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窑炉的干燥原理【知识】

阳谷窑炉平台2018-06-27 20:59:54


烧结砖在生产过程中,坯体的干燥从以往自然晾晒到近些年普及的人工干燥,是整个工艺流程中不可或缺的重要一环。干燥效果的优劣在很大程度上左右着焙烧窑的产能,制品各项性能指标等多个方面。


国内现有的几类干燥设施中以直通隧道式一次或一次半码烧为生产工艺的干燥室居多。该类干燥室与焙烧窑炉并列,内部宽度相等,使用焙烧窑车作为砖坯的承载工具,适宜实心、部分多孔等型号的坯体干燥。以工序少、自动化程度高、技术成熟而被广泛的应用,下面对这类干燥做个简要的分析。


1、干燥原理


坯体在干燥过程中,依然要经过加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段。干燥的过程就是坯体与干燥介质(热风)在干燥室中进行热湿交换的过程。热介质将自身的热量传递给坯体,带走由湿坯体中扩散出来的水分,本身温度下降,湿度增加。由较高温度、较低含湿量的气体变为温度较低、含湿量较大的气体,通过排潮系统排出干燥室外。坯体吸收热后温度升高,同时排出其中的水分,从低温、高湿、较重的坯体慢慢变成温度较高,含水率较低、重量较轻的坯体。

在干燥的加热阶段,热介质传递给坯体的热量除了用于蒸发坯体中的水分外,还有一定的热量用来加热坯体。由于坯体温度较低,热介质温度较高,在温度梯度的作用下使坯体温度升高。

在等速干燥阶段,热介质传递给坯体的热量大部分用来进行坯体内水分的扩散和蒸发,同时加热坯垛内部的坯体。到了干燥的中后期,几乎所有的坯体与热介质两者的温度就会基本相同。

在降速干燥阶段,坯体中的水分大部分被排出,干燥速度比等速阶段有明显下降。


2、干燥室构造


每条干燥室都具有供热与排潮两种功能,供热方面分为供热到进湿坯窑车的顶端与中途两种结构。供热到头的供热结构适宜页岩、煤矸石类坯体的干燥,可以较早的供给热风,干燥速度快而且抗塌坯效果也较好一点。干燥室中后部供热的适宜干燥敏感系数高的坯体,如:黏土类坯体,来自干燥室中后部的潮湿气体,在低温、湿润的环境下让坯体缓慢接受温度,逐渐的升温、脱水,从而降低了坯体裂纹的几率。在干燥初期的1~6个车位内提供的温度比外界温度高出5℃~20℃,相对湿度保持在65%-90%之间。这个温度与湿度的幅度应以季节气温变化或裂纹敏感性而作适当的调整。

排潮分为正压和负压两种形式。正压排潮又分为风机和烟囱两种。烟囱高度在3.5m~6.0m之间为多,太低的烟囱会致使烟气往焙烧窑顶飘散,弄得焙烧窑工无法正常操作。但是烟囱排潮可以节省电力、风机等能耗与设施,而且排潮均匀程度也较好,没有回潮和外界吸入冷风的干扰。与之相配套的是供热到头的供热形式,供热与排潮两种设施如果协调的好了其干燥效果还是令人满意的。但遇到阴雨、雾天、大风天气时会影响烟囱的排潮能力,影响干燥的效率。另外四处飘散的烟尘也无法治理。风机排潮如果能规范使用的话他的排潮力度相对会强一些,可以提高热与湿的交换率,干燥效果也令人满意。排潮风机由一台或多台构成,废烟气统一收集后作除尘、除硫等环保处理时也较易实现。

热介质通过专用风道输送至干燥室,由各个供热风口按需要量分配到一定的部位。供热风口分为顶供热、两侧下部供热和交叉供热多种形式。下面是3.3m~4.6m断面干燥室供热布置的形式:主体结构以两侧下部供热为主,顶部供热为辅。供热口间距应适宜,即应与窑车上的码坯形式相对应。过于稀疏时易导致加热缓慢而降低干燥效率和塌坯的出现。供热风口砌筑的大小应以干燥阶段的不同而不同。在加热初期阶段4~6h内供给坯体的热量要均匀、温和、平缓一些,让刚进入干燥室的湿凉坯体有个逐渐适应的过程。加热的中期阶段热风口应以增加供热量,提高热湿交换率。到了加热的后期阶段,应使供热量再加大一些。到了等速干燥阶段的初期,应再次加大供热量。到了等速干燥的后期,坯垛表层的坯体已经基本干燥好了,只是坯垛内部仍有较湿的坯体,这时的供热风口应砌筑小一点,用强劲的热风吹至坯体的中部,此时的供热风压达到顶峰后就逐渐的减小下来。到了降速干燥阶段的后期就停止了供热,经过2h~3h的降温后推出了干燥室。在送热风道中安装2~4个风闸,可为调节干燥各阶段供热大小提供便利。送热风道在一定距离上要预留一个供人出入的检修口,以方便维护。供热风口砌筑的规格大小是保障温度曲线重要措施之一。热介质的温度一般维持在125~160℃之间为好,但还要以制坯材料和供热结构不同而作适当的调整。季节变化时也要考虑热介质温度的调整。

干燥室长度在75m~110m之间的较多,数量上分为“一烧一烘”或“两烧三烘”等多种情况。长度与条数的多少决定着干燥周期的长短与干燥效果的优劣。实践证明较长或条数较多的干燥室,其干燥效果要好一些。但在设计建造干燥室时应以长度代替条数多为妥,这样便于日后的运行操作和管理,节约附属设备和电能。干燥室的长度相对较长时供热、排潮能有个宽松的环境,坯体在干燥的各个阶段反应较为平缓,温度、湿度曲线相对稳定,裂纹、塌坯现象减少或杜绝,干燥后的含水率也会较低一些。


3、其他因素对干燥的影响


3.1 我国地大物博,制砖原材料种类繁多,有页岩、煤矸石、尾矿、黏土、沙土等。在原材料选用时除了具有烧结后的坚固、耐久性,容易挤出成型等性能外,还要考虑干燥性能,如:干燥敏感性系数大小、周期长短等。多数的页岩、煤矸石经过破碎后粗细比例只要适中,它的干燥敏感性要小些,裂纹程度轻微或不存在。黏土类大多干燥敏感性会大一些,配料时要掺入些页岩、煤矸石、炉渣、废砖粒、粉煤灰等以增加其骨料比例,即可减弱干燥敏感性,又增强了坯体的透气性,脱水速度随之加快,使干燥周期变短。

3.2 气候变化也会对干燥造成一定的影响。北方的冬天和早春季节外界气温较低,即使保温好点的车间内坯体也只有2℃~10℃的温度,坯体推入干燥室后需要吸收一定的热量,需要一个时间过程才能达到夏秋季节外界坯体的温度。温度越低的坯体回潮凝露现象越严重。在加上窑车、室顶、室壁气密或保温性差时,外界的冷风就会吸入干燥室内。送入干燥室内的热风温度也相应的比夏秋季节低,易出现坯垛倒塌,坯体含水率偏高等现象的发生。

夏秋多雨天气使泥料含水率增高。有时成型不需要加入水分,坯体仍然含水率偏高、强度差。外界的潮湿环境让放置在车间内的坯体脱水也较少。有些露天的干燥室雨水渗漏进入风道或淋塌了坯垛。雨水渗入送热风道后增加了潮气浓度,降低了送热的温度。如果雨水漏入排潮风道内时致使排潮能力下降。以上几种情况都会不同程度的影响到干燥效果,造成坯体含水率偏高,坯垛的倒塌,破坏坯体原有的致密程度,制品裂纹、哑音等多种缺陷。


4、缺陷治理4.1 塌坯


①潮塌,排潮力度偏小或排潮风机损坏时,造成干燥室内部湿度加剧,在干燥的早中期阶段坯体较易被软化、酥化而倒塌。对于刚建成投产的干燥室在使用前要充分了解室壁、回填料、各烟道内及窑车垫砖的含水率状况,严防生产初期因湿度过大造成坯垛的倒塌;

②回潮,供热到头的干燥室应注意潮气在哪里产生就要从哪里排出去,切忌让潮气串流。当潮气由进湿坯端向干燥室的中部串流时,则干燥脱水速率降低;当潮气由干燥室的中部向进湿坯端串流时,湿热的气体遇到较凉的坯块就会产生凝露现象,凝结成的小水滴便会分布在热凉相遇处的坯块上。经过渗透、分解导致坯体失去原有强度而坍塌,尤其在寒冷季节里造成的倒塌愈加严重。回潮现象的产生是由不当的排潮方式引起的;

③供热不当,有些供热到头式的干燥室由于种种操作不当,致使进湿坯端的数个车位坯车没有热介质供给,于是该部位的坯体脱水状况形同于干燥室外放置的坯体含水率一样高,当移动至干燥室中部时遭遇到突然的高温而坍塌。干燥室进湿坯端1~8个车位应缓慢、逐渐的加热升温,这样除了防止坯体开裂外,还具有预防塌坯的作用。尤其在冬春季节干燥初期升温过猛就会塌坯,这要在供热量和供热温度上妥当处理。局部供热量过大时也会造成坯垛的倒塌,在干燥过程中正压与负压是有一定比例的,一般把干燥室的末端8~15m设置成正压,一可均匀该部位坯垛的温度,二也可用高温密闭干燥室尾部,杜绝由全负压状态下抽入的冷风灌入尾部,致使室温下降太多。但是正压距离偏长,压力又太大时干燥室内的高温就会被下压至窑车下面,沿着窑车底向排潮强度高的地方流动,由该处再次进入干燥室内;

④进坯频率,任何一种设备都有其产能,假如超过了它的负荷就会发生故障,干燥室也不例外。多长时间进入一车湿坯体,拉出一车干坯体,因各厂情况不同而不同。如果超过它的极限产能,频繁的装入和拉出,那么偏湿的坯体未干燥至一定的强度就被推至高温区域,就会引起坯垛的倒塌。或者在操作时没按均匀的节奏装入湿坯体,长时间的不进坯,进坯时又短时间内推入多辆车,都会引起不同数量的塌坯。


4.2 坯体含水率偏高


较干的坯体在焙烧时对火行速度,制品质量有着许多的益处。可通过控制挤出含水率,延长坯体在车间内放置的时间,规范、合理的调节使用干燥室等举措,把入焙烧窑坯体的含水率控制在5%以内,并且越低越好。

坯体在干燥的中后期热介质温度应尽量高一些,确保热风能吹进坯垛内部的各个部分。杜绝干燥室各处漏风部位,减少外界温度对干燥室内温度的影响。排潮量要在各段合理调节,只要能把潮气排尽就好。排力太强或太弱对干燥都有不利的影响。每拉出一车干坯,在数分钟内就该装入湿坯,切忌长时间的不装坯,短时间内又装入多辆坯车,导致室内温湿度曲线起伏过大。

坯垛结构的不同也会对干燥脱水速率有着明显的影响。同一单位面积内码放稀硫的坯垛就会干燥的快,而且干湿也较均匀。究其原因是稀码后的坯垛透气性增加,减少了湿热交换的阻力。但从产能和焙烧火度均匀的角度考虑就要协调好这两者的矛盾,可采取边密中稀、上密下稀,规范合理的布局垛体结构形式来解决这个问题。使用码坯机码坯是一种较好的选择,它的垛体以“头对头”、“缝对缝”,火道笔直等为优点。

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