好的施工质量。

节约能源以及洁净化生产
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2、洁净化生产
 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局2013年9月17日发布，2014年1月1日实施的《砖瓦工业大气污染物排放标准》（GB29620—2013）对烧结砖瓦企业大气污染物排放限值进行了规定。

表1  现有企业大气污染物排放限值  （单位：mg/m3 ）
生产过程 最高允许排放浓度 污染物排放监控位置
 颗粒物 二氧化硫 氮氧化物
（以NOX计） 氟化物（以总氟计） 车间或生产设施
排气筒
原料燃料破碎及制备成型 100    
人工干燥及焙烧 100 850(煤矸石)
400（其他）  3 

 表2  新建企业大气污染物排放限值  （单位：mg/m3 ）
生产过程 最高允许排放浓度 污染物排放监控位置
 颗粒物 二氧化硫 氮氧化物
（以NOX计） 氟化物
（以总氟计） 车间或
生产设施排气筒
原料燃料破碎及制备成型 30    
人工干燥及焙烧 30 300 200 3 

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   表3  现有和新建企业边界大气污染物浓度限值 (单位：mg/m3 )
序号 污染物项目 浓度限值
1 总悬浮颗粒物 1.0
2 二氧化硫 0.5
3 氟化物 0.02

自2014年1月1日起至2016年6月30日止，现有企业执行表1的规定; 自2016年7月起，现有企业执行表2的规定，自2014年1月1日起，新建企业执行表2 规定的大气污染物排放限值。从该标准的以上内容来分析，我们国家对烧结砖瓦企业是采取了一个逐步严格的政策，表1的规定只针对现有企业维持到2016年6月30日止，其间只有两年半的时间，表2的规定估计可以维持比较长一点的时间，但总体趋势肯定是越来越严格。
现在问题是比较严重的，我国绝大多数砖厂的烟气和粉尘是没有经过治理就排放到大气当中的，不仅对环境造成严重的污染，而且也损害了砖瓦行业自身的形象。关于隧道窑的废气治理和方法，国内有许多成熟的经验，我们将在另外的时间，专门与大家讨论解决的方案。在本次学习班里，了解和熟知国家的相关标准就行了。
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六、当前隧道窑建设中存在的问题
            The problems existing in the construction of tunnel kiln
    对当前隧道窑的发展状况，可以用两句话来概括，一是发展很迅速；二是低水平重复建设现象很严重。由于砖瓦行业的门槛太低，也缺失行业准入门槛的限制，以至于砖瓦行业成为国内罕见的没有产业政策约束的行业。许多没有经过专业培训、技术良莠不齐、没有资质的窑炉公司如雨后春笋般地涌现出来，造就了大量的不符合技术要求的隧道窑，形成了新一轮高能耗、高污染的低水平重复建设。

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七、思考题与作业
       To consider and homework
 1、思考题
 a、  隧道窑是烧结砖瓦企业最关键的设备，直接关系到一个企业的生存和发展。我们在选择隧道窑是时候，结合自己企业的实际，应当重点考虑哪些问题？
 b、   今后，无论新建或者改造原有的隧道窑，能耗指标和大气污染物排放标准都是强制执行标准，你觉得这会对砖瓦行业带来怎样的影响？你如何应对这样的变化？

 2、作业
      有一个企业，决定利用地铁工程中采掘出来“建筑废料”生产烧结砖，主要品种为kP1型承重多孔砖和空心砖，年产量1.2亿块（折合标砖），原料送设计院化验后得出：原料自然含水率13%，干燥敏感性系数为1.1，干燥收缩率为5%，其他化学成分符合烧结砖原料要求。如果你是这个企业的老板，你会考虑采用哪一种生产工艺？选择哪一种窑型？

思考题与作业