辊道陶瓷窑节能改造方案【稀缺资源，路过别错过】

1 辊道陶瓷窑节能改造方案 2 目录 1 陶瓷行业能耗现状简介 . 1 1.1 陶瓷工业能耗的现状 . 1 1.2 建筑陶瓷行业能耗状况 . 2 1.3 XX 建筑陶瓷行业能耗现状 . 2 1.3.1 窑炉基本情况 . 2 1.3.2 喷雾干燥塔状况 . 3 2 陶瓷工业的节能技术 . 4 2.1 陶瓷原料加工过程中的节能 . 4 2.1.1 陶瓷原料的粉碎加工 . 4 2.1.2 陶瓷原料的细加工 . 4 2.1.3 陶瓷原料的其他节能 . 5 2.2 陶瓷成型过程中的节能 . 5 2.2.1 大吨位压砖机 . 6 2.2.2 高中压注浆成型 . 6 2.2.3 等静压成型 . 6 2.3 陶瓷干燥过程中的节能 . 7 2.4 烧成技术 . 7 2.4.1 . 8 2.4.2 采用裸装明焰烧成技术 . 8 2.4.3 采用洁净液体和气体燃料 . 8 2.4.4 采用可替代的低价燃料 . 9 3 2.4.5 采用先进的燃烧设备 . 9 2.4.6 采用一次烧成 . 10 2.5 窑炉结构 . 10 2.5.1 窑型向辊道化发展 . 10 2.5.2 采用高效、轻质保温耐火材料及新型涂料 . 11 2.5.3 改善窑体结构 . 11 2.5.4 窑车窑具材料轻型化 . 12 2.5.5 辊子的散热 . 12 2.6 窑炉余热的利用 . 13 2.7 加强窑体密封性和 窑内压力制度 . 13 2.8 采用自控技术 . 14 2.9 其他节能技术 . 14 2.9.1 . 14 2.9.2 微 波辅助烧结技术 . 15 3 辊道陶瓷窑简介 . 15 3.1 燃烧状况 . 15 3.2 配风控制状况 . 16 3.3 辊道窑工作系统 . 16 3.3.1 辊道窑窑体主要结构 . 16 3.3.2 排烟系统及预热带调节 . 18 3.3.3 多点供热与烧嘴布置 . 19 3.3.4 冷却系统与余热利用 . 20 4 3.3.5 传动系统与其它 . 20 3.3.6 辊道窑三带比例设置 . 21 3.3.7 管路系统 . 23 3.3.8 辊道窑温度制度 . 25 3.3.9 辊道窑压力制度 . 28 3.3.10 辊道窑气氛制度 . 29 4 节能方案设计 . 30 4.1 采用 DME 作为燃料 . 30 4.1.1 二甲醚的性质 . 31 4.1.2 二甲醚与液化石油气的效益对比 . 33 4.1.3 二甲醚与天然气的效益对比 . 33 4.2 改进保温措施，减少散热损失 . 34 4.3 干燥系统的节能 . 34 4.3.1 喷雾干燥设备的节能措施 . 34 4.3.2 少空气快速干燥器 . 37 4.4 陶瓷烧成节能技术 . 39 4.4.1 高温空气燃烧技术 . 39 4.4.2 高速燃烧器技术 . 43 4.4.3 增加预混设施 . 46 4.4.4 采用两级微机控制系统 . 50 4.4.5 热风助燃及富氧燃烧技术 . 61 1 1 陶瓷行业能耗现状简介 改革开放以来，我国建筑陶瓷产量一直高居世界首位， 1998 年陶瓷砖产量占世界总产量的 34.5，卫生瓷占世界总产量 的 23.4%。2004 年我国日用瓷、建筑瓷和卫生瓷产量均位居世界第一，其中日用瓷产量高达 130 亿件，约占世界总产量的 60；建筑瓷砖年产量约为 30 亿 m2，产量约占世界总产量的 50，按 20 24kg/ m2 计算，则每年消耗泥料和石料 6000 7000 万吨；按每平方米消耗燃油 1.41.5计算 ， 每年消耗燃油高达 4.2 4.5 亿升。最近几年面对能源价格居高不下，就陶瓷生产而言，节能降耗将是陶瓷生产的大势所趋，也是陶瓷工业可持续发展的重要条件。 1.1 陶瓷工业能耗的现状 目前，我国陶瓷工业的能源利用率与国外相比，差距较大，发达国家的能源利用率一般高达 50以上，美国达 57，而我国仅达 到28 30。虽然我国陶瓷产量在世界上遥遥领先，但总体上存在产品档次低、能耗高、资源消耗大、综合利用率低、生产效率低等问题。在陶瓷工业的一般工艺流程中，能耗主要体现在原料的加工、成型、干燥与烧成这四部分。其中干燥和烧成工序，两者的能耗约占 80。据有关报道，陶瓷工业能耗中约 60用于烧成工序，约 20用于干燥工序。在建筑卫生陶瓷方面，国内外能耗存在着一定的差距。 2 日用陶瓷烧成能耗状况：燃煤隧道窑为 41816 54361KJ/Kg 瓷； 折合 1.42 1.85kg 标准煤 kg 瓷；燃油隧道窑为 33453 45998 KJ/Kg瓷；折合 1.14 1.57kg 标准煤 /kg 瓷；燃气隧道窑为 29271 39725 KJ/Kg 瓷；折合 1.00 1.35kg 标准煤 /kg 瓷。而国外窑炉以气体燃料为主，烧成能耗为 12545 25090 KJ/Kg 瓷，折合 0.43 0.86kg 标准煤 /kg 瓷；烧成能耗只有我国的一半左右。 1.2 建筑陶瓷行业能耗状况 建筑陶瓷是一个能耗较大的工业行业。目前，全国有建筑陶瓷连续烧成窑炉 3000 余座，其中大中型窑有约 1800 2300 座，生产能力较小的窑 800 1000 座。与其配套的喷雾干燥塔略 少于窑炉的数量。据统计，建筑陶瓷厂喷雾干燥的能耗一般为窑炉能耗的 1/22/3。建筑陶瓷行业消耗的热能中，主要集中于干燥和烧成工序，它们的能耗占整个企业能耗的 80%以上。据报道，英国陶瓷工业的能耗中，约有 61%用于烧成工序，干燥工序能耗约 20%。如何降低陶瓷工业的能耗，特别是热工设备的能耗，提高能源利用率，是摆在建筑陶瓷行业面前的迫切任务。 1.3 XX 建筑陶瓷行业能耗现状 1.3.1 窑炉基本情况 建筑陶瓷生产厂的典型数据：生产外墙砖企业的产品单位烧成热耗在 2200KJ/kg 6000KJ/kg；生产仿 古砖企业的产品单位烧成热 3 耗在 2000KJ/kg 3000KJ/kg；生产抛光砖的产品单位烧成热耗在2200KJ/kg 3300KJ/kg。髙的单位烧成热耗值主要是由以下原因造成的： （ 1）各个企业产品品种不同和对产品质量的要求不同，有的产品需要二次烧成。 （ 2）窑炉结构和工艺制度不合理。 （ 3）燃烧器燃烧状况差，化学不完全燃烧损失大。 （ 4）窑炉排烟损失大。 （ 5）产品出窑温度和排烟温度偏高。 （ 6）窑体散热损失较大。 （ 7）部分窑炉使用垫板。 1.3.2 喷雾干燥塔状况 喷雾干燥塔的产品干粉单位热耗在 2000KJ/kg 4000KJ/kg；髙的热耗值主要是由以下原因造成的： （ 1）制浆工艺未严格控制，对外加剂的选择和质量控制不严格，造成进入喷雾塔泥浆水分偏高。 （ 2）喷雾塔结构不合理，如塔身较短、内径较小、喷枪与塔体不匹配，造成大量物料互相粘连和粘壁。降低了塔的产量，增加了热耗。 （ 3）喷雾塔所使用的各种材料特别是保温隔热材料低劣，使用时间稍长，发生变形和收缩，造成塔体散热损失比较大。 4 （ 4）操作工艺不合理，对进塔风温、排风温度、塔内压力、喷浆压力和喷片孔大小之间的相互影响关系不了解，工艺参数选择不够优化，造 成干粉单位热耗偏高。 2 陶瓷工业的节能技术 2.1 陶瓷原料加工过程中的节能 原料加工部分的能耗在整个陶瓷生产过程中占很大的比例， 原 料加工电 耗占 49，装机容量占 72，因此节能潜力较大。 2.1.1 陶瓷原料的粉碎加工 原始陶瓷原料主要是由硬质原料和软质原料组成。对陶瓷原料的粉碎加工主要体现在对于硬质原料的加工。首先应逐步减少噪音大、能耗高、难以除尘的粗 、 中 料的粉 碎加工，如：粗颚式破碎机、细颚式破碎机、旋磨机等，改用质量稳定且能够及时供应的原料粉料进厂。其次，积极推进陶瓷原料的标准化、商品化和系列化生产，供给 符合陶瓷工业需求的粉料；提高粉碎设备利用率，减少对原料车间的重复建设，有利于减少工厂原料的储备，节约场地的投资和减少城市粉尘、噪音污染。 2.1.2 陶瓷原料的细加工 工业上广泛使用间歇式球磨机作为细磨设备，其内衬如果采用橡胶衬，既可以减小球磨机的负荷，又增加了球磨机的有效容积，产量可以提高 30 50，单位产品电耗降低 10 30。如果采用氧化 5 铝衬则可提高球磨效率、缩短球磨周期。为了提高球磨机的效率，根据工艺配方不同向泥浆中加入高效减水剂 、 助磨剂并制定合理的料、球、水比例。在磨球的选择上应有合理的大 、 中 、 小 级配成不同形状的磨球级配。在球磨时，采用氧化铝球，既可缩短球磨时间，又可节电 35左右。 国外普遍采用连续式、大吨位球磨机进行细磨，产量可提高 10 倍以上，电耗 可降低 80。由于可以连续 生产 ，不需要停机，比间歇式球磨机节省能耗 15 30；并易制浓浆，使后面的喷雾干燥过程节约能量，节省能耗 20 30。与小吨位球磨机相比，大吨位球磨机可以节省能耗 10 30。另外，国内外不少球磨机采用变频器改变电流频率 来 调速，有可能缩短球磨周期 15 25，从而减少电耗。 2.1.3 陶瓷原料的其他节能 喷雾干燥制粉时，降低 泥浆的含水量，提高热风的温度，加大进塔泥浆量，降低废气温度，产量可提高近 1 倍，能耗下降 30。另外，料浆池采用间歇式搅拌，一天可节电 135kwh，年节电 4.5 万 kwh。 2.2 陶瓷成型过程中的节能 陶瓷成型种类繁多，不同的陶瓷成型有不同的成型方法，和日用陶瓷节能方面做一简要分析。 6 2.2.1 大吨位压砖机 对于建筑陶瓷，在选择压砖机上，应选用大吨位、宽间距的压机，实现一机一窑，因为大吨位压砖机压力大，产量大，压制的砖坯质量好，合格率高。在同等条件下，电耗可减少 30以上。目前，国产液压压砖机的最大吨位已经达 到 8000，各种吨位的大型压机也已广泛应用于国内陶瓷企业，节能效果显著。 2.2.2 高中压注浆成型 对于卫生陶瓷可采用高中压注浆成型技术，将传统石膏模依靠毛细管 滤 吸水成型机理变为多孔塑料模压滤排水机理，使卫生瓷成型 次数由天 /次提高到 10 30min/次，模具寿命达 2 万次以上，可节 省模具干燥和加热工作环境所需的热能。 2.2.3 等静压成型 当前日用陶瓷成型工艺有滚压成型、注浆成型、塑压成型、等静压成型、高压注浆、微波注浆成型和激光快速成型，其中后半部分具有较大的发展和应用前景。从效率、节能和成熟程度 来 考虑，应该采用等静压成型，其具有瓷质结构均匀致密、质量高、工序简单、无杂质、抗弯强度高、可成型复杂型、尺寸精确、生产周期短、耗能低等优点。等静压成型的最大特点是：产量大、质量好、坯体规 7 整度好、品质规格一致、取消了石膏模和干燥工序、能适应于多种产品的生产等。 2.3 陶瓷干燥过程中的节能 据报道，选用英国 CDS 公司推出的空气快速干燥器，用于日用陶瓷，干燥周期可缩短 46 83，平均节能 50。至于卧式快速辊道干燥、超热间断热空气干燥、卫生陶瓷干燥、高频干燥、微波 干燥、红外线干燥和快速干燥等节能技术，在实际生产应 用中干燥效果也较为显著。其中微波干燥技术备受关注。微波干燥中微波可以穿透至物料内部，使内外同时受热，蒸发时间比常规加热大大缩短，可以最大限度的加快干燥速度，极大地提高生产效率。由此而节约了大量的能源消耗，且微波能源利用率高，对设备及环境不加热，仅对物料本身加热，运行成本比传统干燥低。通过传统干燥与微波干燥在时间与能耗方面的对比，从中可以看出微波干燥的优越性。 在相同的功率下，传统干燥时间是微波干燥的 30 32 倍，能耗为 2.5 倍，而生产能力则约为一半 。 2.4 烧成技术 窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗 能最大的设备，占60左右。但是窑炉设备能耗的水平，主要取决于窑炉的结构与烧成技术，其中窑炉的结构是根本，烧成技术是保证；两者相互依存， 8 缺一不可；只有使两者合理的搭配才能既保证窑炉烧成质量的提高，又减少能源消耗。 2.4.1 采用低温快烧技术 在陶瓷生产中，烧成温度越高，能耗就越高。据热平衡计算，若烧成温度降低 100 ，则单位产品热耗可降低 10以上，且烧成时间缩短 10，产量增加 10，热耗降低 4。因此，在陶瓷行业中，应用低温快烧技术，不但可以增加产量，节约能耗，而且还可以降低成本。因而在我国正进一步研 究采用新原料，如珍珠岩、绢云母、石英片岩等配制烧结温度低的坯料，玻化温度低的釉料，改进现有生产工艺技术，建造新型窑炉，以实现低温快烧技术，降低能耗。 2.4.2 采用裸装明焰烧成技术 目前，我国陶瓷窑炉烧成方式主要有：钵装明焰、裸装隔焰和裸装明焰。 2.4.3 采用洁净液体和气体燃料 采用洁净的液体、气体燃料，不仅是裸装明焰快速烧成的保证，而且可以提高陶瓷的质量，大大节约能源，更重要的是可以减少对 环境的污染。采用洁净气体作为燃料，节能降耗明显 。 9 2.4.4 采用可替代的低价燃料 究竟采用哪种气体燃料使用 最经济，更符合我国国情，其又最适用于裸装明焰烧成方式。据报道，我国是世界上煤炭储量非常丰富的国家，已探明的储量预计可使用 500 年以上。在能源日益趋于紧张的今天，采用低价燃料显得尤为重要。在单位产品燃料费用中，烧煤高达 1.197 元 /kg 产品：重油 0.138 元 /kg 产品；发生炉冷煤气0.0997 元 /kg 产品。因此，应大力发展发生炉冷煤气。其不仅价格低廉，而且燃烧效率高，燃料消耗低。 二甲醚 DME 是以煤为原料生产的一种新型洁净能源，其特点主要体现在燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残液，无黑烟，成本低，节能显著等 优势以及具备比液化石油气 LPG 更多的优点，取代液化石油气作为民用及工业用燃料已成可能。 在陶瓷行业使用 DME替代 LPG、天然气、重油及半水煤气作为燃料，最大的优点是 DME不含硫，烧成的陶瓷釉面光洁，质量能上一个大台阶，再就是其价格低廉（详见实施方案替代燃料篇）。 2.4.5 采用先进的燃烧设备 采用高速烧嘴提高气体流速，是强化气体与制品之间传热的有效措施，一般可比传统烧嘴节约燃料 25 30。目前高速烧嘴朝着高效节能低污染发展，如高效节能环保型蓄热式烧嘴，此烧嘴优势 10 在于当其中一个烧嘴工作时，另一个为排烟 道，并蓄热，以待其工作时，预热空气，其可以节约燃料 20 40，减少废气的排放温度， 达到节能高效低污染效果。 对于烧重油的窑炉，则可采用重油乳化燃烧技术，使重油燃烧更加完全，通过乳化器的作用后，把水和重油充分乳化混合，成油包水的微小雾滴，喷入窑内产生 “ 微爆效应 ” ，起到二次雾化的作用，增大了油和水的接触面积，使混合更加均匀，且燃烧需要的空气量减少，基本消除了化学不完全燃烧，有利于提高燃烧温度及火焰辐射强度，掺 水 率 13 15，节油率可达 8 10。 2.4.6 采用一次烧成 近年来，我国不少陶 瓷企业在釉面砖、玉石砖、水晶砖、渗花砖、大颗粒和微粉砖的陶瓷工艺和烧成技术上取得重大突破，实现了一次烧成新工艺，减少了素烧工序，烧成的综合能耗和电耗下降30以上，大大节约了厂房和设备投资，而且大幅度提高了产品质量。 2.5 窑炉结构 2.5.1 窑型向辊道化发展 在陶瓷工业中，使用较多的主要窑炉有：隧道窑、辊道窑和梭式窑三大类。其中，辊道窑具有产量大、质量好、能耗低、自动化 11 程度高、操作方便、劳动强 度 低、占地面积小等优点，是当今陶瓷窑炉的发展方向。 2.5.2 采用高效、轻质保温耐火材料及新型涂料 常见的保温材料有重质耐火砖、轻质保温砖、莫来石轻质砖 、高铝轻质砖和轻质陶瓷纤维等。合理的选择保温材料对节能降耗产生了很大的影响。如轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比：质量轻、导热系数小、重量只有轻质材料的 1/6、容重为传统耐火砖的 1/25、蓄热量仅为砖砌式炉衬的 1/30 1/10、窑外壁温度降到 30 60 。纤维节能方面，从总能耗的 20.6下降到 9.02，节能达到 16.67。 另外，为了提高陶瓷纤维抗粉化能力，又增加窑炉内传热效率， 节能降耗。可使用多功能涂层材料 ， 如热辐射涂料 HRC。在高温阶段 ，将其涂在窑壁耐火材料上，材料的辐射率由 0.7 升为 0.96，可节能 138.3MJ/m2h；而在低温阶段涂上 HRC 后，窑壁辐射率从 0.7 升为 0.97，可节能 4547Kcal/m2h。 2.5.3 改善窑体结构 随着窑内高的增加，单位制品热耗和窑墙散热量也增加。如当辊道窑窑高由 0.2升高至 1.2时，热耗增加 4.43，窑墙散热升高 33.2，故从节能的角度讲，窑内高度越低越好；随着窑内宽度增大，单位制品热耗和窑墙散热减少。如当辊道窑窑内宽从 1.2增 12 大到 2.4，单位制品热耗减少 2.9，窑墙散热降低 25，故在一定范围内，窑越宽越好；当窑内宽和窑内高一定的情况下，随着窑长的增加，单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少。如当辊道窑的窑长由 50增加到 100时，单位制品热耗降低 1，窑头烟气带走热量减少 13.9 。 2.5.4 窑车窑具材料轻型化 采用轻质耐火材料制作窑车和窑具对节能具有重大的意义。产品与窑具的重量比越小，其热耗越低。窑车应使用低蓄热、容重小、强度高、隔热性能好的材料来制备。至于窑车车衬材质的选取，据报道，轻质砖、轻质砖与硅酸铝耐火纤维和全硅酸铝耐火纤维做车衬时，产品热耗是传 统重质耐火砖做车衬时的 91、 79.6 85.8和59.1 66.3。 2.5.5 辊子的散热 辊子是辊道窑的一个重要组成部分，分布在沿窑长的不同温度区间。受温度的影响，辊棒分别采用钢辊和瓷辊。辊棒向外散热主要是通过其两端各伸出窑墙约 0.1 米的辊端。由于辊道窑中使用的辊棒数量之多 （ 通常可达 1000 多根 ） ，以至于其能耗增加。通过对辊道窑长 80 米，辊棒两端各伸出窑墙 0.11 米，共有 1327 根辊子进行数值计算，其中 800 高温区采用瓷辊，其余采用钢辊。 13 随着温度的升高，瓷辊的散热损失变化比较 平缓，而钢辊的热量散失则几乎呈线性增加。计算表明，辊子两端通过导热过程所散失的热量约占窑炉总供给热量的，因此，其具备节能潜力。 2.6 窑炉余热的利用 衡量一座窑炉是否先进的一个重要标准就是有没有较好的利用余热。据窑炉热平衡测定数据显示，仅烟气带走的热量和抽热风带出的热量占总能耗的 60 75。若能利用蓄热式燃烧技术将明焰隧道窑的余热预热空气供助燃，不但可改善燃料燃烧，提高燃烧温度，而且可降低燃耗 7。 余热利用在国外受到重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节。国外对烟气带走的热量和冷却物料 消耗的热量 （ 约占总窑炉耗能的50 60 ） 这一部分数量可观的余热利用较好。目前，国外将余热主要用于干燥和加热燃烧空气。现在欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置，进行余热的再回收利用。对于排烟废热的余热利用，亦采用换热器进行能量收集与输送到所需场所。其综合节能的效果使热效利用达到 80 90。 2.7 加强窑体密封性和窑内压力制度 加强窑体密封，窑体与窑车之间、窑车之间的严密性，降低窑头负压、保证烧成带处于微正压，减少冷空气进入窑内，从而减少排烟量，降低热耗。经计算，烟道汇总出的空气过剩系数由减 少到 14 时，当其他条件不变的情况下，烟气带走热量从 30降为 18，节能 12。 2.8 采用自控技术 采用自控技术是目前国外普遍采用的有效节能方法，它主要用在窑炉的自动控制。因而使窑炉的调节控制更加精确，对节省能源、稳定工艺操作和提高烧成质量十分有利，同时还为窑炉烧成的最优化，提供了可靠的数据。计算表明，在排出烟气中每增加可燃成分1，则燃料损失要增加 3，如果能够采用微机自动控制或仪表 -微机控制系统，则可节能 5 10。当今先进的自控可以通过高级专家系统来实现，可以通过在线的外部参数 （ 温度、湿度、压力、 气氛等 ） 测量 来 引导操作向最大的节能方向进行，降低能耗以上。在国外，如日本碍子公司的窑炉均设置有先进的自动点火、熄火测知、窑内压力监测、地震监测、窑内氧浓度监测、气体泄漏监测、瓷辊损折监测及喷嘴用电偶记录仪等一系列监测仪器。从而保证了窑炉的省力、节能、快速烧成，其可节能 10 30。在国内尚未达到。 2.9 其他节能技术 2.9.1 新型双层双温窑炉 双层双温窑炉是一种新型节能窑炉，其结构特点是窑炉从单层单温发展为双层双温。其上下两层温度均采用 PID 单独控制，两层之间采用结晶碳化硅作横梁并用高保温性能的耐 火材料做隔热层。特 15 殊的设计能有效防止上下两层串温，同时又能使有效的热量共享。与单层窑炉能耗相比，双层双温窑炉低于其 150 250 大卡 /kg 瓷，即最少可以节省能耗 30。 2.9.2 微波辅助烧结技术 微波辅助烧结技术是通过电磁场直接对物体内部加热，而不像传统方法 ， 热能是通过物体表面间接传入物体内部，故热效率很高 ，一般从微波能转换成热能的效率可达 80 90 ，烧结时间短，因此可以大大降低能耗达到节能效果。例如 A1203 的烧结，传统方法需加热几个小时而微波法仅需分钟。 据报道，英国某公司有一种新型的陶瓷窑 炉生产与制造技术，该窑炉最大的特点在于：它不仅采用了当今世界上微波烧结陶瓷的最新技术，而且采用了传统的气体烧成技术。它在传统窑炉中把微波能和气体燃烧辐射热有机结合起来，这样既解决微波烧成不容易控制的问题，又解决了传统窑炉烧成周期长，能耗大等问题。据介绍这种窑炉适用于高技术陶瓷及其他各种陶瓷的烧成，达到快速烧成，减少能耗，降低成本的目的。 3 辊道陶瓷窑简介 3.1 燃烧状况 现华南地区大部分辊道窑采用水煤气、重油或 LPG 作为燃料，燃烧型式为引射式扩散燃烧（如图 1 所示），燃气与助燃空气在烧嘴 16 前端混合进入燃烧室燃 烧。 3.2 配风控制状况 传统的辊道窑燃烧设备只是通过鼓风机的变频来调节助燃空气的总供给量，调节精度低，信号延时久。不能根据生产用气的实时情况准确调节助燃空气的供给量。使得燃气大部分时候处于不完全燃烧或过剩空气系数过高的状态，极大的降低了燃烧设备的热效率，造成能源的浪费。 图 1 扩散燃烧示意图 3.3 辊道窑工作系统 辊道窑最初是由意大利引进，后来国产化，都采用液化气、煤气、轻柴油等清洁燃料，明焰裸烧。明焰裸烧辊道窑产量高，质量佳，烧成周期短，烧成热耗低 , 是目前建陶行业使用最多的辊道窑类型 , 也是辊道 窑发展的重要方向。 3.3.1 辊道窑窑体主要结构 目前先进辊道窑都是标准化系列化设计制造。辊道窑窑体分节 17 （每节长约 2 2.2 米）按模数设计，预制组装，窑体的预制组装件采用金属框架结构，框架使用金属方管兼作风管，结构紧凑，窑体外部采用钢板包装，坚固美观，内衬大量使用轻质隔热耐火砖与陶瓷纤维，不仅减少了窑体的重量 , 而且减少了窑体的散热损失，辊道窑窑顶结构多采用平顶或拱顶结构，拱顶结构简单，造价低，悬挂式平顶吊装结构施工复杂，造价高 , 但平顶吊装结构可以减少窑体的承重，增加窑炉的寿命，也特别适合装配运输，易于 组装，而且可以减少窑内气体分层，使窑内温度分布较均匀，因此平顶吊装结构是辊道窑窑顶结构的发展方向，一些辊道窑不仅窑顶采用吊装结构，而且辊子上部的窑墙也采用吊装方式，这给辊子传动部门的设计、安装、调试都带来了方便。近十年来辊道窑窑体不断朝着大型化的方向发展 , 表现之一是辊道窑窑长的增加 , 窑长增加使烧成的产量增加 , 使烧成制度沿窑长方向的变化较平缓 , 易于控制调节 , 同时也削弱了外界环境气候等因素变化对窑炉烧成的影响，有利于提高产品的质量，但窑长的增加则明显地增加一次性投资， 80 年代初的辊道窑多数长约 50 70 米 , 而目前引进的或国产的辊道窑大多长约70 250 米；表现之二是窑宽的增加，窑宽的增加，从节能的角度来看则意味着窑炉单位体积的表面积减小，也就是单位产量的窑炉外表面散热减少，从投资的角度来看则表明单位产量窑炉的一次性投资减小， 80 年代初国产辊道窑一般有效内宽小于 1.2 米 , 而目前辊道窑的有效内宽普遍在 1.5 1.8 米 , 一些已超过 2.5 米，当然窑宽的增加则提高了对燃烧系统、辊棒、传动系统等方面的要求 , 特别是对辊 18 棒的要求；表现之三是多层辊道窑的增加 , 主要是双层辊道窑 , 多层辊道窑节省面积 , 产量大 , 可减低单位制品热耗 , 但多层辊道窑操作结构复杂 , 部分结构材料性能要求高 , 各层之间的相互牵扯影响干扰较多。 3.3.2 排烟系统及预热带调节 一般来讲，辊道窑多采用窑头集中排烟或半集中排烟。典型的集中排烟是窑头处辊道上、下方侧墙开设两对排烟口，这种集中排烟的方法使烟气能够被充分利用来加热制品 , 不过这种集中排烟方法如果没有与预热带的其它调节方法如挡火墙、闸板、调温风管等配合使用的话 , 极易造成窑头温度过高（ 300以上或更高） , 要求入窑坯体充分干燥 , 或使预热带温度曲线调节困难 , 所以许多辊道窑与集中 排烟配合使用有若干条调温风管（类似于预热带设置的搅拌气幕 , 但主要作用不在于搅拌 , 对气流喷射速度没有特别要求 , 一般风管较粗 , 使用中有利用冷却带余热后的热空气的 , 也有直接利用环境空气的）。半集中排烟方法是在辊道窑窑头前面几节窑体的辊道上下侧墙设有多对排烟口（一般为四对） , 或是在预热带的窑顶再另设数个排烟口。一般来讲 , 这种半集中排烟方法对烟气的热利用率比较低 , 而对于预热带的调节作用也不大 , 一般仍需与预热带的其它调节方法如闸板、挡火墙和调温风管配合使用 , 因此怎样设置闸板、挡火墙或调温风管是预热带 设计及研究的重要课题。目前使用中辊道窑一般在接近第一对烧嘴处开始设置挡火墙 , 然后在整个预 19 热带再设置 1 2 道挡火墙；一般在预热带的中部设有数组调温风管 , 这些调温风管上均装有可调节开度的阀门；一般来讲，这些闸板、挡火墙和调温风管不仅可以强化预热带内烟气与产品间的换热 , 而且也可以增加预热带温度曲线的可调性 , 当然也加重了排烟的负担。 3.3.3 多点供热与烧嘴布置 目前使用中的辊道窑 , 大都是使用中、低压烧嘴 , 这主要是辊道窑的窑宽相对宽体隧道窑和大型梭式窑的窑宽较窄 , 没有必要过分追求烧嘴的高速。烧嘴的布 置主要遵守多点供热正调节的原则 , 使传统的烧成带与预热带的界限越来越模糊 , 但目前布置的烧嘴实际使用中均有相当一部分烧嘴没有启用 , 因此烧嘴的合理布置对于节省投资、便于调节是个重要课题。目前使用中的辊道窑烧嘴布置主要有两种方式，一种是在辊道上下均匀等距布置烧嘴俗称面枪与底枪 , 间距约为 1 米 , 两侧烧嘴相互交错 , 横向交错搅动窑内气流 , 使制品得到均匀烧成；另一种方式是辊道上下上疏下密布置 , 面枪与底枪呈“品”字型结构 ,两侧仍是相互交错。这两种烧嘴布置方式一般都是4 8 支烧嘴为一控制组 , 且为减小预热带的温差 , 在接近低温方向多布置 1 2 组底枪。目前的辊道窑应将这两种烧嘴布置方式结合起来 , 即在燃烧带开始布置 1 2 组底枪 , 然后按“品” 字型布置底枪与面枪 , 在最高温度段再均匀等距布置一组底枪与面枪。辊道窑目前与烧嘴配合使用的燃烧室主要有两种，一种是薄壁套筒式燃烧室，材质为重结晶碳化硅等；一种是由大件磷酸盐质免烧砖制成的烧嘴 20 砖构成。显然前者对于完全燃烧和避免产品污染等都是有益的 , 价格也贵。辊道窑燃烧使用的助燃空气 , 有些使用冷却带缓冷段的热风 , 有些直接使用车间空气。 3.3.4 冷却系统与余热利用 冷却系统 主要由急冷、缓冷和低温区三部分组成。一般的冷却系统由直接侧墙鼓风急冷、抽走热风进行缓冷、低温区使用轴流风机冷却。随着窑宽的增加 , 一些辊道窑为了更有效的均匀急冷 , 已放弃了简单的侧墙鼓风急冷方法 , 而是在急冷段沿窑宽方向，在辊道上下布有急冷风管 , 这些风管上开有许多小孔 , 鼓入的急冷风与制品表面垂直 , 使制品腹背受到均匀有效的急冷。缓冷部分除了采用简单从窑内抽走热风的方法外 , 尚有不少辊道窑采用间壁冷却 , 辊道窑缓冷段间壁冷却大多使用金属管作间壁 , 金属管有沿窑内壁布设 , 也有沿窑宽方向布设 , 沿窑宽方向布 设金属管的间壁，冷却均匀稳定易调节 , 便于余热的再利用；有些辊道窑将低温区与缓冷区之间敞开一段 , 便于观察并加快冷却 , 也增加了对车间环境的影响。一般引进辊道窑不太注意冷却带的余热利用 , 许多热气体被直接排空 , 国产辊道窑比较注意余热的再利用 , 有用于预热带调温、燃烧带助燃 , 或抽往干燥系统干燥坯体。 3.3.5 传动系统与其它 辊道窑的传动系统主要有链传动、链轮摩擦传动、螺旋齿轮传 21 动等。螺旋齿轮传动平稳精确 , 但对齿轮的精度要求也高。风机一机多用在引进辊道窑上较多 , 已有使用一台风机供应双层辊道窑的 助燃、急冷与缓冷用风 , 一台风机各支管设有七个闸板。 3.3.6 辊道窑三带比例设置 设计时，辊道窑预热带长度约占窑体总长 1/3 以上，如图 2 所 示。 图 2 辊道窑预热带示意图 预热带设置了分散排烟系统，从通道底部经过窑的一侧汇合于窑顶，排烟孔均设闸板进行调整，采用分散排烟可降低局部排烟造成的温差，有利于制品的快速干燥。并在该带设置高速搅拌调温及阻气系统。除在通道下部交错均匀设置燃烧器外，通道上部设置搅拌调温系统，利用窑尾部的热风进行搅拌，再设两道阻气系统，使窑内产生横向射流作用，带动窑内气体产生 涡旋运动，达到充分搅拌均匀的目的，从而制品获得均匀快速地加热，满足制品的快速烧成。接近烧成带均匀设置燃烧器。 22 烧成带长约占窑体总长的 1/5，参看图 3。在该带两侧通道上下均匀交错设置燃烧器。 图 3 辊道窑烧成带示意图 冷却带长度大约是烧成带的 2 倍，占窑体总长的 40以上，包括急冷、缓冷和尾部冷却带，如图 4 所示。急冷段长度占该段长度的 20%以下，在该段两侧上下交错均匀设置高速喷咀，以直接冷却的方式高速喷入通道内形成涡漩运动，以增强换热效率，均匀窑内气体温度，达到均匀快速冷却的目的，可调节控制该段急冷要求。 在该带尾部设置了排热孔，排出的热风用作搅拌调温及阻气系统。 缓冷段与尾部冷却段顶部设置多处排热孔，汇合于总管，该段热风送往干燥窑，用作制品的干燥热源，排热孔均设闸板调整，并在该带上下通道两侧均匀设置缓冷风孔用以调整产品在缓冷过程中所需的最佳曲线。 23 图 4 辊道窑冷却带示意图 图 5 辊道窑排烟管路示意图 3.3.7 管路系统 节能型辊道窑管道系统设排烟管路（图 5）、助燃风管路、急冷风管路（图 6）、抽热风管路（从缓冷段与直冷段抽冷却风到烧成带助燃空气，见图 7、图 8）及窑尾轴流冷 却风机。其中，排烟风机 2台（ 1 开 1 备），急冷风机 2 台（ 1 开 1 备），助燃风机 2 台（ 1 开 1备），抽热风机 2 台（ 1 开 1 备），轴流风机 6 台。所有风机装有减震装置，高压风机装有消声过滤装置，全窑风机管道系统按设计要求造型和工艺布置，助燃风、抽热风管道采用耐热不锈钢制作，其余均为 A3 卷管制作。风机除轴流风机外均采用变频控制。热风机均安装有循环水冷却系统，设配温风口。同时排风机出口还接有金属烟囱，高出房屋顶 3 米以上。 窑外热风管道均设计为保温处理，保温采用硅酸盐毯包裹，外 24 面使用 0.3mm 铝板装饰，保温效果好，即节能又实 用美观。 图 6 辊道窑急冷风管示意图 25 图 7 辊道窑缓冷风管示意图 图 8 辊道窑直冷风管示意图 3.3.8 辊道窑温度制度 温度制度以温度曲线表示，它表明在烧成过程中温度随时间的变化关系。温度曲线一般分为四个阶段，即由预热升温、 最高焙烧温度、保温时间和冷却曲线所组成。温度曲线应根据制品在焙烧过程中的物理化学反应特性、原料质量、泥料成分、窑炉结构和窑内温度分布的均匀性等各方面因素等综合确定，烧成 制度曲线见图 9。 （ 1）温度的监测 26 辊道窑的温度监测主要是依靠沿窑长方向装在窑顶或窑侧的热电偶所反映的温度数据。由传热学的原理我们应该明白 , 在预热带热电偶测得的温度高于制品温度 , 但要小于烟气的温度；烧成带与预热带相似 , 但是温差较小 , 且热电偶测得的温度较为接近制品的温度；在冷却带与烧成带相反 ,热电偶测得的温度小于制品的温度而大于烟气的温度。 图 9 辊道窑烧成制度曲线 错误 !未找到引用源。 预热带温度的监测 要控制好该带的温度主要要控制 3 个关键温度点 , 即窑头温度、预热带中部温度（约 500处）及预热带末端（约 900处）。窑头温度过高 , 易使坯体炸裂；预热带末端温度点的位置反映 了坯体的预热效果 , 并间接反映了坯体和烧成带停留的时间。预热带中部温度则是预热带温度的最关键点 , 若太前则窑头升温过急易造 27 成坯体在蒸发期造成开裂的缺陷，若太后说明窑头温度偏低 , 使得 在预热后部不得不快速升温 , 一方面可能在 573晶型转化处产生坯体炸裂；另一方面使氧化阶段时间减少 , 容易产生黑心、针孔、气泡等缺陷。 错误 !未找到引用源。 烧成带温度的监测 烧成带温度的监测主要是确定烧成带 的最高温度和高温区间长度即制品在高温下停留的时间，烧成带的最高温度是成瓷的最高温度点 , 它影响到产品的生烧与过烧 , 高温区的长度影响到保温时间的长短 , 从而也影响到产品的质量。 错误 !未找到引用源。 冷却带温度的监测 冷却带温度的监测主要是急冷后的温度（约 800处）、冷却带中部温度（约 500处）及出窑前的温度 , 急冷后的温度是判断急冷好坏的依据；冷却带中部温度点附近是制品发生石英晶型转化点 , 这是制品产生风裂的危险区 , 其前后温度变化应平缓；出窑前温度是判断快冷的效果 , 如果出 窑温度过高 , 出窑后仍可能发生惊裂 , 同时也不利于后道工序操作。 （ 2）温度的控制 错误 !未找到引用源。 预热带温度的控制 预热带温度的控制一般可通过调节排烟总闸、排烟支闸的开度及安装在预热带的烧嘴开度来调整。但是调节排烟总闸对窑内的压力制度影响较大 , 只有当整个预热带温度偏低偏高 , 才适当调整排烟总闸开度大小。入窑温度一般控制在 150 300 , 太高太低均不 28 好 , 排烟支闸板开度窑头至窑尾由小至大 , 窑头排烟支闸板不宜开得太大 , 因为这样会造成冷风大量吸人 , 辊下闸板的开度较辊上大 , 加 大辊下抽力可克服几何压头造成辊上辊下温度的偏差。此外还可以调节搅拌风来控制预热带的温度。 错误 !未找到引用源。 烧成带温度的控制 烧成带温度的控制主要是控制燃料与助燃空气的供应量及燃料与空气的混合程度 , 要控制两侧的烧嘴喷出火焰的长度一致 , 且恰好在窑中央部分交接 , 以免产生水平温差。如果火焰较长造成中间温度过高 , 此时宜开大助燃风 , 反之当火焰过短 , 则窑炉中央温度低 , 此时可减少助燃风量。另外挡火嘴和挡火砖也是调节局部火位温度的有效方法。 错误 !未找到引用源。 冷却带温度的控制 冷却 带温度主要是控制急冷风量、窑尾快冷风的风压与风量以及抽热风的风量。急冷区要注意后段的急冷风管的开度比前段的稍小 , 以免制品发生风裂 , 缓冷区主要是控制各抽热风口阀门的开度 , 使晶型转化段降温平缓 , 一般抽热风支阀由窑尾至窑头开度由大至小 , 以保证降温速度缓慢 , 窑尾冷风管的开度也是由窑尾至窑头由大至小保证制品出窑温度不至太高。 3.3.9 辊道窑压力制度 （ 1）压力的监测 辊道窑内的压力一般不高 , 窑压的测量由微压计分别安装在预 29 热带、烧成带、冷却带三个关键点，以供操作参考。 （ 2）压 力的控制 压力本身对制品的烧成影响不是很大 , 它只是对窑内的温度、气氛有很大的影响。辊道窑是中空窑 , 气体在窑内流动的压头损失很小 , 有人测量表明每米压降才 1Pa, 压力控制较为容易。压力制度的控制主要是通过调整烟闸板开度来稳定预热带和烧成带之间零压面的稳定 , 使预热带在微负压下操作 , 以利于水气和坯体的氧化分解产生的反应气体的排除 , 气体在窑内预热带运行的压差在 1mmH2O。烧成带则控制在零压的微正压下操作 , 以阻止继续排气而产生的气孔 , 经验表明辊下零压位、辊上零压位推后有利于操作。另外保持烧成带与冷却 带交界划分的两段进出风基本平衡 , 也是维持窑内冷却带较易划分的重要手段。在冷却带要求抽热风量稍小于急冷风，有少量进人烧成带作二次助燃风 ,确保烧成带充分氧化气氛 , 提高热利用率 , 还可杜绝烟气倒流造成烟气熏缺陷。总之 , 排烟闸的开度、喷嘴的开度、急冷风管的开度、抽热风阀开度及风量分配是压力制度控制的主要手段。 3.3.10 辊道窑气氛制度 （ 1）气氛的监测 窑内气氛的测量比较困难 , 目前窑炉上还没有有效的直接监测仪器 , 对于气氛的分析可用奥氏气体分析仪测量烟气的气氛。建陶行业很少去应用。 30 （ 2）气氛的控制 辊道窑烧制建陶制品一般为全氧化气氛烧成 ,主要是调节好空气与燃料的配比 , 供给过余的空气 , 保证燃烧完全 , 窑内不出现冒烟 , 有时气烧窑内因煤气热值波动时会出现瞬间还原气氛 , 要及时加以调整。 4 节能方案设计 根据最近走访的几家建筑用地板砖生产企业辊道窑的使用情况，设计如下节能方案。 4.1 采用 DME 作为燃料 XX 省地板砖生产企业的辊道窑大部分是使用重油、 LPG、半水煤气及天然气作为燃料。随着低碳经济和节能减排工作的不断深入，重油将逐渐退出陶瓷行业的舞台；半水煤气的主要优势是 价格便宜，企业容易接受，但是半水煤气的生产装置 煤炭气化装置，属于易燃易爆装置，半水煤气是由氢气和一氧化碳组成的，极易发生安全事故，因此，政府已经叫停了陶瓷企业兴建半水煤气装置建设；随着西气东输二期工程贯通的临近，清洁燃料 天然气给陶瓷行业带来了希望，有条件的企业将燃料纷纷更换成了天然气，然而天然气需要管道输送，给天然气的普及使用带来了极大的运输难度； LPG应该算作是最早被陶瓷行业认可的较清洁的气体燃料，随着我国乃至 XX 省石化企业突飞猛进的发展， LPG 的供应能力不断增强，同时， XX 沿海地区 LPG 的进口量也在 急剧增长，这给陶瓷行业带来 31 了极大的便利，然而，随着石油价格的不断攀升，石油加工深度的不断深入， LPG 作为乙烯原料的经济价值远远大于作为燃料的价值，因此，国内石化企业 LPG 的销售量也在不断的缩减。 陶瓷行业使用的以上燃料，对陶瓷行业的发展水平提升了一个台阶，然而，就陶瓷产品质量而言，由于以上燃料都不同程度的含有硫，对陶瓷釉面质量的提高造成了影响，因此，选择一种不含硫、价格低得清洁燃料是具有历史意义的。 近几年崭露头角的高效清洁燃料 二甲醚（ DME）作为陶瓷行业的燃料是符合节能减排、减低成本、保护环境的基本国策 的。 4.1.1 二甲醚的性质 二甲醚分子式为 C2H60，分子量 46.07，含氧量高达 34.8%。二甲醚是一种比较惰性的非腐蚀性有机物，其主要的理化性质见表 1。在常温、常压下二甲醚是一种无色易燃有轻微醚香味的气体，在空气中的允许浓度为 400 10-6。它具有与液化石油气（ LPG）相似的特性。二甲醚具有一般醚类的性质，二甲醚对金属无腐蚀性，不刺激人体皮肤，不致癌，对大气臭氧层无破坏作用，在对流层中易于降解，长期暴露于空气中，不会形成过氧化物。所以，二甲醚是一种优良的绿色化工产品。二甲醚与其它燃料特性比较见表 1。 表 1 二甲醚的理化性质 项目 性质 化学式 CH3OCH3 正常沸点 /0C -24.9 32 闪点 /0C -41 自燃温度 /0C 235 临界温度 /0C 127 熔点 /0C -141.5 饱和蒸气压（ 200C） /Mpa 0.51 临界压力 / Mpa 5.37 临界密度 /kg/L 0.2174 热值 /kj/kg 28410 气化潜热（ -200C） /KJ/kg 460 空气中爆炸极限 /% 3 17 对水的相对密度 0.66 对空气的相对密度 1.62 液态密度（ 200C） /kg/L 0.67 表 2 是二甲醚与其它燃料特性的比较。从表中数据可知，在同等温度条件下，二甲醚的饱和蒸气压低于液化石油气，其存储、运输、使用等均比液化石油气安全。二甲醚在空气中的爆炸下限比液化石油气高一倍，因此，在使用过程中，二甲醚作为燃料比液化石油气安全。虽然二甲醚的热值比液化石油气低，但由于二甲醚自身含氧，在燃烧过程中所需空气量远低于液化石油气，从而使得二甲醚的预混气热值和理论燃烧温度都高于液化石油气，燃烧效率高，因此，二甲醚对液化石油气的替代比应为 1.2： 1。 表 2 二甲醚与其它燃料的特性 比较 项 目 DME LPG 天然气 相对分子量 46 44 56 16 液态密度 Kg/m3 667 501 445 沸点 -24.9 -42.0 -162.0 33 自燃温度 235 470 650 低热值 KJ/m3 64686 91960 34750 气化潜热 KJ/Kg 486 426 510 动力黏度（ 20） MPas 0.15 0.15 饱和蒸 汽压 (20 ) MPa 0.511 0.370 爆炸极限 3.4 17.0 2.1 9.4 4.7 15.0 4.1.2 二甲醚与液化石油气的效益对比 2009 年 1 月份至 2010 年 2 月份华南地区液化石油气及二甲醚价格均价变化见附件一。在此时间段内， LPG 的平均价格为 4746.21元 /吨，二甲醚的平均价格为 3523.73 元 /吨，按替代比为 1.2： 1 计算，现在用 LPG 做燃料的企业每用一吨 LPG 改为 DME 以后，就可节约（ 4746.21-3523.73 1.2） =517.73 元，节约燃料费用达到 11%。如果以目前价格计算， LPG 出库价格在 6300 元 /吨， DME 出库价格为 4300元 /吨，改为 DME 以后，可节约（ 6300-4300 1.2） =1140 元，节约燃料费用达到 18.1%。 LPG 改造为 DME，原来所有的设备、管道及管件均不用更换，只需要将原来的丁腈密封材料更换为耐 DME 负溶胀作用的材料即可。 4.1.3 二甲醚与天然气的效益对比 现在以液化天然气（ LNG）作为与 DME 比较的基础， DME 的低热值为 64686KJ/m3， LNG 的低热值为 34750KJ/m3，目前 LNG 的供货价格为 5670 元 /吨（ 4.2 元 /m3），要达到 34750KJ 的热量，需要 34 0.865kg DME，价值 3.72 元，改为 DME 以后，原来每烧 1m3 天然气，就可以节约（ 4.2-3.72） =0.48 元，费用节省率为 11%。 要以 DME 替换 LNG 或天然气，要增加 DME 储存、卸车及气化系统的投资，管道系统可以通用。 根据我们在陶宝陶艺制品厂的燃烧结果，二甲醚与液化石油气相比，替代比为（ 1.1 1.2）： 1，按目前液化石油气 6500 元 /吨， DME按照 4500 元 /吨计算，节约燃料费用率为 16.9 23.8%，每吨可 节约燃料费用 1100 1550 元。 4.2 改进保温措施，减少散热损失 增加保温，减少散热损失是最简单也是最直接的节能措施。现在， XX 省内的辊道窑炉腔外表温度大都在 60以上，有的甚至达到 80。如果采取增加保温层厚度或者使用新型保温材料等措施，使炉墙温度降低到 40左右，既改善了员工的工作环境，又可以降低散热损失达 3%左右，投资不大，效果却是明显的。 4.3 干燥系统的节能 陶瓷干燥工序占总能耗的 20%，因此，干燥系统的节能也是很重要的。 4.3.1 喷雾干燥设备的节能措施 （ 1）提高干燥 器的进风温度，降低排风温度 在保证产品质量的前提下，尽可能采用较高的气体进风温度。 35 因为，使用的气体温度越高，干燥器的热效率越高。提高干燥器的进口空气温度，可以提高干燥器的理论热效率，实际热效率亦是如此。 （ 2）提高陶瓷泥浆的浓度及温度 陶瓷泥浆的浓度越大，其含水率越低 ,生产单位成品干粉所需蒸发的水分就越少，即所需的热量就越少。所以，增加陶瓷泥浆的浓度或降低其含水率，能减少喷雾干燥制粉的热量消耗。但是增加陶瓷泥浆的浓度，又会影响到泥浆的流动性和粘度 ,不利于雾化。可以通过加入陶瓷添加剂。 可提高泥浆的流动性，降低其粘度，改善雾化性能，有利于干燥速度的提高，降低了单位粉料的耗能量，达到了节能的效果。 （ 3）提高陶瓷泥浆的温度 通过采用余热或废热干燥泥浆等方式提高泥浆的温度，能有效地降低泥浆的粘度，改善泥浆的雾化性能及预防泥浆堵塞喷嘴等。同时提高温度后，陶瓷泥浆在喷雾干燥器内不需经过预热阶段，就能直接蒸发水分，从而降低了喷雾干燥制粉的热量消耗。 （ 4）排出热风的循环利用 在陶瓷泥浆经喷雾干燥器制备为粉料的生产过程中，离开干燥器的热风（废气）通常经除尘后，直接排入大气中，大约损失喷雾干燥制粉生产工 序总热量消耗的 1020%。当离开干燥的热风（废气）温度较高时，其热量损失就更大了。若热风离开干燥器温度高于100时，采用部分废气循环利用技术（如废气量的 50%作为循环利 36 用），喷雾干燥器可以节约燃料消耗 15%左右，甚至更高。 （ 5）利用热交换器回收废气余热 在陶瓷生产工艺中，大量的热风直接排放于大气中，例如窑炉的废气排放，干燥塔的废气排放等。通过热交换器将这些热风利用于对进入热风炉的配送冷风进行预热，可减少热风炉的能源消耗。由于板式换热器的散热面积大，换热效率高，目前国内外喷雾干燥器通常都是利用空气 液体 空气型板式换热器回收废气余热。例如，约 90的离塔热风通过板式换热器后 ,废气可以冷却到 45，排入大气中，配送冷风将被加热到 65，此时可节约热风炉的能源消耗 25%左右。 （ 6）采用较好的塔体保温层 一般干燥器损失热量为 330%，在对干燥器散热量进行测定的基础上，采用较好的塔体保温层，可利用内囊式塔体和外壳体抽真空隔绝的方法杜绝热传递，减少热损失，节约能源消耗。 （ 7）防止产品的过度干燥 应严格地控制在所要求的含水量范围内，避免造成产品的过度干燥而增加能量消耗。 （ 8）安装电磁自 动振动装置，防止物料粘壁等。物料粘壁不仅造成被迫停产检修，增加维修成本，并且在重新点火生产中又浪费了大量的能源。 37 4.3.2 少空气快速干燥器 在陶瓷行业生产中，因其产品的不同所采用的工艺技术及装备有所不同。陶瓷的原料制备可分为湿法制备、干法制备；成形可分为注浆成形、可塑挤压成形和半干压成形。传统干燥设备由于热风与产品热交换时间短即排出，造成产品干燥能耗高、干燥周期长、干燥不均，最终导致产品局部收缩不均而开裂。尤其是对卫生陶瓷和高压电瓷这类干燥周期特别长的大件产品，造成干燥开裂现象尤为严重。随着陶瓷 技术装备的发展，近年来国外推出了少空气快速干燥器，我国一些卫生陶瓷生产企业引进该设备并已取得了较好的效果。该设备大大降低了干燥能耗和干燥周期，提高了产品的干燥合格率。 （ 1）设备适应范围和干燥原理 错误 !未找到引用源。 适用范围 少空气快速干燥器主要适用于卫生陶瓷、电瓷和日用陶瓷等可塑和注浆成形产品坯体的干燥。该设备不受单件产品尺寸大小的限制，对于坯体厚度在 10 40mm，水分含量在 20以下的产品都适用，干燥后坯体水分可降至 0.4 l 。少空气快速干燥最大的特点是能耗低 ，干燥周期短，坯体干燥十分均匀，不会因干燥不均而造成坯体开裂等现象。少空气快速干燥器的热源配置有热风发生系统，其采用的燃料为柴油、石油、煤气和天然气。整个干燥系统运行采用全自动控制。 错误 !未找到引用源。 干燥原理 38 生坯内含水有 3 种： a 化学结合水，是坯料物质结构的一部分；b 吸附水，是坯料颗粒所构成的毛细管中吸附的水分； c 游离水，游离于坯料颗粒间，基本符合水的一般物理性质。 生坯干燥时游离水极易排出，随着周围环境温度和湿度的不同，吸附水有一部分在干燥过程中排出，干燥后生坯吸 附水的含量取决于坯料的组成和环境条件。在干燥过程中生坯水分排出可分为两个方面：一方面由坯体表面蒸发水分扩散到周围介质中的为外扩散；另一方面由坯体内部水分转移到表面的为内扩散。内外扩散是传质过程，需要吸收能量。干燥过程可分为：预热阶段、等速恒温干燥阶段和降速干燥阶段。最终达到干燥效果。 少空气节能快速干燥器的干燥原理是：由热风炉或窑炉的余热通过干燥器的外循环系统对干燥器进行供热操作，外循环的热风又通过干燥器的内循环系统最终送到干燥器的箱体内，对坯体进行加热、干燥。在合理的干燥制度下，通过干燥器的排放管 道间断地对 外排放湿空气或进行坯体的冷却，干燥原理如图 10 所示。 图 10 少空气干燥原理图 39 少空气节能快速干燥器较传统干燥器节能效果明显。根据已经得到的数据显示，少空气干燥器的能耗是传统干燥器的 1/3 1/4，所以对企业节能降耗、降低成本有相当显著的效果。 少空气节能快速干燥器的干燥周期较传统干燥方式对比有较大程度的缩短。数据显示，少空气干燥器的干燥周期是传统干燥器的1/4 1/5，由于干燥周期的变化，干燥室的数量可以大幅度的减少。 少空气节能快速干燥器的操作方式灵活、运行可靠。由于其配置了 温度检测功能，并有全自动控制系统进行全周期的控制，完全可以实现无人化作业。在更换产品品种时，只需要相应调整干燥的程序。 4.4 陶瓷烧成节能技术 4.4.1 高温空气燃烧技术 （ 1）高温空气燃烧技术原理 高温空气燃烧技术是最新发展起来的先进燃烧技术，具有高效节能和超低 NOx 排放等多种优点，又被称为环境协调型燃烧技术。该技术自问世起，立刻受到了西方发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益，其中最具代表性的是蓄热式加热炉技术的应用和发展。图 11 为工作原理示 意图，喷口对称布置在炉子两侧，两侧的喷口交替进行喷气和排烟。 40 图 11 蓄热式燃烧工作原理示意图 在 A状态下鼓风机的空气经换向系统分别进入右侧通道 ,而后由下向上通过蓄热室。被蓄热体预热后的空气从右侧通道 (或烧嘴 )喷出并与燃料混合燃烧。燃烧产物对物料或炉体进行加热后进入左侧通道 (或烧嘴 )，在左侧蓄热室内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以 180以下的温度进入换向系统，经排烟机排入大气。 经过半个换向周期以后控制系统发出指令，换向机构动作，空气换向或空气、煤气同时换向。将系统变为 B 状态 。 此时空气从 左侧通道 (或烧嘴 )喷口喷出并与燃料混合燃烧，这时右侧喷口 (或烧嘴 )作为烟道。在排烟机的作用下，使高温烟气通过蓄热体后低温排出，一个换向周期完成。单预热助燃空气时只有空气经过蓄热室预热，鼓风机引风机换向阀蓄热体蓄热体空气 烟气图中未示出煤气换向系统A 状 态B 状 态 41 同时预热助燃空气和煤气燃料时，另有一套和以上原理相同的蓄热系统作为煤气预热。 当助燃空气通过一个烧嘴内的蓄热体进行蓄热时，另一个烧嘴充当排烟的角色，排出的烟气同时加热该烧嘴内的蓄热体。也就是当常温空气由换向阀进入蓄热室后，在经过陶瓷蜂窝蓄热体时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般比炉膛温度低 50 100，这 还取决于蓄热体的蓄热容量和蓄热速率），然后此高温空气以相当高的速度喷入炉膛，进而抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于 21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料（燃油或燃气）。这样燃料即可在贫氧（ 2 21%）状态下实现燃烧，经过一定时间后炉膛内燃烧产生的烟气经过另一个蓄热室排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将高温烟气的热量存在蓄热体内，然后以高于露点温度 10 20的低温排出烟气。 （ 2）高温空气燃烧技术的特点 错误 !未找到引用源。 高温预热空气燃烧 如前所述，陶瓷窑节能技术的 研究和改进方向都是以回收废气中的显热，提高进入炉窑的空气温度达到提高热效率的目的。预热空气温度越高，节能效果越显著。 传统燃烧具有从火焰传播中生成的静态火焰，且具有局部炽热点，炉内温度分布不均。高温预热燃烧技术中预热空气温度一般在800以上，甚至接近炉内温度达到 1000以上，在这种状态下，会带来以下一系列结果： 42 a 燃烧温度的极大提高。按照国内学者提出的工业炉应当实现“高炉温、烟温、高余热回收和低炉子惰性”的所谓“三高一低”理论，燃烧温度的极大提高有利于实现加热炉的工艺要求，但同时将大大提高 NOx 的生成 与排放。 b 只要燃料混合物进入可燃范围，就可以保证稳定的燃烧。 c 燃料的蒸发、裂解、自燃等燃烧的全过程都得以加速进行。 d 空气温度接近炉内温度，大大改善全炉温度分布，使之趋于均匀。 e 可用燃料热值范围的适应性扩大。 f 提高了化学反应速率和燃烧效率，强化了炉内辐射换热比例，使单位面积热强度增加，装置尺寸可以缩小。 （ 2）贫氧燃烧的火焰特征 传统燃烧方法当火焰温度增加时，热力 NOx 的生成量急剧上升。为了降低高温燃烧带来的高 NOx 排放，降低燃烧空间中氧的浓度，创造贫氧燃烧条件是比较经济有效的方式。图 12 是低 NOx 烧嘴的工作原理图。 图 12 低 NOx 烧嘴的工作原理图 43 超低 NOx 蜂窝状蓄热式烧嘴的原理是燃料分一次燃料和二次燃料两路供入炉内。一次燃料比二次燃料少得多，一次燃料的燃烧属于富氧燃烧，在高温条件下会很快完成，在流经优化设计