有关内燃窑窑炉加装天然气外燃系统的讨论

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摘要：0 引言 众所周知，2017年是国家对环保工作抓得最严的一年，对此，业内从业者都有强烈的感受。以煤作燃料的内燃技术是这次砖瓦环保风暴的风眼，尤其是在国务院颁布的26+2城市群范围

0 引言 众所周知，2017年是国家对环保工作抓得最严的一年，对此，业内从业者都有强烈的感受。以煤作燃料的内燃技术是这次砖瓦环保风暴的风眼，尤其是在国务院颁布的26+2城市群范围内的以煤作主要燃料的制砖行业遭受到前所未有的打击（一年有近4个多月不能够生产），甚至有些企业已经放弃了制砖行业而改行。 面对这个现状，我们制砖行业应该进行深刻的反省。因为我们整个行业太多的时间躺在成绩上，没有看到危机就在眼前，我们行业中引以为傲的主打产品KP1砖等，已经在日益发展的城市建设当中被主流市场抛弃，但是由于农村市场的成长掩盖了危机的发展，行业还是一片莺歌燕舞。在强调环保的今天，时代大潮给整个行业带来巨大的冲击，关键是我们制砖行业没有准备（没有技术升级，没有高质量产品的准备），所以现在整个行业处于一个不知道怎样前行的状态，没有应对国家环保部有关26+2城市群治理雾霾的具体方针。说的更直白些，内燃技术已经成为我们制砖行业的一个阶段，一个桎梏，尽管一些企业采取了一些降低排放污染措施，但是大多数企业只是装状样子，该怎么污染还怎么污染，因为污染治理成本是他们不可承受之重，关于此点笔者将另外阐述。我们必须迈向更高技术——外燃技术的发展。此文除内燃技术与外燃技术作一对比，并给出外燃技术的使用方向。 1 内燃与外燃对比分析 1.1 成本 我们的一些行业技术人员和一些研究院，总是沾沾自喜地以为我们是世界上最大内燃技术使用者和发展方。而实际上，内燃技术之所以在中国能够迅速和壮大，其最大的优势不是技术本身，而是其成本优势。众所周知，我们发展内燃技术有一个时间节点，是在引进西方公司的成套技术设备之后才飞速发展，以前大部分是土窑和轮窑。内燃加一次码烧技术的实现迅速降低了隧道窑使用成本，使得过去轮窑和土窑效率低的突出问题在内燃一次码烧技术上得到了突破。但是如果没有内燃的燃料（煤-煤矸石等可以加入到原材料中），其成本优势将荡然无存。因为使用天然气只能实现外燃，而且天然气的成本是烧煤成本的4倍左右（相同热值成本），加上固体煤可以加到原材料中进行内部燃烧和从外部向砖坯内部燃烧的热损失之差，估计外燃成本是内燃成本的7倍左右。 由于中国不是天然气生产大国，我们每年要进口天然气，使用天然气成本是最大的问题。这就是为什么外燃技术在中国无法推广的原因。但是国家环保政策的要求，烧煤，特别是使用煤矸石造成的环境污染是众人皆知的，我们行业中总有一些人打着使用工业废料的名义来加重环境污染。很少有愿意使用自己的资金来为环保做贡献，使用工业废料只是来掩盖他们污染环境的遮羞布，其实我们制砖企业所挣的利润根本不能够覆盖环境损失。环境处理是一个大课题，绝不是一烧而完的事情。在所有人都被要求使用天然气生产时，成本优势没有了，这时技术优势就要成为主要一环。而我们恰恰没有这个技术优势，我们没有特别节能的窑炉技术——外燃技术，这些都是欧洲公司普遍所使用的窑炉设计，见图1所示，这是一种非常节能的设计。 1.2 质量 图1 一种节能隧道窑 我们都非常清楚，内燃制品与外燃制品存在着非常大的质量差别。特别是我们在原材料制备时的粗放工艺，简直就是制造垃圾。使用我们的产品，只是适用于农村低端市场。而农村大规模建设也已经到了更新的阶段，特别是特色小镇建设，KP1类的简单砖型也即将失去市场（因为农村也在大量失去人口，城镇化的吸引和美好生活的向往）。没有质量上的优势，城市的主流市场就是我们这个行业的一个伤心市场，而城市是大量使用建材的主要市场。所有产品质量一定要提高，不然不光国家政策不支持，就连老百姓也会弃之不用。要想制品质量有优势，外燃技术是非常重要的一个环节。这也是我们行业中经常出现羡慕欧洲产品的一个关键原因。内燃砖和外燃砖的质量区别见图2、图3和图4所示。 图2 内燃制品的质量 图3 KP1砖 图4 外燃制品 1.3 性能 大家都知道这些年加气混凝土在上市场大行其道，为什么？ 1.3.1 适应主流市场的要求——节能，保温 由于我们制砖行业还在使用内燃+一次码烧技术，所以我们的产品质量和性能无法与加气混凝土对比，无法达到主流市场需要的节能要求。所以本应该是我们保温砖的市场被加气混凝土全面接收，不得已我们只能去农村市场。其实我们都知道加气混凝土有非常突出的缺点，但是他们完全打败了使用了上千年的红砖。现在加气混凝土使用天然气作燃料产生蒸养的蒸汽也受到国家政策的限制，但是他们能够坦然面对，没有产生抵触。而我们行业中很多人总是想着抱有一种网开一面的幻想，认为我们替国家处理固体废弃物就应该去污染一下。几种烧结保温砌块的导热性能见图5所示。 图5 几种烧结保温砌块的导热性能 1.3.2 制品的外观质量 用于使用内燃和一次码烧技术，再加上原材料处理不正确，所以我们的红砖制品外观极为难看，边角不齐，需要使用砂浆层来找平。而现代化砌筑已经要求使用更少的砂浆来砌筑。这些都是我们行业中不注意质量造成的。其实加气混凝土行业也是经过这个阶段，但是他们已经开始接受不使用废料做原材料，而开始使用合格的原材料。而我们行业有一个共识，我们大量使用工业废料。工业废料就需要处理严格原材料。使用工业废料不等于我们就可以制造废品。降低制品生产成本并不是只有原材料一个方面，其实提高产品成品率也是降低生产成本的一个非常重要的因素。在欧洲，如果制品成品率低于95%，这个企业就可以关门了，因为原材料和燃料损失已经超出了利润。我们内燃+一次码烧技术，往往使得企业忽视了制品成品率要求，因为燃料成本不高，没有紧迫感。如果使用外燃技术，制品成品率就是首要问题，没有高成品率，企业只有赔钱。 并且很不幸的是，由于环保要求，这个进程可能被迫加快，不然国家就不让你生产（使用天然气生产，才给你许可证，特别是在冬天采暖季）。其实本应该自然升级技术，但是大家不是去想着怎样遵守国家的法规，而是想着怎样突破国家政策，找点空子。给内燃窑简单加装天然气外燃装置就是奇葩一个。 2 内燃窑直接改外燃不可取 笔者曾经考察过很多国内生产线，不客气地说，大多数国内内燃窑生产线都是低层次设计、低层次施工的结果，根本不具备任何改造或继续生产的必要性。为了适应26+2城市群环保要求，竟然有很多内燃窑生产线企业争先恐后地简单加装天然气外燃管道（笔者不想叫做装置，因为装置标志着有规章可寻，有设计要求可看）。殊不知，加装天然气外燃装置是一个复杂的工程，不是简单装上去就行的。这里笔者想强调以下几点。 2.1 天然气是国家规定的三级爆炸危险品 啥叫三级，就是最高等级（民用）的危险品，这就解释了为什么要有专门的天然气施工企业来专门施工，绝不是我们任意随想的事情。 2.2 内燃窑的设计有其特殊性 大家都是内燃窑使用方面的专家，在这里不想赘述。笔者想强调一点，内燃窑设计时留有的窑顶投煤孔（注意，投煤孔只是为了在内燃热量不够时进行简单外加燃料的一个专用孔洞），为的是将煤或其他固体燃料投到砖垛上增加燃烧的热量，不是可以简单外装烧嘴之用。 （1）孔洞大小设计问题，由于要进行投入固体燃料，那么孔洞大小是有限制。如果加装烧嘴，就要根据烧嘴直径而重新打孔或者加塞铝棉。投煤孔见图6所示。 图6 外燃窑投煤孔 （2）内燃窑的码坯方式与外燃窑的码坯方式不一样。内燃窑是靠制品内部热量燃烧，所以风道设计和外燃窑的火道设计是不一样的。这就是为什么内燃窑投煤孔是专门开在砖垛上，而外燃窑烧嘴孔要开在火道上（砖垛与砖垛之间）。二者根本不是一回事，不能够简单地叠加，其区别见图7和图8所示。 （3）窑炉上的风道设计也不一样。大家非常熟悉内燃窑的风道设计，简单一组风机直接拔风来进行窑内燃烧过程，整个窑炉都可以视作为燃烧过程的风道。而外燃由于是燃料与助燃风一起加注到窑炉中，那么每一个烧嘴就需要单独的火道来进行充分燃烧（燃烧不充分就会产生大量一氧化碳，特别危险，因为一氧化碳遇明火立刻爆炸，其威力要远远大于炸弹的威力）。 图7 内燃窑码坯方式（只有风道，没有火道） 图8 外燃窑炉的码坯方式（留有火道） （4）外燃对码窑高度、烧嘴数量、烧嘴的火焰长度及助燃风注入量有严格的要求。由于我们这么多年没有进行外燃技术研发，所以很多人对于使用燃气外燃加注助燃风风量缺乏应有的知识。国际上对燃气与助燃风量有着严格的规定，不是随心所欲的，要经过大量计算。而天然气通入量也要根据火道的宽度和高度进行计算。助燃风的温度也有一定的要求，在什么温度下有多大风量要经过科学计算，不然窑炉温度会不稳定，就可能影响到制品的成品率。 （5）由于天然气是三级危险品，需要对外燃装置进行非常严格的安全设计。加装止流阀，加装侧漏设施等，有一套严格要求。如图9所示的这种简单安装能否合格呢？国外外燃窑的设计简图和实际工程图见图10和图11。 图9 简单加装的外燃管道 图10 外燃窑设计简图 我们可以创新，可以节约，但是在对待三级危险品的情况下，我们还是非常有必要小心，小心，再小心。 图11 外燃窑实际工程图 （6）根据上面的安装要求，那么内燃窑窑顶的设计是否容许我们在顶上加装如此装置呢？ 回答是否定的。因为内燃窑窑顶设计非常简单，没有安装长期重质荷载的烧结窑顶。而天然气外燃设施有一定重量要求，同时在运转中有振动荷载产生。那么简单的耐火砖砌顶是否能够承载这么多振动和重量呢？一定要经过设计计算，而不是简单凭想象。不然可能会造成塌顶，或者降低窑炉使用寿命。而外燃窑在设计上使用钢梁加固窑炉承载力，同时使用冷却系统来延长窑顶的寿命，所以外燃窑的造价不是简单的内燃窑的加强。 曾经有某公司人员对笔者说，在使用外燃时我们就使用外热码坯形式，以便减少外燃没有火道问题。但是我们的隧道窑是一个连续性生产的窑炉，您无法严格区分那一车是外燃码坯，那一车是内燃码坯形式。而且外燃天然气烧嘴组也不是一组，可能第一组没有碰到火道问题，那么第二组，第三组呢？而我们的企业家们都特别喜欢追求高产量，不可能清窑后再改换码坯方式，那么损失会更大。 3 结束语 综上所述，笔者认为对内燃窑的简单改造是不可取的。一定要严格区分，切不可以盲目蛮干，现在已经出现了内燃窑加外燃设施发生运转爆炸事件，而且不是个别的。投机取巧的做法一定要改，不然出事故是早晚难免的大概率事件。 0 引言众所周知，2017年是国家对环保工作抓得最严的一年，对此，业内从业者都有强烈的感受。以煤作燃料的内燃技术是这次砖瓦环保风暴的风眼，尤其是在国务院颁布的26+2城市群范围内的以煤作主要燃料的制砖行业遭受到前所未有的打击（一年有近4个多月不能够生产），甚至有些企业已经放弃了制砖行业而改行。面对这个现状，我们制砖行业应该进行深刻的反省。因为我们整个行业太多的时间躺在成绩上，没有看到危机就在眼前，我们行业中引以为傲的主打产品KP1砖等，已经在日益发展的城市建设当中被主流市场抛弃，但是由于农村市场的成长掩盖了危机的发展，行业还是一片莺歌燕舞。在强调环保的今天，时代大潮给整个行业带来巨大的冲击，关键是我们制砖行业没有准备（没有技术升级，没有高质量产品的准备），所以现在整个行业处于一个不知道怎样前行的状态，没有应对国家环保部有关26+2城市群治理雾霾的具体方针。说的更直白些，内燃技术已经成为我们制砖行业的一个阶段，一个桎梏，尽管一些企业采取了一些降低排放污染措施，但是大多数企业只是装状样子，该怎么污染还怎么污染，因为污染治理成本是他们不可承受之重，关于此点笔者将另外阐述。我们必须迈向更高技术——外燃技术的发展。此文除内燃技术与外燃技术作一对比，并给出外燃技术的使用方向。1 内燃与外燃对比分析1.1 成本我们的一些行业技术人员和一些研究院，总是沾沾自喜地以为我们是世界上最大内燃技术使用者和发展方。而实际上，内燃技术之所以在中国能够迅速和壮大，其最大的优势不是技术本身，而是其成本优势。众所周知，我们发展内燃技术有一个时间节点，是在引进西方公司的成套技术设备之后才飞速发展，以前大部分是土窑和轮窑。内燃加一次码烧技术的实现迅速降低了隧道窑使用成本，使得过去轮窑和土窑效率低的突出问题在内燃一次码烧技术上得到了突破。但是如果没有内燃的燃料（煤-煤矸石等可以加入到原材料中），其成本优势将荡然无存。因为使用天然气只能实现外燃，而且天然气的成本是烧煤成本的4倍左右（相同热值成本），加上固体煤可以加到原材料中进行内部燃烧和从外部向砖坯内部燃烧的热损失之差，估计外燃成本是内燃成本的7倍左右。由于中国不是天然气生产大国，我们每年要进口天然气，使用天然气成本是最大的问题。这就是为什么外燃技术在中国无法推广的原因。但是国家环保政策的要求，烧煤，特别是使用煤矸石造成的环境污染是众人皆知的，我们行业中总有一些人打着使用工业废料的名义来加重环境污染。很少有愿意使用自己的资金来为环保做贡献，使用工业废料只是来掩盖他们污染环境的遮羞布，其实我们制砖企业所挣的利润根本不能够覆盖环境损失。环境处理是一个大课题，绝不是一烧而完的事情。在所有人都被要求使用天然气生产时，成本优势没有了，这时技术优势就要成为主要一环。而我们恰恰没有这个技术优势，我们没有特别节能的窑炉技术——外燃技术，这些都是欧洲公司普遍所使用的窑炉设计，见图1所示，这是一种非常节能的设计。1.2 质量图1 一种节能隧道窑我们都非常清楚，内燃制品与外燃制品存在着非常大的质量差别。特别是我们在原材料制备时的粗放工艺，简直就是制造垃圾。使用我们的产品，只是适用于农村低端市场。而农村大规模建设也已经到了更新的阶段，特别是特色小镇建设，KP1类的简单砖型也即将失去市场（因为农村也在大量失去人口，城镇化的吸引和美好生活的向往）。没有质量上的优势，城市的主流市场就是我们这个行业的一个伤心市场，而城市是大量使用建材的主要市场。所有产品质量一定要提高，不然不光国家政策不支持，就连老百姓也会弃之不用。要想制品质量有优势，外燃技术是非常重要的一个环节。这也是我们行业中经常出现羡慕欧洲产品的一个关键原因。内燃砖和外燃砖的质量区别见图2、图3和图4所示。图2 内燃制品的质量图3 KP1砖图4 外燃制品1.3 性能大家都知道这些年加气混凝土在上市场大行其道，为什么？1.3.1 适应主流市场的要求——节能，保温由于我们制砖行业还在使用内燃+一次码烧技术，所以我们的产品质量和性能无法与加气混凝土对比，无法达到主流市场需要的节能要求。所以本应该是我们保温砖的市场被加气混凝土全面接收，不得已我们只能去农村市场。其实我们都知道加气混凝土有非常突出的缺点，但是他们完全打败了使用了上千年的红砖。现在加气混凝土使用天然气作燃料产生蒸养的蒸汽也受到国家政策的限制，但是他们能够坦然面对，没有产生抵触。而我们行业中很多人总是想着抱有一种网开一面的幻想，认为我们替国家处理固体废弃物就应该去污染一下。几种烧结保温砌块的导热性能见图5所示。图5 几种烧结保温砌块的导热性能1.3.2 制品的外观质量用于使用内燃和一次码烧技术，再加上原材料处理不正确，所以我们的红砖制品外观极为难看，边角不齐，需要使用砂浆层来找平。而现代化砌筑已经要求使用更少的砂浆来砌筑。这些都是我们行业中不注意质量造成的。其实加气混凝土行业也是经过这个阶段，但是他们已经开始接受不使用废料做原材料，而开始使用合格的原材料。而我们行业有一个共识，我们大量使用工业废料。工业废料就需要处理严格原材料。使用工业废料不等于我们就可以制造废品。降低制品生产成本并不是只有原材料一个方面，其实提高产品成品率也是降低生产成本的一个非常重要的因素。在欧洲，如果制品成品率低于95%，这个企业就可以关门了，因为原材料和燃料损失已经超出了利润。我们内燃+一次码烧技术，往往使得企业忽视了制品成品率要求，因为燃料成本不高，没有紧迫感。如果使用外燃技术，制品成品率就是首要问题，没有高成品率，企业只有赔钱。并且很不幸的是，由于环保要求，这个进程可能被迫加快，不然国家就不让你生产（使用天然气生产，才给你许可证，特别是在冬天采暖季）。其实本应该自然升级技术，但是大家不是去想着怎样遵守国家的法规，而是想着怎样突破国家政策，找点空子。给内燃窑简单加装天然气外燃装置就是奇葩一个。2 内燃窑直接改外燃不可取笔者曾经考察过很多国内生产线，不客气地说，大多数国内内燃窑生产线都是低层次设计、低层次施工的结果，根本不具备任何改造或继续生产的必要性。为了适应26+2城市群环保要求，竟然有很多内燃窑生产线企业争先恐后地简单加装天然气外燃管道（笔者不想叫做装置，因为装置标志着有规章可寻，有设计要求可看）。殊不知，加装天然气外燃装置是一个复杂的工程，不是简单装上去就行的。这里笔者想强调以下几点。2.1 天然气是国家规定的三级爆炸危险品啥叫三级，就是最高等级（民用）的危险品，这就解释了为什么要有专门的天然气施工企业来专门施工，绝不是我们任意随想的事情。2.2 内燃窑的设计有其特殊性大家都是内燃窑使用方面的专家，在这里不想赘述。笔者想强调一点，内燃窑设计时留有的窑顶投煤孔（注意，投煤孔只是为了在内燃热量不够时进行简单外加燃料的一个专用孔洞），为的是将煤或其他固体燃料投到砖垛上增加燃烧的热量，不是可以简单外装烧嘴之用。（1）孔洞大小设计问题，由于要进行投入固体燃料，那么孔洞大小是有限制。如果加装烧嘴，就要根据烧嘴直径而重新打孔或者加塞铝棉。投煤孔见图6所示。图6 外燃窑投煤孔（2）内燃窑的码坯方式与外燃窑的码坯方式不一样。内燃窑是靠制品内部热量燃烧，所以风道设计和外燃窑的火道设计是不一样的。这就是为什么内燃窑投煤孔是专门开在砖垛上，而外燃窑烧嘴孔要开在火道上（砖垛与砖垛之间）。二者根本不是一回事，不能够简单地叠加，其区别见图7和图8所示。（3）窑炉上的风道设计也不一样。大家非常熟悉内燃窑的风道设计，简单一组风机直接拔风来进行窑内燃烧过程，整个窑炉都可以视作为燃烧过程的风道。而外燃由于是燃料与助燃风一起加注到窑炉中，那么每一个烧嘴就需要单独的火道来进行充分燃烧（燃烧不充分就会产生大量一氧化碳，特别危险，因为一氧化碳遇明火立刻爆炸，其威力要远远大于炸弹的威力）。图7 内燃窑码坯方式（只有风道，没有火道）图8 外燃窑炉的码坯方式（留有火道）（4）外燃对码窑高度、烧嘴数量、烧嘴的火焰长度及助燃风注入量有严格的要求。由于我们这么多年没有进行外燃技术研发，所以很多人对于使用燃气外燃加注助燃风风量缺乏应有的知识。国际上对燃气与助燃风量有着严格的规定，不是随心所欲的，要经过大量计算。而天然气通入量也要根据火道的宽度和高度进行计算。助燃风的温度也有一定的要求，在什么温度下有多大风量要经过科学计算，不然窑炉温度会不稳定，就可能影响到制品的成品率。（5）由于天然气是三级危险品，需要对外燃装置进行非常严格的安全设计。加装止流阀，加装侧漏设施等，有一套严格要求。如图9所示的这种简单安装能否合格呢？国外外燃窑的设计简图和实际工程图见图10和图11。图9 简单加装的外燃管道图10 外燃窑设计简图我们可以创新，可以节约，但是在对待三级危险品的情况下，我们还是非常有必要小心，小心，再小心。图11 外燃窑实际工程图（6）根据上面的安装要求，那么内燃窑窑顶的设计是否容许我们在顶上加装如此装置呢？回答是否定的。因为内燃窑窑顶设计非常简单，没有安装长期重质荷载的烧结窑顶。而天然气外燃设施有一定重量要求，同时在运转中有振动荷载产生。那么简单的耐火砖砌顶是否能够承载这么多振动和重量呢？一定要经过设计计算，而不是简单凭想象。不然可能会造成塌顶，或者降低窑炉使用寿命。而外燃窑在设计上使用钢梁加固窑炉承载力，同时使用冷却系统来延长窑顶的寿命，所以外燃窑的造价不是简单的内燃窑的加强。曾经有某公司人员对笔者说，在使用外燃时我们就使用外热码坯形式，以便减少外燃没有火道问题。但是我们的隧道窑是一个连续性生产的窑炉，您无法严格区分那一车是外燃码坯，那一车是内燃码坯形式。而且外燃天然气烧嘴组也不是一组，可能第一组没有碰到火道问题，那么第二组，第三组呢？而我们的企业家们都特别喜欢追求高产量，不可能清窑后再改换码坯方式，那么损失会更大。3 结束语综上所述，笔者认为对内燃窑的简单改造是不可取的。一定要严格区分，切不可以盲目蛮干，现在已经出现了内燃窑加外燃设施发生运转爆炸事件，而且不是个别的。投机取巧的做法一定要改，不然出事故是早晚难免的大概率事件。

文章来源：《内燃机与配件》 网址: http://www.nrjypj.cn/qikandaodu/2020/0529/338.html

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