高温隧道窑稳定工况研究

杨忠德，白晓虎，陶玕，刘德嵩，赵 鹏，沈 朋

(安徽海螺暹罗耐火材料有限公司,安徽 芜湖 241000)

某公司于2012年由某单位承建投产两条高温隧道窑，最高设计温度1 800 ℃，采用西门子S7-400PLC来实现隧道窑的温度、压力和流量的控制，并实现了窑车的全自动转运。自建成投产以来，整体运行稳定，窑体结构稳固，未进行过大修；控制系统运行平稳，灵活可靠。但由于隧道窑使用年限较长，自2019年以来，逐渐出现窑内砖垛位置偏差、火焰扫砖、烧成温度控制不稳、气耗偏高等异常情况。针对这些问题，烧成工段员工经过分析试验和一系列调整，使以上问题得到彻底解决，隧道窑产能得到充分发挥。

1 隧道窑存在问题及分析

(1)自2019年以来，高温隧道窑逐渐出现了窑内砖垛位置偏离火道现象，虽然经过调整窑头推车机限位开关仍未能纠正，由于砖垛位置偏离火道，导致火道位置的成品砖出现火焰扫砖情况，影响了产品的外观；

(2)烧成带温度控制不稳，出现波动，同时单位产品能耗也有所上升；

(3)第3个问题是推车速率增加时，出现产品欠烧现象。

砖垛位置偏离火道及火焰扫砖现象原因分析：隧道窑在长期运行过程中，窑车砖逐渐膨胀，虽然窑车砖设计采用了锁扣结构，仍未能完全阻止窑车衬砖的变形。随着使用时间的延长，导致窑车与窑车接触时出现砖顶砖情况，窑车实际外形尺寸大于理论尺寸。经过实测，是然每辆窑车的变形量仅为3～5mm，但是由于窑内窑车有52辆，致使窑车总长度明显增加，出现烧成带砖垛位置与火道不相符，火焰扫砖。

烧成带温度控制不稳，出现波动，同时单位产品能耗上升原因分析：烧成带温度不稳的原因在于窑内气流不稳定，隧道窑的压力制度与烧成制度不相适应；窑内气流不稳定，烧嘴燃烧产生的烟气受到了阻挡，是由于砖垛位置与火道不相符，导致火焰相对偏离了火道，火焰直接吹扫到制品表面，形成火焰印痕。并且导致天然气未能完全燃烧，燃耗上升。

推车速率增加时，产品欠烧原因分析：推车速度增加时，窑内制品向前运行速度加快，为保证制品升温速度的需要，要求烟气传递给制品的热量相应增加，此时应加大烟气流量或者提高烟气的温度。如果未能及时调整，则由于产品在预热带吸收的热量不足，温度偏低，导致在烧成带无法按预定的烧成曲线完全烧成，出现欠烧现象。

2 改进措施

2.1 窑车尺寸的控制

由于单台隧道窑窑车衬砖的膨胀量较小，难以凭肉眼观察出来，在窑外测量时又缺乏基准，导致在一段时间内无法准确找到砖垛偏离火道的真正原因。在生产过程中，通过不断调整液压推车机推头位置，以及制品码垛方位置的措施，都无法彻底解决火焰扫砖现象。后通过生产现场的长期观察、分析，最终确定是窑车衬砖膨胀导致窑车无法靠近，窑车衬砖之间预留的25 mm宽间隙已经完全消失，窑内窑车因膨胀累积的误差导致砖垛偏离火道。因此，公司决定对所有窑车衬砖进行拆卸大修，窑车尺寸恢复后，窑内窑车累积总长度缩短了160 mm，窑内砖垛位置恢复正常，制品表面出现的火焰扫砖情况完全消除。

2.2 窑内压力制度的优化

这2座隧道窑的烧成带是从23#到34#车位，采用正压控制，零压车位设定在23#车位，烧成带压力始终控制为微正压。在实际生产过程中，隧道窑烧成产品品种较多，烧成的温度曲线经常进行调节，操作人员发现将零压车位始终固定在23#车位会影响某些产品的烧成成品率，出现欠烧现象。经过长期调整，我们发现，在不改变砖垛码垛方式的前提下，适当的调整窑头排烟风机转速，将0压车位后移2～3个车位，增大窑内抽力，从而增加烧成带前段温度，可以使耐火砖保温时间充足，完全消除部分产品欠烧现象。实验证明，0压车位每后移一个车位，23#车位温度将上升20～30 ℃，也起到很好的砖坯的预烧作用。进行此操作要注意观察排烟温度的上升情况，不宜过高。

2.3 烧嘴控制方式的调整

隧道窑由于窑体结构的原因，建设之初确定的燃烧控制方式是助燃风总流量与天然气总流量按比例调节，分区天然气流量与该区的4个测温点中的第二高点联锁控制，分区的助燃风流量手动控制。在实际生产过程中，这种控制方式有很大优点，为公司产品的能耗控制发挥了十分积极的作用。但是由于分区助燃风流量为手动控制，在生产过程中由于生产制度的变化时常会出现天然气和助燃空气比例出现偏差的情况。有时燃气过多造成燃气不完全燃烧，导致局部烧成温度偏低的情况；有时助燃风量明显偏高，导致烧成带烟气氧含量明显升高。为此，操作人员发现，在实际生产中不能完全依靠自动控制系统进行调节，还需要经常现场观察各个烧嘴的火焰燃烧情况，必要时可将部分车位天然气控制调至手动模式，手动减少天然气的流量，并适当调节该车位的助燃空气流量进行匹配，待该车位温度相对稳定后再投入自动。

2.4 空燃比的调整

由于该隧道窑运行时间已经超过8年，期间始终未进行大修，窑体各部位状况均有所变化，助燃空气流量测量仪表也逐渐出现偏差情况。在隧道窑运行的前几年，全窑的空燃比始终控制在10∶1的状况，运行效果良好。近2年来，观察烧嘴火焰燃烧状况，发现火焰有不同程度的发散、“飘火”现象，通过对助燃风量的手动调整，并且将全窑的空燃比逐渐减小为8∶1时，烧成带富氧量可控制在2%左右，烧嘴火焰刚性较强，炉膛明亮，燃烧效果良好，吨砖平均气耗降低2～3 m3/t(标准)。

3 改进效果

通过隧道窑窑车衬砖进行大修，对隧道窑压力制度、烧嘴控制方式和全窑空燃比的调整，消除了生产过程中出现的各种不利因素，隧道窑的运行效果得到了明显的改善，产品成品率由97%提高到98%以上，吨产品平均气耗也降低2～3 m3(标准)，对后续隧道窑的操作具有指导意义。