陶瓷工業(yè)窯爐節(jié)能簡(jiǎn)要分析

李克敬 王開放 劉繼武 權(quán)銳 朱瑞娟 李蕊 馮剛 楊帆

（1中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)（陜西）有限公司；2國(guó)家建筑衛(wèi)生陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，陜西 西安 710116）

0 引言

近年來，我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)得到了空前發(fā)展，連續(xù)多年產(chǎn)量世界第一。然而，繁榮景象的背后還隱藏著很多問題，如建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的高能耗、高污染及高消耗等。工業(yè)窯爐是建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)耗能最大的設(shè)備，占總能耗的60%～70%。然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)陶瓷工業(yè)窯爐的熱效率僅為28%左右，而發(fā)達(dá)國(guó)家的窯爐可以達(dá)到50%以上。由此可知，陶瓷工業(yè)窯爐的節(jié)能技術(shù)研究對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)綠色發(fā)展，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家節(jié)能技術(shù)的差距具有重要意義。

針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)高能耗、高污染、高消耗等問題，本文選定陶瓷工業(yè)窯爐為研究對(duì)象，以窯爐熱平衡體系為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究分析影響陶瓷工業(yè)窯爐能效的因素，如窯體結(jié)構(gòu)、燃燒方式、燒成條件、能源供給和生產(chǎn)管理等，識(shí)別主要能效因子，為生產(chǎn)企業(yè)、節(jié)能監(jiān)察機(jī)構(gòu)等提供科學(xué)、客觀的陶瓷工業(yè)窯爐節(jié)能技術(shù)支持，促進(jìn)行業(yè)綠色健康發(fā)展。

1 陶瓷工業(yè)窯爐節(jié)能因素分析

影響陶瓷工業(yè)窯爐節(jié)能的主要因素包括耐火材料的選擇、窯爐結(jié)構(gòu)、燃燒技術(shù)、余熱利用、空氣過剩系數(shù)及其他如自動(dòng)化控制、輔助設(shè)施等。圖1為窯爐節(jié)能的主要影響因素。

圖1 窯爐節(jié)能的主要影響因素

1.1 耐火材料與窯爐節(jié)能

窯爐材料的選擇在很大程度上影響窯爐的節(jié)能效果。陶瓷工業(yè)窯爐的主要構(gòu)成材料是耐火材料，其主要用于窯車、窯具和窯墻。其中，窯墻應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求如GB/T 16618，且應(yīng)具備優(yōu)異的保溫性、高溫穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，如全耐火纖維或其他輕質(zhì)低蓄熱材料砌筑型，以耐火纖維代替重質(zhì)耐火磚，重量和蓄熱量均大幅降低，使得窯外壁溫度和散熱總能也有所下降，一定程度上能提高節(jié)能效果；窯車和窯具應(yīng)具有輕量化、高強(qiáng)度、絕熱等特性，且應(yīng)多層碼裝牢固、緊湊。

框架式窯具結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 框架式窯具結(jié)構(gòu)

1.2 窯爐結(jié)構(gòu)

窯爐結(jié)構(gòu)對(duì)節(jié)能性能具有較大影響，窯爐斷面寬度增加，有利于減小空氣阻力，一定程度上有助于提高節(jié)能效果，但寬體窯，若無結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)、無節(jié)能技術(shù)、調(diào)試不當(dāng)、產(chǎn)品搭裝不合理，同樣不節(jié)能。此外，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)擋火板、擋火墻的組合型式，可以改變窯內(nèi)熱氣流分布，調(diào)控寬斷面窯內(nèi)截面溫差，有助于提高節(jié)能效果。

根據(jù)窯爐燒成產(chǎn)品的不同，設(shè)計(jì)窯內(nèi)三帶長(zhǎng)度比例，利用合理的分段能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果的提升。如燒成衛(wèi)生瓷的隧道窯，適當(dāng)減少預(yù)熱帶長(zhǎng)度并加燒嘴以強(qiáng)制氣流攪動(dòng)，可以提升窯爐節(jié)能效果。

圖3 寬體輥道窯

1.3 燃燒技術(shù)

燃燒技術(shù)對(duì)窯爐節(jié)能效果同樣具有較大的影響，應(yīng)采用低空氣系數(shù)的燃燒方式。燒成氧化氣氛的窯爐應(yīng)采用富氧、助燃風(fēng)加熱的燃燒方式，在該方式下隨著氧濃度的增加，煙氣量會(huì)下降，鼓風(fēng)或引風(fēng)量也下降，既節(jié)電又可減少煙氣帶走熱。梭式窯和隧道窯應(yīng)采用脈沖燃燒技術(shù)，該技術(shù)可以使窯內(nèi)溫度變得均勻，減少窯內(nèi)上下的溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。燒嘴是窯爐燃燒系統(tǒng)的核心部件，應(yīng)采用燃燒充分并且不易結(jié)渣的節(jié)能燒嘴。

1.4 余熱利用

余熱回收利用是實(shí)現(xiàn)窯爐節(jié)能的主要途徑之一，通過熱管換熱器將高溫?zé)煔饣厥沼糜谥硷L(fēng)加熱，不僅提高了燃料的燃燒效率，而且改善了爐內(nèi)熱工過程，實(shí)現(xiàn)窯爐節(jié)能效果的提升。此外，煙氣也可用于干燥工序，但直接將煙氣用于干燥，不符合環(huán)保相關(guān)要求。陶瓷輥道窯煙氣熱交換系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 陶瓷輥道窯煙氣熱交換系統(tǒng)

1.5 空氣過剩系數(shù)

空氣過剩系數(shù)的數(shù)值對(duì)窯爐節(jié)能效果具有一定程度的影響。目前，空氣過剩系數(shù)測(cè)量位置包括煙囪和窯內(nèi)燒成正壓區(qū)，在煙囪位置的測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)便，但是干擾因素較多，如配風(fēng)、漏風(fēng)等，而在窯內(nèi)燒成正壓區(qū)測(cè)量尚未形成相關(guān)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。

1.6 其他

影響窯爐節(jié)能效果的其他因素還包括自動(dòng)化控制、輔助設(shè)備調(diào)控及產(chǎn)量節(jié)能等，如陶瓷工業(yè)窯爐應(yīng)配置完備的自動(dòng)化控制和電腦系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加熱、燃燒、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)冗^程自動(dòng)控制；窯爐采用的風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)裝置及其他重要機(jī)電設(shè)備宜采用變頻技術(shù)滿足相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，不得使用國(guó)家或有關(guān)部門發(fā)布的淘汰或禁止的裝備。

2 展望

隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保政策的持續(xù)加嚴(yán)，各地方政府陸續(xù)出臺(tái)相應(yīng)的節(jié)能減排措施如煤改氣等，建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)作為典型的高耗能、高排放行業(yè)勢(shì)必首當(dāng)其沖。陶瓷工業(yè)窯爐的節(jié)能技術(shù)研究工作有助于提升陶瓷行業(yè)資源能源高效循環(huán)利用效率，以及清潔環(huán)保水平，提升我國(guó)陶瓷產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供思路和方向，對(duì)實(shí)施“節(jié)能、減排和降耗”戰(zhàn)略以及發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”起到促進(jìn)作用。