梭式窑烟气余热直接循环利用技术.docVIP

梭式窑烟气余热直接利用技术连通循环梭式窑潮州市源科隆窑炉公司李华一任务来源在陶瓷、砂轮、耐火材料及金属热处理行业中，梭式窑由于生产的灵活性仍是中小型陶瓷厂，耐火材料厂及金属热处理厂高温烧成的首选窑炉，仅潮州市陶瓷行业大大小小梭式窑超过十万座。在中国梭式窑座数超百万座之多，由于梭式窑属于间隙式窑炉，其能耗与连续式窑炉(隧道窑，辊道窑)相比，要高出30%50%，其能耗高的主要原因，除窑墙蓄热损失外是其高温烟气带走的热量没有像隧道窑那样直接利用而是直接排空。据测算在1000以上高温阶段，高温烟气带走的热量达60%65%，尽管窑炉工作者对梭式窑作了很多改进，比如快速烧成（减少高温阶段热损失）；轻质耐火材料的采用（减少窑墙蓄热损失）；空气换热器，热风助燃技术(提高火焰温度及燃烧效率)虽有一定的节能效果，但梭式窑的能耗还是相对较高。如何保持梭式窑生产的灵活性，又具有隧道窑的高效节能效果，这是本项目要攻克的内容。前已所述，中国市场大大小小梭式窑有超百万座之巨。小的容量不到1立方，大的超百立方米，其烧成温度均在8001500之间，按平均每座容量10立方，平均烧成温度1280，每立方平均装窑重量300KG（含窑具），一座10立方梭式窑单窑烧成能耗约在700立方800（标准立方米天然气）。在陶瓷行业，梭式窑平均使用率每天1窑次，中国每天有一百万窑次消耗天然气70亿标准立方米，如果能将梭式窑能耗降低到接近隧道窑（平均降低20%30以上），这将为中国陶瓷、耐火材料、非金属烧结及金属热处理等行业打开大的降能空间。 源科隆窑炉公司从2000年开始即致力于新型节能梭式窑的研究开发，2000年开发梭式窑快速烧成装置（专利号 ZL 01 2 55658.0）用于传统梭式窑节能烧成改造，平均综合节能效果达到20%(与传统梭式窑相比)，2012年开始研究梭式窑高温烟气余热直接利用窑炉-连通循环梭式窑。经过五个月时间研制改进现获得成功，综合节能效果达28%-35（与目前较节能的快速窑，自动控制梭式窑相比），与传统梭式窑相比节能40-50，产品烧成品质良好，该项成果已获专利授权，专利号ZL2012 2 0489583.5 二 目前梭式窑的几种主要结构型式1传统梭式窑（文丘里氏火嘴，倒焰梭式窑）见图，这种梭式窑是上世纪八十年代，台商陶瓷厂仿造日本技术带入大陆，由于它采用洁净燃料（液化气和天然气）与大陆过去用燃煤倒焰窑相比，大大缩小了窑内温差，缩短了烧成时间，提高了产品品质，由于采用台车转换，加快了产品周转，它采用自吸式文氏烧嘴，不用动力鼓风，在停电时照样工作，故在缺电的八九十年代，国内陶瓷行业争相建造这样的窑炉。但这种窑炉相较于后来开发的窑炉烧成周期长，上、下温差仍大，燃气耗量高。目前还有很多中小型工厂处于对新型窑炉认识不够，或认为新型窑炉节能幅度不大，或因资金原因，未对旧有窑炉进行改造或更新新型窑炉，目前潮州市市场采用这种型式窑炉仍占梭式窑座数的6 0%以上，全国其它地方还占80%以上。2 快速烧成梭式窑这种窑型是源科隆窑炉公司2000年针对传统梭式窑的弊端进行快速烧成改造而得出的一种窑型，它的其它结构和传统梭式窑一样，区别型式只是燃烧型式；快速窑采用动力配风、传统窑是自吸配风，动力配风是横焰式、自吸配风是倒焰式，动力燃烧机安装在窑门和窑后墙两侧火道处。高速燃烧机对产品快速对流加热。使内外温差，上下温差大大缩小，从而缩短烧成时间，它由于节省烧成时间40%左右以及空气和燃气能用比例控制，故比传统窑节能效果提高20%以上。1、 大容积横向多台车快速窑由于纵向台车燃烧机受有效喷射距离限制，对于大容量只能采用多台车横向推入窑内，台车与台车之间均留有火道，燃烧机安装于窑墙两侧，烟气排出有底排式，侧排式和上排式。由于容量较大窑墙蓄热所占比例小故节能效果比小容量要好、这种窑型有的采用多点程序控制温度和气氛及窑压有PLC对多个动作进行自动控制有人称为电脑窑以上几种窑型无论是传统窑和快速窑由于间歇式生产其烧成高温烟气均是通过烟道和烟囱直接排空的，在高温阶段烟气带走的热量达60以上，故能耗均较高。为提高梭式窑热效率，降低能耗窑炉工作者还是做了不少工作，所采用的节能措施如下； 采用轻质耐火保温材料。降低炉忖材料的蓄热损失提高窑墙保温效果 采用快速烧成技术，缩短烧成时间 采用自动控制技术，控制空燃比，窑压， 采用新型窑具 降低窑具重量减少无效热耗 采用高效率燃烧机，使燃气充分燃烧 采用富氧燃烧技术，降低烟气量减少烟气带走热量 采用换热器，热风助燃技术提高火焰温度，使燃料充分燃烧以上的节能措施，前5项已在陶瓷行业梭式窑应用并有一定的节能效果，但目前在这些方面潜力不大。第6项和第7项虽涉及到梭式窑节能重点如何减少烟气带走的热量和利用烟气余热但这二项技术运用在陶瓷梭式窑上，至少在目前来说不现实，富氧技术，高昂的设备投入和高昂的制氧成本，使得富氧技术还未有在陶瓷梭式窑成功的先例。在烟道上安装换热器隧道窑有可行性，梭式窑由于烟气温度的变化，使预热空气的温度也在变化，对窑炉气氛也带来影响，陶瓷换热器投资成本，以及气氛跟踪的自动控制的难度，目前在陶瓷梭式窑上推广有难度。如何直接利用本身高温烟气以及直接利用本身的冷却余热，以及使这些热量尽可能直接循环利用这才是大幅降低能耗的主要途径，源科隆窑炉公司从2003年开始就进行这方面的研究 经过多次完善在2002年获得成功。二 连通循环梭式窑的结构及节能原理 连通循环梭式窑的结构示意国如下： 它由两个或两个以上梭式窑连体构成（最佳三至四个），每个梭式窑均有独立的温度控制和气氛控制装置连锁控制每个窑的温度和气氛。烟气余热利用其技术核心在于上下设有多条烟道将各窑炉膛相互连通，通过烟道闸板的导向控制，以及各炉膛炉压差，使烧成炉膛（A窑）的高温烟气流入预热炉膛。（B窑）经过换热后的含有大量水汽的低温烟气再经过上烟道排烟风机抽出，当A窑烧成结束冷却初期、冷却显热还具备对预热炉膛（B窑）的加热动力，可继续利用其冷却余热，混同开始点火后的B窑的烧成烟气联合对窑快速加热。而此时原冷却窑（C窑）已装入产品，又利用已转入烧成程序的B窑的高温烟气了。当B窑烧成结束，C窑进入烧成，A窑又进入预热，其烟气利用原理和隧道窑相似，为利用冷却后期的余热作烘干坯体和模具用、在上烟道设计有烧成烟气和冷却烟气转换装置可将冷却余热经过另外的管道抽至烘干房。需要强调的是隧道窑只能直接利用烧成烟气余量，不能直接利用冷却余热，而连通循环梭式窑不但可直接利用烧成烟气余热，也可直接利用冷却初期高温阶段余热。由于隧道窑的预热烧成带冷却带是固定的，而连通循环梭式窑是循环变化的，窑墙蓄热损失要比隧道窑高，这是连通循环梭式窑比隧道窑能耗稍高一点的原因，但由于连通循环梭式窑没有破坏梭式窑生产的灵活性，更能满足用户需求。它的配置有以下构成（1）两个或两个以上梭式窑组合体 2独立温度气氛控制系统它包含温度控制仪，气氛控制仪，燃气执行器，和空气执行器，自动点火器等 （3）数条连通循环下烟道和在外连通的排烟上烟道，自动控制烟气流向的导向闸板（4）烟气和冷却余热转换装置，烟气抽排烟机和冷却余热抽排烟机（5）装料台车，（6）台车交换车等三 连通循环梭式窑的几种窑型1 二连体连通循环梭式窑：它由于二个梭式窑连体组成，当第一个窑烧成时，烟气进入第二窑预热第二个窑就利用了第一个窑的高温烟气，当第二窑烧成时，由于第一窑还处于冷却阶段，无法利用高温烟气只能通过自身烟道排空，但冷却阶段的余热可通入第一窑烘干（此时第一窑已冷却完成装入待烧产品），尽管第二窑烧成烟气没有办法利用但它与单体梭式窑相比仍平均节省15%左右燃气，适应一窑高温釉烧、一窑低温素烧工厂也适应小产量企业。2 三连体连通循环梭式窑：前已所述，它是通用型，它具备预热烧成冷却循环功能。下图为源科隆窑炉开发的三连体连通循环梭式窑外观照片3 四连体连通循环梭式窑它由四个梭式窑连体构成，具备烘干，预热，烧成，冷却四个功能，由于有的产品需要较长的烘干时间或需要较长的冷却时间，三连体就难以满足周转故可采用四连体或五连体来满足需要，适应于易裂，易爆和产品冷却时间长的产品，当需要高产量时，两个窑可错时组合烧成。当需要提高产量以及场地允许可再增加组合成五连体以上连通循环梭式窑。下图为源科隆窑炉公司开发的四连体连通循环梭式窑外观照片四 连通循环梭式窑适用范围及投资效益分析连通循环梭式窑完全具备间隙式梭式窑全部功能也具备隧道窑的连续性和节能性，它适用日用陶瓷卫浴陶瓷、电瓷、砂轮、耐火材料、金属热处理的加热烧成，尤其对烧成温度高烧成时间长的产品节能效果更明显。我们以投资日产三十立方米烧成温度1350、按每立方空间窑具和产品重量300kg的日用瓷梭式窑来作一个投资能耗比较；方案1；传统梭式窑 窑炉容积30立方 窑炉资金28万 每立方产品天然气耗量80立方方案2 快速烧成梭式窑，窑炉容积30立方资金投入45万 每立方天然气耗量65立方方案3三连体连通循环梭式窑3*10立方日产量40立方。资金投入69万，每立方产品天然气耗量48立方上述数据可知连通循环梭式窑一次性投资要高、但燃气节省按同等产量每天比快速窑节省510立方天然气。比传统窑节省960立方天然气，按每立方天然气全国平均价格4元每年300窑次计算、连通循环梭式窑比快速窑年节省61.2万，比传统窑节省115.2万.加之连通循环梭式窑冷却余热的充分利用以及良好的温度均匀性和烧成合格率将给用户带来巨大的经济效益，如果计算每天减少的二氧化碳排放量则环境效益无以计算。五 进一步提高连通循环梭式窑节能效果的技术攻关方向连通循环梭式窑已对间隙式窑炉大幅度节能指明了方向并已起