窯爐能耗調(diào)查數(shù)據(jù)分析及節(jié)能措施

謝炳豪

摘 要：本文從窯爐結(jié)構(gòu)及其燃燒狀態(tài)控制與窯爐能耗的關(guān)系，以及熱風(fēng)助燃與窯爐能耗的關(guān)系等方面，深入分析全國窯爐（陶瓷磚）能耗調(diào)查的64條窯爐的數(shù)據(jù)。通過分析，找出為什么在窯爐燒成過程中單位產(chǎn)品能耗相差較大，為什么窯爐要增大排煙，增加排煙熱損失，增大排煙風(fēng)機電能消耗。希望通過此次分析，能給同行帶來一些實質(zhì)性的幫助。

關(guān)鍵詞：窯爐；能耗調(diào)查；數(shù)據(jù)分析；關(guān)系

1 窯爐結(jié)構(gòu)及其燃燒狀態(tài)控制與窯爐能耗的關(guān)系

全國窯爐（陶瓷磚）能耗調(diào)查，共對全國64條窯爐進行了熱平衡測試，窯爐能耗及其相關(guān)數(shù)據(jù)已在行業(yè)內(nèi)公布（見“全國窯爐（陶瓷磚）能耗調(diào)查及節(jié)能減排技術(shù)匯編白皮書”）。能耗調(diào)查中，對22條生產(chǎn)拋光磚的窯爐進行了熱平衡測定，這部份窯爐的能耗數(shù)據(jù)平均熱耗為2776 kJ/kg瓷（664kCal/kg瓷），22條窯爐的能耗排名見表1。

從表中1可以看到，生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，單位產(chǎn)品燒成能耗范圍為558～837kCal/kg，平均為664kCal/kg。最低能耗的窯爐單位產(chǎn)品能耗僅為最高能耗的窯爐的66.67%，即三份之二！

為什么窯爐燒成過程單位產(chǎn)品能耗相差那么大呢？我們僅將表1中產(chǎn)量、燒成周期較接近的排名1、3的窯與排名15、16的四條窯爐進行數(shù)據(jù)分析，從中查找出造成能耗差距的主要原因。

筆者認(rèn)為，這四條具有可比性的窯爐能耗相差大的原因與窯爐結(jié)構(gòu)和窯爐使用中燃燒狀態(tài)的控制有很大的關(guān)系。以下是這四條窯爐的產(chǎn)量和排煙量對比數(shù)據(jù)。窯爐產(chǎn)量與排煙熱損失對比如圖1所示。

從圖1中可知，這四條窯爐的產(chǎn)量相差不大，排名第15、16的窯爐產(chǎn)量比排名1、3的窯爐多生產(chǎn)12.51%，而按窯爐的排煙量測試數(shù)據(jù)，則排名第15、16的窯爐比排名1、3的窯爐多排煙76.35%。在排煙溫度相差不大的情況下，因為排煙量增加，排名第15、16的窯爐比排名1、3的窯爐排出窯外的熱量大很多。生產(chǎn)單位產(chǎn)品排出排煙熱量為：排名第16的窯爐為1340.71（MJ/t），是排名第1的窯爐741.61（MJ/t）的1.81倍；排名第15的窯爐為1172.51（MJ/t），是排名第1的窯爐741.61（MJ/t）的1.58倍。據(jù)窯爐熱平衡計算，排煙熱損失占輸入熱量比例：排名第16的窯爐為44.51%，排名第15的窯爐為39.46%，而為排名第1的窯爐為30.99%。為了維持窯內(nèi)溫度和完成燒成過程，第15、16的窯爐則需要補充更多的燃料燃燒，導(dǎo)致窯爐能耗增加。

據(jù)上述窯爐熱平衡測試數(shù)據(jù)分析，排煙熱損失增加（見表2），導(dǎo)致窯爐熱效率降低，是窯爐燒成單位產(chǎn)品生產(chǎn)能耗增加的重要原因。

由于排煙流量增加，也導(dǎo)致排煙風(fēng)機電能消耗也增大。風(fēng)機電能消耗測試數(shù)據(jù)如表3所示。由于排煙量增加，導(dǎo)致排煙風(fēng)機電能消耗增大。排名15窯爐排煙風(fēng)機電能消耗比排名1的窯爐排煙風(fēng)機電能消耗增大61.24kW，增加71.46%；排名16窯爐排煙風(fēng)機電能消耗比排名1的窯爐排煙風(fēng)機電能消耗增大178.5kW，則更是排名1的窯爐排煙風(fēng)機電能消耗的三倍以上。

為什么一些窯爐要增大排煙，增加排煙熱損失，增大排煙風(fēng)機電能消耗，而導(dǎo)致其窯爐能耗增加呢？

筆者認(rèn)為：一是窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計原因。所設(shè)計制造的窯爐結(jié)構(gòu)及燃燒系統(tǒng)不合理，迫使窯爐使用者需要開大排煙風(fēng)機，需要這樣的燒成曲線，才能產(chǎn)出這樣產(chǎn)量的合格產(chǎn)品。比如：排名第16的窯爐，是窯長為406m、寬為2.6m的普通窯。其走磚輥速很快，增加了產(chǎn)量。但其燒成過程的實際運行中，讓燒成帶拉前才能適應(yīng)窯內(nèi)溫度曲線，使產(chǎn)品完成合格的燒成，迫使窯爐操作者需要開大排煙系統(tǒng)加以配合。

如何設(shè)計窯爐能在最優(yōu)的燃燒狀態(tài)下產(chǎn)出更大產(chǎn)量的合格產(chǎn)品，這是需要窯爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的。窯內(nèi)結(jié)構(gòu)、風(fēng)煙道布置、排煙管道尺寸的選擇等必須通過相關(guān)的熱工計算。

另外，從上表數(shù)據(jù)看到，同樣的產(chǎn)量，單純對比第15和第16的窯爐，單位產(chǎn)品熱耗相差24kCal/kg，則寬體窯爐也比長窯爐更具優(yōu)點。

二是窯爐操作上的原因。對比排名第1的窯爐與排名第15的窯爐，很明顯，同樣為窯長相近的寬體窯，而且設(shè)計結(jié)構(gòu)合理。排名第1的窯爐由于操作上能夠控制窯內(nèi)合適的燃燒狀態(tài)，控制合適的燒成曲線，控制合適的助燃風(fēng)量和排煙量，是能耗降低的原因。排名第15的窯爐在陶瓷企業(yè)人員的操作上，不適當(dāng)?shù)亻_大了排煙，致使窯爐負(fù)壓增加，排煙熱損失無端增大，致使能耗偏高。

因此，如何調(diào)試好窯爐，讓窯爐在最佳的燃燒狀態(tài)下運行，是十分需要考慮的問題。需要合適的助燃風(fēng)量，合適的燃燒空氣系數(shù)，才是最佳的燃燒狀態(tài)。但是目前操作人員只憑“經(jīng)驗”操作，無數(shù)據(jù)指導(dǎo)、監(jiān)督。因此，目前行業(yè)內(nèi)的輥道窯爐，需要補充的是燃燒狀態(tài)監(jiān)控儀器儀表，以數(shù)據(jù)（如：窯內(nèi)壓力、窯內(nèi)煙氣成份、燃燒空氣系數(shù)、助燃風(fēng)壓力、排煙壓力等）指導(dǎo)操作，從而提高操作人員的操作水平，才能保證窯內(nèi)燃燒狀況最佳。

2 熱風(fēng)助燃與窯爐能耗的關(guān)系

在全國窯爐能耗調(diào)查中，對窯爐采用助燃風(fēng)加熱情況進行了調(diào)查。窯爐助燃風(fēng)加熱情況見表4。窯爐熱風(fēng)助燃與能耗相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示。

所測試的64條窯爐，有2條是直接從冷卻帶抽熱風(fēng)供給助燃風(fēng)使用，至燒嘴處的溫度約為280～300℃；有9條從冷卻帶抽熱風(fēng)與常溫風(fēng)混合后作為助燃風(fēng)，混合后至燒嘴處溫度約為80～100℃。另外，有53條窯爐仍然未能利用冷卻帶熱風(fēng)助燃。

在能耗測試中，筆者還發(fā)現(xiàn)有部分窯爐冷卻帶的抽熱因干燥器未能用完而直接排空，產(chǎn)生熱量浪費。對同一條窯爐、生產(chǎn)同樣產(chǎn)品和產(chǎn)量相同的情況下，如果通過助燃風(fēng)回收窯爐排出的熱量，可以起到明顯的節(jié)能作用。較長的窯爐使用了前、后二級助燃風(fēng)，但由于送風(fēng)主管和燒嘴支管道都較小，不適應(yīng)密度低、容積大的熱風(fēng)輸送。當(dāng)這些窯爐試圖加入冷卻帶熱風(fēng)助燃時，由于助燃風(fēng)壓力、風(fēng)管、燒嘴結(jié)構(gòu)不適應(yīng)熱風(fēng)，就造成窯內(nèi)橫向溫差增大，最終只能放棄使用這一節(jié)能措施！在測試的這64條窯爐中，實現(xiàn)高溫助燃風(fēng)的僅有2條，而大多數(shù)窯爐仍然采用常溫空氣作助燃風(fēng)。

通過對比，可以分析助燃風(fēng)溫度對窯爐能耗的影響。筆者測試了表2中編號1、2兩條生產(chǎn)同樣規(guī)格的外墻磚的窯爐。編號1完全采用抽取冷卻帶的熱風(fēng)作為助燃風(fēng)使用，其助燃風(fēng)溫度達到326℃，通過助燃風(fēng)送回入窯爐的熱量為3885.5 MJ/h，相當(dāng)于供入窯爐燃料熱量的21.44%。測試的如表2中的編號3、4兩條生產(chǎn)同樣產(chǎn)量的釉面磚素?zé)母G爐。編號3采用部分抽取冷卻帶的熱風(fēng)，部分常溫風(fēng)混合作為助燃風(fēng)使用，其助燃風(fēng)溫度達到96℃，通過助燃風(fēng)送回入窯爐的熱量為1002.5 MJ/h，相當(dāng)于供入窯爐燃料熱量的2.70%。

由于采取了熱風(fēng)助燃，編號1窯爐的能耗為1001 kCal/kg，比編號2窯爐的能耗1374 kCal/kg，相差373 kCal/kg，節(jié)能率達27.14%。編號3窯爐的能耗為490 kCal/kg，比編號4窯爐的能耗534 kCal/kg，相差44 kCal/kg，節(jié)能率達8.24%。

3 窯爐節(jié)能的措施

要想窯爐有效地保障達到節(jié)能效果，使用高溫助燃風(fēng)需要從以下幾個方面考慮。

（1） 使用高溫助燃風(fēng)的窯爐，要保持助燃風(fēng)的溫度穩(wěn)定，這就要解決保證窯爐盡量不斷窯，通過助燃風(fēng)間接加熱方式或調(diào)節(jié)部分抽熱與部分燃氣配搭的方式，以求窯爐燒成溫度的穩(wěn)定，從而解決窯爐的斷面溫差引起的色差、尺碼問題。

（2） 使用助燃風(fēng)提溫節(jié)能措施的窯爐，必需要貫徹一個新的燒成制度。這個新的燒成制度，是要使用窯者要改變以往一些在腦袋中凝固了的想法和做法，密切地配合對窯爐新措施的使用。如合適地調(diào)節(jié)窯爐的進、出風(fēng)風(fēng)量，調(diào)節(jié)窯內(nèi)燃燒空氣系數(shù)，調(diào)整或稍改變原來的壓力、溫度曲線。不能認(rèn)為不需調(diào)整就能采用新的節(jié)能措施，只要能保障產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，這些調(diào)整對節(jié)能措施的應(yīng)用都是必要的。

4 結(jié)語

窯爐節(jié)能是陶瓷企業(yè)一直關(guān)注的話題，本文從窯爐的結(jié)構(gòu)、燃燒狀態(tài)控制、熱風(fēng)助燃與窯爐能耗的關(guān)系進行了深入的分析。通過分析，獲得有效地保障窯爐達到節(jié)能方面的一些措施。希望企業(yè)能夠充分重視這些措施，對窯爐進行更換助燃風(fēng)機、更換風(fēng)管、更換燒嘴的系統(tǒng)改革，可以達到更好的節(jié)能效果。