輥道窯節(jié)能技術(shù)探討

劉向東

摘 要：對于建筑陶瓷廠來說，輥道窯是最大的耗能設(shè)備，因此，怎樣進(jìn)行輥道窯節(jié)能是所有建筑陶瓷企業(yè)最渴求的，本文從生產(chǎn)實踐中探討輥道窯的節(jié)能技術(shù)，供同行業(yè)參考。

關(guān)健詞：輥道窯；節(jié)能；窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化；余熱利用

1 引言

國務(wù)院發(fā)布的“十三五”節(jié)能綜合工作方案中提到：到2020年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%，《廣東省節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃》中明確指出，廣東2020年單位GDP能耗比2015年下降17%的目標(biāo)。各市、區(qū)政府對陶瓷企業(yè)更是制訂了企業(yè)節(jié)能任務(wù)，可見，企業(yè)的節(jié)能工作從過去的可做可不做上升到必須做，必須認(rèn)真去做的新高度。對于陶瓷行業(yè)來說，輥道窯的能耗占總能耗的60 ～ 70%，因此，怎樣做好輥道窯的節(jié)能，是企業(yè)一直在努力思考的問題，筆者根據(jù)在陶瓷企業(yè)工作的經(jīng)驗，探討節(jié)能工作，供同行參考。

2 輥道窯爐的節(jié)能技術(shù)探討

2.1窯爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2.1.1窯爐加長加寬

對于新建窯爐來說，一般不再建傳統(tǒng)的窄窯、短窯，而是建內(nèi)寬在3.1 m以上的寬體窯，長度一般超300 m的長窯，從各企業(yè)的實際使用效果來說，這些窯爐的節(jié)能率一般可達(dá)20%以上。由于一般的老廠，受場地限制，實施難度較大，本文對此不做過多討論。

2.1.2窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于陶瓷企業(yè)老廠來說，怎樣在原來的廠房內(nèi)，對輥道窯爐進(jìn)行一系列的技改，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，是企業(yè)最渴望的。筆者在實踐中摸索出以下幾點供參考。

（1）窯體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在總窯長不能加長的情況下，可以優(yōu)化窯爐的三帶，即預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶的比例。這三帶從設(shè)計上來說存在一定的分配比例，但不同的陶瓷企業(yè)，不同的產(chǎn)品配方，三帶比例會有一定變化，不能太固化。對于老企業(yè)來說，窯爐的三帶是否合適就是看產(chǎn)品的實際燒成效果，比如：如果產(chǎn)品難氧化，只要拉大產(chǎn)量就會出現(xiàn)氧化不好，黑心等缺陷，說明預(yù)熱帶偏短。燒成時，如果燒制溫度非常高，產(chǎn)品容易后期變形，說明燒成區(qū)可能太短。如果產(chǎn)品出窯溫度高，易風(fēng)裂等，可能就是冷卻帶太短造成。重新調(diào)整三帶比例后，窯爐總長度沒有變，但產(chǎn)量往往可以提升，提升產(chǎn)量后，單位產(chǎn)品耗能就會下降。

調(diào)整好三帶比例后，要評估原來窯爐空間是否合適，比如：有些窯爐原來設(shè)計時是生產(chǎn)600 mm × 1200 mm產(chǎn)品的，豎進(jìn)三件，內(nèi)寬為2.5 m，但后來實際生產(chǎn)時，只生產(chǎn)800 mm × 800 mm及600 mm × 600 mm產(chǎn)品規(guī)格，窯內(nèi)浪費的空間大，完全可以考慮將內(nèi)寬縮小至2.3 m左右，燃耗會有較大下降。以下是一條生產(chǎn)拋光磚的輥道窯改造前后能耗對比，見表1。

從以上對比可以看出，把窯內(nèi)寬改小后，節(jié)能率為：（2.83-2.57） ÷ 2.83 × 100%=9.19%，可見節(jié)能率是非常理想的（注：以上對比是在產(chǎn)品產(chǎn)量、生產(chǎn)規(guī)格、燒成溫度等工況均一致下測試的，可靠性較高）。但我們在追求節(jié)能的同時也要考慮窯爐的橫向溫差，一般窯內(nèi)空間越小，橫向溫差會變大，如果燒成的產(chǎn)品對溫差要求較高，就不要把窯內(nèi)寬改得太小。

另外，窯體保溫對節(jié)能也有較大影響，可以選用質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小的新型節(jié)能保溫材料，砌筑上取消傳統(tǒng)的燒嘴磚，直接用標(biāo)磚鉆孔加碳化硅套筒的組合形式，可以達(dá)到減少窯爐散熱的效果。窯內(nèi)高溫區(qū)內(nèi)壁可以噴涂高溫輻射涂料，也有一定的節(jié)能效果。窯爐外表面批一層保溫層，也有較好的節(jié)能效果。

（2）供風(fēng)、抽風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)窯爐使用特點，如果要提產(chǎn)、節(jié)能就要想辦法評估原供風(fēng)、抽風(fēng)系統(tǒng)管道是否合理，風(fēng)機選型是否合造。一般對于老窯來說，往往原有的管路布局太疏、管徑太小，抽風(fēng)口太少等制約了產(chǎn)能的提升。這個時候可以適當(dāng)加大供風(fēng)管及抽風(fēng)管。窯頭段的抽煙口可適當(dāng)加多幾組，有利于更加靈活調(diào)節(jié)抽力。對于抽煙風(fēng)機、抽熱風(fēng)機、冷卻風(fēng)機來說，可以考慮加大風(fēng)機，選用流量大壓力略低的風(fēng)機并配用變頻控制，不僅可以節(jié)電，也可以提升產(chǎn)能。另外冷卻帶效果不好也會制約產(chǎn)量的提升，可以在尾冷段加多幾組供風(fēng)口及抽風(fēng)口，窯尾加些軸流風(fēng)機進(jìn)行強制冷卻，對降低磚坯出窯溫度效果較好。

（3）燃燒系統(tǒng)優(yōu)化

窯爐節(jié)能的另一最重要的一塊是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化，對于老式窯爐來說，更換原有的普通噴槍為節(jié)能噴槍，視情況將有5 ～ 10%的節(jié)能效果。對于使用柴油、水煤氣的陶瓷企業(yè)來說，可能覺得這些燃料質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生不完全燃燒從而造成燃料的浪費，具備節(jié)能潛能。但對于使用天然氣的企業(yè)，可能會有一種誤解：天然氣是一種非常干凈的燃料，燃燒效率幾乎100%，還怎么節(jié)能。筆者做過測試，在同一條天然氣輥道窯上，前后使用兩種不同熱值的天然氣進(jìn)行測試，第一種天然氣高位熱值為：37.02 MJ/m3，窯爐的天然氣單耗為：1.87 m3/m2，在產(chǎn)品不變及燒成溫度、周期等工況不變的前提下轉(zhuǎn)用第二種天然氣，這種天然氣的高位熱值為：39.01 MJ/m3，窯爐的天然氣單耗為：1.69 m3/m2，經(jīng)過對比，天然氣熱值增加了5.4%，但窯爐單耗卻增加了9.6%，如果天然氣完全充分燃燒，窯爐單耗應(yīng)該增加在5.4%左右，事實上確變成了9.6%，很明顯，天然氣在窯爐使用中還存在不完全燃燒情況。此次實驗數(shù)據(jù)見表2。

從表2可以看出，即使輥道窯使用最清潔的天然氣，仍然有較大節(jié)能空間。目前市場上有多品牌多種節(jié)能噴槍，到底哪種節(jié)能噴槍好，個人認(rèn)為，我們在選用節(jié)能噴槍時要關(guān)注幾點：第一、要看節(jié)能噴槍的原理，是增加了燃料與空氣的接觸面積，還是通過巧妙地設(shè)計，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，強化空氣與燃料的混合，還是增加了槍嘴數(shù)量，分散燃燒等等，原理上行得通，是節(jié)能的前提。第二、現(xiàn)場試用，可以拿一支噴槍裝在窯上，評估火焰的顏色，是否為清亮的淡藍(lán)色，火焰是否穩(wěn)定。如果整條窯爐已經(jīng)計劃改成節(jié)能噴槍，可以在改造前后做好窯爐內(nèi)各區(qū)氣體及排煙處煙氣的成分檢測，通過檢測溫度、氧含量、一氧化碳含量以及產(chǎn)品燃耗等數(shù)據(jù)評估節(jié)能效果。第三、做好節(jié)能噴槍的預(yù)判工作。窯爐由普通噴槍改成節(jié)能噴槍后，窯內(nèi)的氣氛一般有較大變化，由于節(jié)能噴槍的氧氣一般相對會少，窯內(nèi)的煙氣量會減少，窯內(nèi)的溫差，窯頭溫度將有較大變化，余熱量也導(dǎo)致減少，這些變化一定要提前預(yù)判好，避免盲目改造后對產(chǎn)品燒成產(chǎn)生較大影響。

（4）窯爐余熱利用

最早的輥道窯，窯頭高溫?zé)煔?、窯后段抽熱風(fēng)全部白白排入大氣，造成熱量的極大浪費。為了充分利用余熱，目前的做法有：1）煙氣、熱氣全部送往干燥器進(jìn)行磚坯干燥。這是每一個企業(yè)會最先想到的節(jié)能技術(shù)，但注意的是，由于煙氣中含有較多的水份，導(dǎo)致干燥器容易產(chǎn)生落臟缺陷，所有一般只用到一部份煙氣，還有一部份煙氣排入大氣中，還是有熱源的浪費。多余的煙氣、熱氣也可以用于制冷、制冰，組建制冷通風(fēng)系統(tǒng)供改善車間環(huán)境也有一定效果。2）有些企業(yè)將窯爐多余的熱風(fēng)通過保溫性能良好的管道送至噴霧塔進(jìn)行干燥。這項改造費用較大，對于余熱較多的企業(yè)可以嘗試，如果余熱不多，經(jīng)濟性不佳。3）在窯爐冷卻帶加裝換熱管，通過熱交換產(chǎn)生熱水供員工用。此系統(tǒng)投資不大，但還是有一定的節(jié)能，要注意的是一般要加裝電輔助系統(tǒng)，確保熱水溫度的穩(wěn)定。4）窯爐助燃風(fēng)進(jìn)行加熱。通過在冷卻帶加裝換熱管把空氣加熱后送往助燃風(fēng)機，也有較好的節(jié)能效果。但要注意的是此項改造一般要加大助燃風(fēng)管，風(fēng)機也要更換成大流量耐高溫的風(fēng)機。

2.2配方、工藝改進(jìn)

通過配方改進(jìn)，降低燒成溫度或縮短燒成周期也是一項較好的節(jié)能措施。企業(yè)通過配方攻關(guān)，提高鉀含量，可以使燒成溫度變寬，有利于快燒。另外，鋁含量、鈉含量對燒成溫度影響較大，適當(dāng)提高鈉含量，降低鋁含量有利于快燒，但同時也要考慮骨架的軟硬，需通過試制找到最佳比例。另一方面，干燥器及輥道窯預(yù)熱帶排水速度的快慢對燒成周期有較大影響，在原材料的選擇上，可以適當(dāng)提高砂類用量，降低泥類用量，也有利于快燒。

3 結(jié)語

窯爐是陶瓷企業(yè)的高耗能設(shè)備，尤其是隨著環(huán)保工作的要求越來越高，不少陶瓷企業(yè)開始改燒天然氣，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)成本會大幅上升，為了降低成本，在窯爐上進(jìn)行攻關(guān)降低能源，會取得較好的經(jīng)濟效益。此文提到的一些思路主要針對老廠改造參考，只要企業(yè)的節(jié)能工作人員能夠從企業(yè)實際情況出發(fā)，認(rèn)真細(xì)致地去大膽嘗試、創(chuàng)新，一定可以取得意想不到的節(jié)能成績。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾令可， 陳凱， 鄒正紅，等. 陶瓷輥道窯節(jié)能空間分析[J]. 山東陶瓷， 2015， 38（5）：3-8.

[2] 曾令可，劉 濤， 李 萍，等. 陶瓷窯爐的節(jié)能技術(shù)[J].中國陶瓷工業(yè). 2008 ，15（6）：3.