不同內燃料對燒結磚生產的影響

燒結磚的內燃焙燒工藝，也稱內燃燒磚。這是利用原料本身含有的固體可燃物，或是將固體燃料摻配到制磚原料中，與制磚原料一同進行加工處理之后，成型為坯體，經干燥后送到窯爐里焙燒。通過坯體內的固體含能物質燃燒來完成（或幫助完成）磚制品的焙燒，稱之為內燃焙燒。坯體內的固態含能可燃物叫做內燃料。目前我國絕大部分燒結磚企業，不管使用的是哪種焙燒窯爐，絕大部分都是采用內燃焙燒工藝。

可作為內燃料的固體可燃物很多，其中使用最多、最普遍的是煤炭以及煤炭生產或使用后產生的含碳工業廢棄物——煤矸石、煤泥、粉煤灰、爐渣等。另外還有生物質燃料，如鋸末、粉碎后的秸稈、柴草、樹木枝葉等。

不同的內燃料對燒結磚生產的作用和影響不一樣，這和它們的成分及燃點、發熱量等燃燒性能有關。

1.各種固體燃料的成分

固體燃料的成分分類方法有多種，其中國家標準GB/T212《煤的工業分析方法》和GB/T28731《固體生物質燃料工業分析方法》都是按燃料的燃燒特點和對燃料使用的要求，把固體燃料的成分分為水分、揮發分、灰分和固定碳四項。

（1）固體燃料中的水分

各種固體燃料在被送交成分檢測時和交付使用時都含有一點量的水分，水分是燃料的重要組成部分，是這些固體燃料客觀存在的事實。固體燃料里的水分按其存在形態分為兩類，即游離水和化合水。游離水是以物理狀態吸附在燃料顆粒內部毛細管中和附著在燃料顆粒表面的水分；化合水也叫結晶水，是以化合的方式同燃料中物質結合的水。游離水在105～110C的溫度下經過若干時間加熱可蒸發掉，而結晶水通常要在200C以上才能分解析出。燃料工業分析測定的水分只是游離水，不測結晶水。水分在燃料燃燒時蒸發吸熱，消耗燃料燃燒產生的熱能。燃料中的水分增多會減少燃料的有效成分，降低燃料的發熱量，提高燃料的燃點，不易著火，影響焙燒前期的升溫速度，是燃料中的有害成分；

（2）固體燃料的揮發分

固體燃料中的揮發分，是燃料中的有機質在150～900℃溫度條件下隔絕空氣加熱，在受熱過程中陸續分解而產生的多種氣體揮發物。這些揮發物不是燃料固有的,不是燃料中的碳，而是燃料在特定溫度下熱解產出的氣體，含有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫以及其他復雜的有機可燃性化合物組成的混合氣體，其中大部分是可燃氣體，是形成燃料全部完全燃燒總發熱量的一部分。揮發分的熱值視其成分不同懸殊很大，低的約為2000×4.2kJ/kg，含氫氣多的揮發分熱值可高達12000×4.2kJ/kg。

這些可燃性氣體揮發物的燃點很低，因此揮發分在燃料里含量的多少很大程度上決定了該燃料的著火點（即燃點)的高低，也影響燃料的發熱量。揮發分越多越易點燃，燃點就越低；揮發分越少越難點燃，燃點就越高。但是如果燃燒條件不適當則會造成揮發分熱解速度快但燃燒慢，甚至未燃燒，這時易產生并排放未燃盡的氣體揮發物質，俗稱“黑煙”；并產生一氧化碳、多環芳烴類、醛類等污染物，降低燃料的燃燒熱效率。

（3）固體燃料的灰分

固體燃料的灰分是指煤炭類礦物質燃料在815±10oC條件下、生物質燃料550±10oC以下完全氧化燃燒后的殘留物。燃料中的灰分來源燃料中的無機物、礦物質，如黏土礦物、石膏、碳酸鹽、黃鐵礦等礦物質。這些物質在燃料的燃燒中發生分解和化合，有一部分變成氣體逸出，剩余下的殘渣就是灰分，以氧化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等形式存在于灰分中。燃料的灰分越高，含碳量就越低，不僅降低了燃料的發熱量，而且當無機物、礦物質在燃料燃燒后成為灰分時還要吸收熱量，排渣時也要帶走熱量?；曳质侨剂系挠泻Τ煞?，但有的燃料中無機物、礦物質可以成為做磚的原料，比如有的煤炭、煤矸石中含有高嶺石、伊利石等黏土礦物，即便這種燃料灰分較高，也可直接作為內燃料燒制磚，既作燃料又是原料。

（4）固體燃料的固定碳

固體燃料中去掉水分、灰分、揮發分，剩下的就是固定碳。固體燃料中的固定碳不僅僅包括燃料的單質碳含量,還包括燃料當中有機物的碳含量，比如生物質燃料中的纖維素等。

礦物質燃料的固定碳是表征燃料的碳化程度的一個主要指標，固定碳是燃料燃燒產生發熱量的重要來源，是燃料分類的一個重要指標。固定碳含量的多少可以鑒定燃料的品質。固定碳含量越高,煤化程度越高，燃料燃燒值越高，燃燒時間越長，發熱量就越高。 

2. 各種固體內燃料對燒結磚焙燒的作用和影響

各種固體內燃料的成分不同，對焙燒產生的作用和影響也不同。在燒結磚生產的原料、產品及其他條件相同時，僅因內燃料的不同而對燒結磚焙燒產生的作用和影響大致如下：

（1）無煙煤內燃料對燒結磚焙燒的作用和影響

按照國家標準GB5751《中國煤炭分類》，依據干燥無灰基揮發分、粘結指數等指標，把煤炭分為無煙煤、煙煤和褐煤三大類。

其中無煙煤為揮發分小于或等于10%（Vdaf≤10%）的煤炭。無煙煤揮發分小，但固定碳含量高，一般含碳量在80%以上，是煤化程度最大的煤炭。密度大，硬度高，一般含硫少，雜質少，質地緊密。燃點高（燃點550～700℃），火焰短，不易著火；但發熱量高，剛燃燒時溫升慢，火著上來后火力強，不冒煙，燃燒時間長，燃燒時不易結渣。由于無煙煤具有燃燒緩慢、耐燒的特性，故在相同的燃燒條件下，它的熱利用率往往比其它煤高，從而也被認為其發熱量最高。

用無煙煤作內燃料，因為燃點高，會影響焙燒坯體的窯爐起火慢、升溫慢、焙燒周期時間長，“后勁大”，溫度過高不易控制等現象，會導致產品焙燒時間較長。因此，設計和砌筑使用無煙煤內燃的焙燒窯爐時，要把升溫帶和高溫焙燒帶相對都要砌筑的長一些。如果窯爐已經建成而且也比較短，可以適當延長窯車進車間隔時間，延長焙燒周期。否則會因窯溫較低和焙燒時間短造成產品欠火、夾生、啞音等質量缺陷，或影響產量。相同的條件下，使用無煙煤作內燃料的焙燒窯爐的焙燒周期較長，產量相對較低。

無煙煤燃燒無煙，看似“清潔”，有的企業就把窯爐焙燒煙氣抽送到干燥室烘干坯體。這種做法其實不妥。因為這種看似“清潔”的煙氣還可能含有一些有害氣體，并且焙燒產生的煙氣一般濕度大而溫度并不高，對坯體干燥弊大于利，最好不用于干燥室的熱源。

（2）煙煤內燃料對燒結磚焙燒的作用和影響

煙煤為揮發分10％以上的煤炭，高的煙煤揮發分超過40%。煙煤碳含量為76％～90％，加上揮發分的發熱量后總的發熱量較高。多呈黑色而有光澤，質地細致，燃點相對較低（400～550℃，或更低）。相比無煙煤，煙煤容易點燃，發熱量較高，燃燒時上火較快，燃燒較快，火焰較長，有黑煙，燃燒時間較短，不耐燒。大多數煙煤有粘性，燃燒時易結渣，有的含硫較高。黑煙多為未燃燒的揮發分和碳，造成熱損失和空氣污染。

因為煙煤的揮發分多，燃點低、起火較快、升溫快、燃燒快，用煙煤作內燃料，產品的焙燒時間相對可以短些。煙煤的揮發分越多，同時含碳量多而灰分少，它的上述燃燒特點就越明顯。因此，設計和砌筑使用煙煤內燃的焙燒窯爐，升溫帶和高溫焙燒帶相對都可以短些，實際產品焙燒周期短，產量大。但要注意控制整個窯爐的升溫速度和焙燒溫度，防止升溫過快或焙燒溫度過高造成產品裂紋、過燒等質量問題。

另外，煙煤燃燒時因揮發分多，易產生“黑煙”，必須在窯爐煙氣排放口安裝脫硫除塵設備，保證焙燒排放到大氣中的煙氣達到《磚瓦工業大氣污染物排放標準》(GB29620-2013)的要求。這種焙燒煙氣顯然不能用做干燥室干燥坯體的熱源。

煙煤按揮發分的多少及煤化程度、結合粘結性等指標又分為貧煤、瘦煤、肥煤、氣肥煤、焦煤、氣煤、長煙煤等十二種。其中粘結指數大于65%的肥煤、焦煤更益于磚瓦焙燒產品的燒結，可適當降低產品的焙燒溫度，提高制品的密實度和制品強度。

（3）褐煤內燃料對燒結磚焙燒的作用和影響

褐煤是揮發分大于37%（Vdaf>37%）的煤炭，揮發分所占比例很高，比煙煤還多，有的達到60%。褐煤燃點更低（燃點270～400℃），是煤化程度最低的煤。含碳量與發熱量都較低（一般發熱量3000×4.2kJ/kg以下）。其特點是水分高、比重小、揮發分高、不粘結、化學反應性強、熱穩定性差、易燃但更不耐燒。多為塊狀，呈黑褐色，光澤暗，質地疏松。褐煤雖然燃點低，容易著火，火焰長；但因揮發物多又極易析出(150～300℃即可熱解析出)，往往燃燒不完全而產生“黑煙”，浪費了這部分可燃揮發分的熱量。褐煤均含有不同程度的腐殖酸，有的有機硫含量可高達4%以上。

如果內摻燃料使用褐煤，焙燒時燃點更低、起火更快、燃燒也更快、升溫也快。揮發分極易在低溫時快速而大量熱解，常常揮發分已經熱解產出但是沒有完全燃燒就排放出，形成嚴重“黑煙”。褐煤含碳量較少，不耐燒。摻配褐煤內燃產品的焙燒耗煤相對較高，要達到需要的焙燒溫度并保持必須的高溫焙燒時間比較困難，總的焙燒時間反而較長。因此，窯爐升溫帶要長些并且升溫速度略慢些，控制揮發分不要過快熱解產出，盡可能完全燃燒，防止這部分可燃物質的熱能浪費。

另外，褐煤含可燃硫較高，焙燒產生的“黑煙”和二氧化硫氣體比較嚴重，必須在煙氣排放口安裝脫硫除塵設備。這種煙氣就更不能用做干燥室干燥坯體的熱源，否則會對干燥室設備腐蝕損壞。如果“黑煙”很嚴重，可把含有可燃揮發分較多的“黑煙”抽送到高溫燃燒帶進行二次燃燒，盡可能消減“黑煙”，并充分回收利用和節約能源，提高褐煤的燃燒效率。

有的褐煤含有硫酸鎂、硫酸鈣等可溶鹽，還容易造成制品泛霜等缺陷。

（4）煤矸石內燃料對燒結磚焙燒的影響和作用

煤矸石是煤礦建井、開拓掘進、采煤和煤炭洗選生產過程中排放的干基灰分>50%的巖石，是煤炭行業生產排放的固體廢棄物。煤矸石主要成分是灰分，含量在一半以上，固定碳少，發熱量低。并含有金屬化合物、非金屬礦物、黏土礦物較多，有的含有機腐殖質，有的含硫較高。

國家標準GB/T29162《煤矸石分類》是把煤矸石依據GB/T212《煤的工業分析方法》，按其灰分、含硫量和礦物質成分含量分類的。其中按灰分產率分為低灰煤矸石（灰分產率≦70%）、中灰煤矸石（灰分產率70～85%）、高灰煤矸石（灰分產率≧85%）。

磚瓦生產一般還要根據煤矸石中巖石礦物的組成特征將其分為黏土質煤矸石（含有高嶺石、伊利石等黏土礦物50%以上）、碳泥質煤矸石、砂質煤矸石、砂巖與石灰巖質煤矸石（砂巖與石灰巖質煤矸石不適于制磚）。燒結磚生產一方面利用煤矸石含有的碳作為內燃焙燒燃料，同時利用它的硅酸鹽礦物作為制磚原料，既當原料又當燃料。

煤矸石種類繁多、成分復雜，變化較大。具體使用時要檢測發熱量、揮發分、灰分的含量，以及其他礦物成分、化學成分后，根據檢測的具體情況合理摻配。如果煤矸石揮發分高（揮發分大于15%）且混有煤炭發熱量也較高（發熱量大于1000×4.2kJ/kg），其燃燒特點類似于煙煤，選用的焙燒隧道窯可以適當短些，焙燒周期相應短。相反，選用的隧道窯應當長些，類似于內摻無煙煤的焙燒特點。

（5）粉煤灰、爐渣內燃料對燒結磚焙燒的影響和作用

粉煤灰和爐渣都是煤炭燃燒之后的余燼，是工業生產使用煤炭燃燒后的固體廢棄物。其中粉煤灰是從煤炭燃燒后的煙道中收捕下來的粉末，爐渣是剩留在燃燒器里的粗渣。因為這類廢渣是已經經過鍋爐高溫燃燒過的殘渣，它們的最主要的特點是揮發分很少，幾乎為零；固定碳較少，發熱量低；灰分多。如果是干灰、干爐渣水分很少；如果是濕灰、濕渣則水分很多。粉煤灰含有莫來石、α-石英、鈣長石、硅酸鈣、生石灰、無水石膏、赤鐵礦和磁鐵礦晶體礦物等。非晶體礦物為多孔玻璃體、無定形碳和次生褐鐵礦，其中玻璃體含量占50%以上。比較輕，堆積干密度一般為550～700 kg／m3，顆粒比較細小且均勻，灰白色。

爐渣的成分和性能特點基本和粉煤灰相同，只是顆粒粗且大小不均勻，有的含硫酸鈣較多。

粉煤灰、爐渣類內燃料，摻到坯體里焙燒燃點較高，燃燒升溫過程很慢。這類工業廢渣沒有可塑性，摻配到原料里會大大降低坯體的可塑性，使坯體成型困難。因此一般不可能內摻太多，往往達不到全內燃的程度，還要窯外補充投放其它燃料。對內摻粉煤灰類焙燒的窯爐，在設計建造時，一定要將隧道窯建的長些，焙燒周期適當延長。窯外投燃料盡量選用煙煤、褐煤，以彌補粉煤灰、爐渣的燃燒缺陷。

（6）生物質內燃料對燒結磚焙燒的影響和作用

生物質燃料指農林三剩物的統稱，即采伐剩余物：樹枝、樹皮、樹葉、樹根和稻谷、稻草、玉米稈、玉米芯等柴草；造材剩余物：指造材截頭；加工剩余物：指板皮、木竹截頭、鋸沫、碎木板、刨花、小木塊、邊角余料。

生物質燃料的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素，含有碳、氫、氧及極少量的氮、硫等元素。生物質燃料的水分因其干腐程度不同差別很大，少的5% 以下，多的超過20%?？扇夹缘膿]發分很高，平均60～80%；固定碳較少；灰分也不多。發熱量差異很大，平均3500×4.2kJ/kg(含水率10%時)。燃點很低（150～200℃），燃燒快，不耐燒，達到最高焙燒溫度的溫升速度慢，時間長。

生物質燃料作為焙燒內摻料必須粉碎很小（比如鋸末），或者加工擠壓固化為成型細小顆粒，否則會嚴重影響坯體成型質量。內摻的生物質燃料顆粒燃燒后會在制品中留下許多小孔，這些小孔降低制品的密實度和強度，減輕制品密度，增加制品的吸水率，同時可以提高制品的保溫性能和隔音性能。一般把生物質成型燃料作為外燃料使用效果更好：投料方便，發熱量大，清潔衛生，不污染環境，廢氣污染非常少，二氧化硫排放不到煤的5%，可大大減輕大氣環境污染。尤其是經過炭化后燃燒，燃料熱能利用率可達90%以上。

使用生物質燃料焙燒磚瓦一定要控制窯爐內空氣的流速，防止流速過大把可燃的揮發分吹跑。隧道窯可適當短些，碼窯密度應相對稀些，增加坯體和空氣的接觸面積和空氣的流通面積，采用空氣低流速大流量的燃燒方式，保證所有可燃揮發分完全燃燒。

3. 選用固體內燃料焙燒中的注意事項

在實際生產過程中，根據各種不同內燃料的成分和燃燒性能的特點，選用固體燃料內燃焙燒應該注意以下事項：

（1）不論采用哪種固體內燃料，對該燃料進行發熱量的檢測的同時，還必須進行工業分析，測定該燃料的揮發分和水分、灰分、固定碳。特別是揮發分，它的含量多少明顯影響內燃焙燒的速度、焙燒周期、產品焙燒質量和對環境污染的影響；

（2）必須按檢測的內燃料發熱量和工藝確定的焙燒內燃程度（全內燃、部分內燃或超內燃），確定內燃焙燒要求的熱值，確定原料和內燃料的合理比例，準確摻配內燃料量；

（3）因為在窯爐里焙燒的是含有內燃料的混合料制成的坯體，不是燃燒單純的內燃料。內燃料所含的揮發分摻在混合料中之后，混合料中揮發分的產率要比內燃料降低，所以必須把混合料坯體視為燃料一樣，按照國家標準GB/T212《煤的工業分析方法》進行成分的檢測分析，測定混合料坯體的揮發分含量，根據混合料坯體的揮發分、發熱量等成分和性能確定焙燒工藝制度；

（4）盡可能選用揮發分在30以上%的內燃料，并且內摻燃料后混合料的揮發分在10%以上。揮發分適當較高的坯體焙燒周期相對可以縮短1～5h。例如：河南偃師某磚廠的兩條內寬3.6m、長120m的焙燒隧道窯日產普通磚高達45萬塊，就是選用了揮發分30%多的內燃料（發熱量1500×4.2kJ/kg），比原先內摻揮發分10%的內燃料（發熱量1500×4.2kJ/kg）的窯車進窯間隔時間縮短10分鐘左右，焙燒周期由原35小時左右縮短為不到30小時。焙燒周期雖然縮短，但升溫速度快，只是縮短了預熱升溫帶，而高溫焙燒帶不變，對制品燒成沒有大的影響；

（5）如果是全內燃焙燒，盡量選用發熱量2000×4.2kJ/kg左右的內燃料較好。發熱量太低，需要摻配的內燃料比例要多，容易降低原料的可塑性，影響坯體成型質量；發熱量高的內燃料價格較高，影響企業生產成本和經營效益；

（6）在實際產生中嚴格認真控制內燃料，準確摻配。固體燃料檢測報告提供的燃料發熱量是按質量計的發熱量，如果實際生產采用的也是按原料和內燃料的質量比例混合摻配（比如皮帶秤計量給料），那可以直接使用報告提供的發熱量計算內燃料摻配量。但要注意實際使用內燃料的水分可能和工業分析的水分不一致，則需要根據水分變化調整摻配量。

如果實際生產是按原料和內燃料的體積量摻配混合，還必須按原料與內燃料的密度，將質量混合比例換算為體積混合比例；

（7）各種固體內燃料的可塑性都很差，有的甚至沒有可塑性，無論摻配多少都會降低原料的可塑性，影響坯體成型（內燃料中含有蒙脫石礦物例外，蒙脫石會提高原料的可塑性）。實際生產應該盡可能將其顆粒粉碎至2mm以下。內摻燃料顆粒越細小，會加大坯體中內燃料和空氣接觸的比表面積，燃料熱阻本身也減小，可以降低燃點，有助于燃料的快速、充分燃燒而縮短焙燒周期，還可減輕制品壓花和黑心等缺陷；

（8）內摻的固體燃料必須和原料充分混合，攪拌均勻。特別是內燃料和基本原料顆粒大小差異相對懸殊時，兩種物料在生產線各環節的運行過程中，會因大顆粒和小顆粒受到重力（或擠壓力、離心力等）作用的大小差異較大，很容易分別離散而各自聚集到一起，破壞了混合料顆?；旌系木鶆虺潭?，造成顆粒離析現象，影響坯體成型和產品質量。因此必須使內燃料的顆粒大小和原料顆粒的大小基本一致，保證級配合理。

另外，在內燃料和基本原料密度差異相對懸殊時，即便是兩者顆粒粒徑差異不大，但質量相差很大。比如粉煤灰（密度700kg/m3左右）和頁巖、煤矸石類（密度1300kg/m3左右）的混合料，兩類物料的密度相差約1.5～2.0倍。這樣兩類物料的混合料在生產環節運行過程中，會因同樣大小的顆粒輕的輕、重的重而受到的重力（或擠壓力、離心力等）作用不同，輕顆粒和重顆粒分別離散各自聚集到一起，破壞了混合料的均勻程度，造成另外一種顆粒離析現象，影響坯體成型和產品質量。因此，除采用攪拌機等一般混合設備外，還必須采用輪碾機等強力混合攪拌設備將其混合均勻；

（9）新設計建造磚瓦焙燒窯爐、確定焙燒工藝制度時，除考慮原料各項性能、產品規格型號和產量等條件與要求以外，還必須注重內燃料和混合料的成分及燃燒特點對焙燒產生的影響和要求，綜合設計建造窯爐和確定工藝焙燒制度，特別全內燃焙燒和超內燃焙燒。例如，某設計院為山西陽煤集團太原化工新材料公司設計的頁巖、粉煤灰、爐渣二次碼燒燒生產線的最初方案，是選用長度為141.2m焙燒隧道窯。

后來考慮到內燃料是化工廠的粉煤灰和爐渣，揮發分幾乎為零，燃點高、燃燒慢，又為超內燃焙燒，在對原料、燃料檢測、化驗后，重新設計的施工圖確定隧道窯長度為191.8m，加長了36%，并改進和增加了其他窯爐輔助系統；

（10）內燃料如果變換，應及時檢測新內燃料的成分和各項性能，按新內燃料的成分和性能調整內摻比例，同時修改或調整焙燒方式、焙燒周期、焙燒溫度曲線，以及送風、排煙、抽余熱等各項相關工藝制度。

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