空心砖的对流快速干燥

（FH）拉尔夫·柯尼希工学士，D- Krumbach

Abstract

Ralf Konig: Convective rapid drying of common bricks

The rapid development taking place in our industrial society demands a maximum of flexibility and readiness for innovation from firms. This also applies to drying technology in the heavy clay industry. A revolutionary step in this field is the introduction of the rapid drying technique. This article will give a graphic explanation of the principle of rapid drying for checker bricks.

现今工业的快速发展，要求每个企业根据自己情况最大限度地灵活而快捷地进行技术革新。这一原则也适用于制砖工业的干燥技术领域。约在100年前，砖坯还是放在被称谓“hack”的干燥棚架内进行干燥（即自然干燥），如今这种自然干燥工艺已绝对落后了。它只能进行季节性生产，干燥周期2—3周；干燥棚架或者说露天干燥室，全年仅能周转10—12次。如果没有足够数量的干燥棚架，这种干燥工艺是不可能适应连续窑的生产。

干燥技术领域最初的发展是采用所谓“大容量干燥棚”，它建在轮窑或曲折窑的顶上，窑皮升起的热空气被用于干燥。这样使干燥周期减少到10天。

今天的室式或隧道式干燥室是利用隧道窑的余热进行人工干燥。其干燥周期取决于产品种类和原料的性能，干燥周期在1—3天之间。这个领域的另一个革命性阶段是引进快速干燥技术，即干燥时间仅为1—2h。本文将给出高孔洞空心砖快速干燥原理的图解，并提出其投资前景。

快速干燥的起源

在80年代中叶，联邦德国的各种制造工业催化器的工厂发展起来了。这些催化物体的断面为150mm×150mm，长约1.0～1.2m，有很高的孔洞率。那时这些新发展起来工厂的大量干燥器来自Novokaram。从干燥质量和干燥时间上考虑，只有当坯体接受穿流和环流风，才能取得最好的效果，如果所要求的强制干燥超过一定程度时，自然其它一些生产参数也起着一定作用，例如通过坯体孔洞里和表面气流速度及在坯体行进过程中气体携带热量的状态。曾发现，在某些情况下，由于气体中饱和水蒸气压大大超过坯体，从而使1/3干燥坯体最终因吸附冷凝水而损坏。

微波或高频加热是适合加热气流的理想方法。不过在实践中碰到了难以解决的问题，这里仅提出两个有代表性的问题：

a. 有些地区，高频加热仅用于金属设备的部件如传感器、传感器套等；自然装过坯体的坯板不能再次使用。

b. 高频加热在加热带产生相当大的静电，甚至坯体上或坯体与塑料坯板之间的非常薄的水膜，其放电速率也可以使坯板烤焦，有时造成损坏。

因此靠可加热坯板的中间预热（防止在坯体上冷凝）方法，在实践中证明是成功的。事实上在Novokaram催化剂干燥中取得的经验，激发了对多孔砖快速干燥室开发的想法。近几年Novokaram进行了大量的干燥试验，产品从大块条板（50×30×300cm）到传统长度的普通多孔砖。现在不断发现，对流干燥完全可以得到所要求的结果。

对流快速干燥的基本原理

人们最熟悉的对流干燥是用吹风机吹干头发。对流干燥的基本原理为：干燥介质（通常是热空气），通过要干燥的物品，蒸发吸收并转移湿气。由于水的蒸发需要热，干燥介质在干燥过程中逐渐冷却，并吸收更多的水（见图1）。空气吸收水分的能力受到温度极限值的限制，即所谓的“饱和水蒸气压”。如超过这个值，则多余的自然水分就以雾或冷凝水的形式凝结，这种情况在干燥中特别可怕。通常干燥室里空气的状态用温度℃和相对湿度的百分数表示。顺便提一下，当使用h-x图时，应当看到这两个参数是基本的数值。

在流动状态下取得平衡

考虑快速干燥的出发点是砖坯在传统干燥室里的干燥时间，总是针对那些干燥的最慢的砖而言。这直接与砖坯在干燥室里的位置有关（见图2）。例如靠外边的砖比靠近风机里边的砖干燥起来要慢的多。因此，来自中间通道的干燥空气，进一步流动，则其流速逐渐减小，同时温度变得更低并进一步饱和，相应吸湿能力下降。甚至当干燥室里边的砖可取出时，干燥系统必须继续工作，直至那些位置不好的砖坯同样干透，其实干燥室中大多数砖坯不需要延长干燥过程。

因此，快速干燥的第一步就是要使直接进行空气循环的整个断面的空气流动状态保持平衡。这样，每一块砖坯的干燥过程和它在干燥室里的位置毫无关系，即在干燥过程中的任何时间都应该是一样的。

增加空气流速

只要有适宜的气候条件，气流速度对干燥速度有非常特殊的影响。气流速度增加，干燥速度也相应加快。低的流速会产生均匀的层流，举一个自然界中一个相对均匀流动的例子，就象一条静静流动的大河。增加流速，水流会变得更加湍急。从自然界中找例子，就类似融雪季节山间溪流冲进峡谷。

干燥过程中的湍流含意是，在坯体表面有一层不动的空气层，即所谓界面层。这会妨碍干燥，在干燥过程中不断变薄（见图3）。

流速快的空气粒子与流速较低空气粒子比，前者吸收水粒子要容易的多。

增加空气流速后，干燥速度迅速加快，气体湿含量增加超过5%。

当然，在空气流速较高时，首先要充分注意的条件是气体连续的流动状态要均衡，才能取得满意的效果。这就是说整个断面上的坯体都能吹到风，气流速度也必须相同。这说起来容易，但做起来就非常难，且在目前条件下，该试验研究花费了一年多的时间。

环流量和穿流量的比例

因为最近关于隔热的新规定，孔洞体积变得更大。这就意味着孔的内壁变的越来越薄。这么薄的孔壁有它的优点，在干燥中问题也不大，这是因为除了壁厚不同，仅有一点点的不同——产生的潮气不一样（见图4），如果含水率差别很小则收缩差别也小，产生干燥裂纹的危险性看起来也非常小。

另一方面，由于表面积在对流干燥中起着决定性的作用，该种高孔洞的空心制品具有大的内表面，大约是外表面的3倍，因而在含水量一定的情况下，表面积越大，干燥就越容易。

多孔砖的穿流和环流风量的比必须满足一定的比例。该比例取决于下层坯体顶面与上层坯板底面空隙的高度A和相邻两坯之间空隙的宽度B（如图6所示）。然而，对流干燥室和隧道式干燥室由于受风机设置的限制，合适的流量比不能达到或不能完全达到。成功的快速干燥必须具备3个条件：整个断面的气流条件应该相同（环流与穿流的气体速度相同）；气流速度不应低于一个定值；每块坯的环流和穿流的速率应该是一致的。

快速干燥领域里的经验

在过去的两年时间里，Novokaram公司在工厂里进行持续的研究，在空气动力学模型方面取得了重要的信息。除此之外，有理论基础的结论也被证实。根据这些基本原理，建了一个大型多孔粘土制品快速干燥的示范工厂，此后用快速干燥方法装备了3个不同的砖厂。现将有关干燥特性参数分别例举如下。

快速干燥和干燥裂纹

人们常常错误地断言干燥裂纹是收缩的直接影响。本文已简述过的，干燥裂纹不是收缩的直接结果。干燥裂纹是坯体里面收缩不同造成的，而收缩不同取决于不同的湿度分布。在快速干燥中，坯体应均匀受风，使产生的湿度差非常轻微。如果以此背景来考虑干燥裂纹，那末就很容易看到为什么快速干燥不必把干燥裂纹归罪于较高的干燥敏感性。

通过用传统方法干燥的砖与用非常快速干燥的砖比较后，证实了上述结论。以相同水平不同方法干燥的砖质量，快速干燥砖坯的质量较高。

残余水分与干燥时间

起初我们订的目标是干燥时间≤2h。干燥残余水分取决于干燥周期、产品规格和原料，大体在0.5%～2.5%之间。应当指出，快速干燥只要延长几分钟的干燥过程就可以显著地减少残余水分。在同样的厂里，传统的干燥时间约32—48h，残余水分为1.0%～2.5%之间。快速干燥的制品，与用传统方法干燥的制品，烧成后质量没有区别。

最佳干燥曲线

象传统的对流干燥一样，在快速干燥中必须找到一种对原料适应的干燥曲线。快速干燥曲线可设想为一条压缩的传统干燥曲线，如此看来，快速干燥只不过是传统干燥的“快动作”。

快速干燥的工艺过程

如果坯体经过蒸汽处理，象普通干燥一样尽可能以最短的时间把坯体从挤泥机转送到干燥室是很重要的。坯体温度越高，早期干燥就越强烈，即坯体开始就已经在较高的温度下进行干燥了，没有送入干燥室逐渐升温的阶段，避免浪费宝贵的时间。

坯体干燥时，环流和穿流的比值已强调过了，这个比值关键取决于车间码坯的准确性。不过码坯准确性高一点，意味着要提高投资额。因此做了一个专门的试验研究，为了使准确的码坯形式仍被人们接受。试验结果：传统的码坯和卸坯装置的误差对全过程是可以被接受的，对环流和穿流的比值没有副作用。这就是说，按照目前的工艺状况传统的码坯装置是可以用的。

快速干燥的优点

当介绍一个新的设计时，每一个企业家立刻会问它的优点是什么，对于对流快速干燥来讲，自然也不例外。

跟传统对流干燥比，对流快速干燥有什么优点？最基本最重要的方面是质量。特别是在时间上降低要求，这一点要优先考虑。在许多不同的粘土砖工厂，进行快速干燥试验时没有设定复杂的干燥曲线，经快速干燥后烧成的砖能获得好的或是非常好的质量。快速干燥的砖与传统方法生产的砖相比较，挑选出来进行快速干燥的砖至少与那些用传统方法干燥的砖的质量一样，甚至不一定清楚干燥曲线是否适应可用的原料。

另一个非常重要的优点是建设快速干燥车间投资减少。如图7所示，整个快速干燥室在生产建筑中占有相当少的空间，这就是说在同样产量情况下减少了生产建筑面积，或者说是增加了产量，达到了节约效果。除此之外，快速干燥工艺简化并减少运输路线，必须的输送设备也简化了。这也包括投入资金的降低。

最后，还要提到几个技术数据。在传统干燥室里，热耗大约在3200—3600kJ/kg H₂O的范围，电耗与原料本身排出水分性能有关。试验中根据不同砖厂电耗的记录，每t烧结材料耗电5～11kWh。

快速干燥生产实例

图7是某砖厂生产工艺平面示意图，用快速干燥系统取代了传统的干燥工艺。

同样在其他砖厂里，砖坯经切割后放在坯板上并送往干燥车处，然后坯板放在干燥车上。这才通过快速干燥室。干燥车在每个舱内各自停留一定的时间，这就是说在每个阶段都有不同条件。所有舱内的气流速度是不一样的，但是环流和穿流的干燥原理和干燥车行进速度在所有舱里是相同的。干燥车进入循环时，已完成一半干燥过程。干燥前的阶段，从前一舱进入下一舱，温度不断增加，而相对湿度不断降低。这里所说的快速干燥室来回都是10个部分。如从表面上按传统隧道式干燥室考虑，人们自然会把它视为有20个干燥带。

干燥车离开快速干燥室后，随后的程序照常进行。干坯从干燥车上移走，码在隧道窑窑车上等待入窑，然后进行焙烧。隧道窑的卸砖和包装并未受到快速干燥的影响。

文章来源：

本文由作者拉尔夫·柯尼希工学士（D-Krumbach）撰写，原载于《国际砖瓦工业》（ZI-China Issue）1996–1998，中文合订本，德国建筑出版社。此处发布仅供学习与参考，版权归原作者及原出版方所有。

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