陶瓷窑炉的节能技术

陶瓷窑的节能技术推荐正文曾下令可刘涛王慧刘平安摘要随着“十一五”节能专业计划的公布，国家需要高能源消耗量高排放产业改革的势头。 陶瓷产业是高能源、高污染的行业，必然是改革的重点领域，节能减排也是陶瓷产业的势头。 本文详细总结了目前陶瓷窑的一些先进节能技术，并对未来节能的发展方向提出了一些展望。关键词陶瓷窑，能源消耗，节能技术一前言众所周知，国家“十一五”计划明确提出“十一五”节能专业计划，要求调整产业结构、能源结构，抑制高能高污染行业的快速增长，大力推进节能工作，而陶瓷产业是高能源高污染行业在佛山，建筑陶瓷行业的节能、排放和环境问题特别严重，2007年佛山216家能源审计不合格企业的黑名单中，陶瓷企业突然占了84家，陶瓷企业的变革必然先占其势。 为此，国家制定了一系列强制节能措施。 例如征收汽油税、环境税，建立政府节能减排工作说明责任制和一票拒绝制等机制，强制陶瓷产业进行节能改革。中国陶瓷工业的能源利用率与国外相比，差异很大。 发达国家的能源利用率一般达到50%以上，美国达到57%，而我国只不过是28%30%。 在陶瓷工业的一般过程中，能量消耗主要表现在原料加工、成形、干燥和烧成四个部分。 其中干燥和烧成工序，两者的能源消耗量约占80%。 在建筑卫生陶瓷方面，国内外能源消耗量有一定差异，如表1所示。以日用陶瓷在国内燃烧热能的情况为例，燃煤隧道窑为4181654361kJ/kg瓷，标准煤/kg瓷换算成1.421.85kg的燃料隧道窑为3345345998kJ/kg瓷，标准煤/换算成kg瓷器1.141.57kg气体隧道窑是2927139725kJ/kg瓷器，换算成标准煤/kg瓷器1.001.35kg。 国外窑炉以气体燃料为主，烧成能量为1254525090kJ/kg瓷器，将标准煤/kg瓷器换算成0.430.86kg，烧成能量只有我国的一半左右1。国家标准建筑卫生陶瓷产品单位能源消耗限额也如表2所示公布。2陶瓷窑的节能技术2008年对广东陶瓷生产企业进行了能源审计，发现通过陶瓷窑的改造和新技术的应用，可以大幅度削减能源消耗，潜力很大，可以达到国家“十一五”规划要求的“十一五”节能20%。 在能源审查中成功改造窑炉的3个工厂的盒子：如下所示甲厂将窑炉馀热(170)输送到烘窑和支燃风中，可节能4900tce/年，在燃气发生炉系统中增加循环风机、中转缸和管道等设施，降低烟气温度，提高馀热利用率，节省煤1404tce。 该工厂2006年和2007年单位综合能源消耗量分别为0.346、0.321tce/t，预计到2010年单位综合能源消耗量将达到0.285tce/t，节能量将达到30000tce。 该厂能源费用占总成本的41.9%，窑炉节能占总节能量的83.2%。 窑炉的改造可以大幅度降低生产成本，节能潜力很大。乙厂将窑炉馀热导入喷雾干燥塔，可节省20400tce/年，还可改造5根2.4m238m窑炉，节省14400tce/年。 该厂2006年和2007年单位产品能源消耗量分别为753.67和541kgce/t，两年节能42351tce。 其中，窑炉改造后，节能34800tce/年占总节能量的82.2%，表明窑炉的节能潜力巨大。丙厂进行发生炉煤气的上部改造工程，改造7台炉，能多生产煤气量：m3/(2850m3/t)=35tce，每月能多节省煤1050tce，5个月内能运行节能3750tce。 延长窑炉，从158.6m改为199.95m，可将800mm800mm的烧砖产量从3800m2/日提高到4200m2/日，换算成节能1114.17tce。 该厂2006年和2007年单位产品的能源消耗量分别为0.476和0.458tce/t，2年节能42351tce。 预计2010年将达到0.4304tce/t，到十一五末将达到12249tce。 能源费用占总成本的34%，窑炉改造节能占总节能的92.4%，发现窑炉改造节能潜力显着。窑炉是陶瓷企业最重要的热工设备，也是能耗最大的设备，但窑炉的能耗水平主要取决于窑炉的结构和烧成技术。 窑炉技术创新围绕以下几个重要问题，研发：窑炉结构优化烧结技术创新合理选定燃烧器馀热回收利用广泛采用自动控制技术更先进的保温材料和涂层技术2。2.1优化窑的结构随着窑内高度的增加，单位产品的热消耗量和窑壁的散热量也在增加。 辊窑内的高度从0.2m上升到1.2m，热消耗量增加4.43%，窑壁的散热量上升33.2%，因此从节能的观点来看，随着窑内的高度越低，良好窑内的宽度越大，单位产品的热消耗和窑壁的散热减少。 例如，辊压窑的窑内宽度从1.2m增大到2.4m时，单位产品的热消耗量减少2.9%，窑壁的散热量减少25%。 把辊压窑的内宽从2.5米扩大到3.0米，产量可从10000m2增加到15000m2，窑体的散热面积从1206m2增加到1422m2， 每生产1m2砖，窑壁的散热面积就从0.1206m2减少到0.0948m2，如果窑壁的外表面温度和环境的温度差不变，窑外壁的散热损失就能减少27.2%，因此在一定范围内，窑宽越宽，好的窑越宽，节能率越高，能够很好地解决截面温差的问题宽体窑作为未来发展方向的窑内宽度和窑内高度一定时，随着窑长的增加，单位产品的热消耗和窑头排烟的热量减少。 例如，辊压机窑长从50增加到100m时，单位产品热消耗量减少1%，窑头烟气热量减少13.9%。 因此，要重点研究和优化窑炉的结构，减少产品带来的热量，减少能耗，逐渐减小窑内各断面的温差，减少烧成产品的缺陷，加快烧成周期，节约能源3。2.2采用先进的烧成技术2.2.1采用低温快速烧成技术在陶瓷生产中，烧成温度越高，能源消耗量就越高。 热平衡计算显示，烧成温度下降100，单位产品热消耗量减少10%以上，烧成时间缩短10%，产量增加10%，热消耗量减少4%。 因此，在陶瓷行业，应用低温快速烧技术，不仅可以增加产量，节约功耗，还可以降低成本。 佛山一家企业与华南理工大学合作，用超低温配方烧成，目前建筑陶瓷制品烧成温度降低约200，达到1000以下，单位制品油耗降低25%，每公斤陶瓷能源35MJ，普通烧成技术的75%左右，生产可可2.2.2采用一次烧成技术采用一次烧成技术的一次烧成比一次半烧(900左右的低温素烧、再高温釉烧)和二次烧成节能，综合效果高，同时能够解决产品的后期裂纹，延长产品的寿命1。2.3合理地选择喷嘴以往，在喷嘴中使用时，温度控制容易出现偏差。 高温火焰流因浮力上升，窑道内的温度上下，热电偶检测出的温度数据变高，因此热电偶仪表上显示的温度和窑道内烧成品的实际温度出现了很大的偏差。 通过采用新的高速喷嘴和脉冲烧成技术，可以使窑内的温度均匀，减少窑内的上下温度差，不仅可以缩短烧成周期，减少能源消耗，还可以提高产品的烧成效果。 尤其是在断面较宽的窑炉中，最好采用脉冲比例燃烧器或高速燃烧器，在烧煤气的辊窑中采用预混燃烧器，不仅能减少窑断面的温差，还能节省约15 %20 % 2。2.4馀热回收再利用积极采用先进的排烟馀热回收技术降低排烟热损失是实现工业窑节能的主要方法。 目前国内外烟气馀热的利用主要用于干燥、干燥产品和生产的其他环节。 用热交换器回收排烟的馀热来预热助燃空气和燃料，具有降低排烟的热损失、节约燃料、提高燃料的燃烧效率、改善炉内的热工序的双重效果，人们认为每把：空气的预热温度提高100就可以节约5%的燃料。现在的馀热利用方式主要有以下：用热交换器利用排烟馀热加热助燃空气和气体的方式设置预热段或辊干燥炉，设置利用排烟馀热加热湿原的馀热锅炉，利用排烟馀热生产蒸汽以加热空气为干燥素材的热源将窑炉的排烟直接输送到喷雾塔中，使浆料干燥而制粉的排烟馀热蓄热式热交换技术是兴起于20世纪80年代的新节能技术，该技术最大特征是高效节能，平均节能率在现在的基础上还能提高30%。 传统工业炉的蓄热室由耐火材料制成，能承受高温。 但是，为了确保充分的热交换面积，体积过大，热交换效果也不太期待。 陶瓷蜂窝等新型蓄热体的出现，不仅保持了传统蓄热室热回收率高、节能效率高、寿命长等优点，还克服了体积庞大等缺点，进一步提高陶瓷窑炉的热效率，节约能源，减少CO2排放量有的企业不改变窑炉现有的设备和结构，设置自主开发的换热器，能回收烟中的部分馀热，再利用废热的90%，节能达到10%左右。 一家窑炉节能科技有限公司将窑炉急冷段的热风直接送到喷雾塔，干燥粉体，利用窑炉的馀热，喷雾塔不需要另外配置热风炉，每年可节省数百万元的燃料支出。2.5富氧燃烧节能技术在陶瓷烧成的燃烧技术中，一般把助燃空气中的氧含量超过21%时所采用的燃烧技术简称为富氧燃烧技术。 燃料在富氧状态下可以降低点火温度，加快燃烧速度，使燃烧完全，从而提高火焰强度，得到良好的热传导。 由于采用了富氧燃烧技术，燃烧相对完整，火焰长度相对较短，火焰上部温度降低，小炉、蓄热室的热负荷减轻，对它的侵蚀减轻，窑炉的寿命也相应地延长了。 采用富氧空气，可以适当地减少二次支燃风量，减少废气排放量，减少废气夺走的热量，提高热效率，达到了节能目的6。 富氧燃烧技术具有减少二次风需求量、减少烟排放量、增加火焰温度、提高燃烧效率、有效地节约能源消耗等优点7。 通过采用富氧燃烧技术，可以节省约10%的能源。2.6计算机模拟技术以前，陶瓷窑炉的模拟多采用模型模拟的方法，建立模拟模型很昂贵，时间长，操作不方便。 用先进的计算机模拟技术模拟了窑内流体的对流热交换过程，模拟了辊压机窑嘴的布局角度、结构参数等对窑内流场的影响，模拟了梭式窑内流场对流热交换规则和对流热交换系数对窑内热交换不均匀性的影响通过计算机模拟陶瓷的烧成过程，可以优化燃烧器结构，加强陶瓷烧成过程的正确控制，大幅度提高生产效率，减少能源消耗和浪费，达到抑制有害气体排出的目的。2.7选定高效保温材料窑体的热损失主要分为蓄热损失和散热损失。 减少热损失的主要措施是加强窑体的有效保温，在保证窑壁外观温度尽可能低的情况下，选择最合理最经济的材料获得最薄的窑壁结构。 保温材料的合理选择对节能起到很大的效果，如轻量陶瓷纤维与重量耐火砖相比，质量轻，热传导率小，重量是轻量材料的1/6，容积是传统耐火砖的1/25，蓄热量是砖砌衬里的1/301/10 纤维节能从总能源消耗量的20.6%下降到9.02%，节能达到16.67%)。如果把高性能保温材料和隔热材料适用于陶瓷窑，不仅可以减少窑壁的蓄热，还可以大幅度地减薄窑壁的厚度，简化窑壁的构造。 例如佛山科达机电株式会社在高效节能辊窑中使用低温超隔热保温材料，利用多层屏蔽和纳米SiO2粒子的特性，大幅度提高了窑壁的隔热性能，大幅度降低了窑体外表面的热损失。 窑外壁的温度为5060，其热传导率的比较如图1所示。 笔者负责的广东省自然科学基金项目利用硅灰板、超多孔陶瓷材料等与SiO2气凝胶复合材料，利用超临界干燥技术制造出性能优异的超隔热材料，其导热率为0.023W/mK。2.8低成本燃料的选定现在很多陶瓷生产企业使用的燃料多为液化气、煤、气、轻油、重油等。 煤很难控制，燃烧不充分，温差大，热效率低，污染大，所以很少被采用。 煤气发生炉虽然一次投资大，但煤价格波动小，年平均价格稳定，成本低，一般一年就能回收投资，所以煤气越来越受到重视和选定8。应用发生炉煤气(煤气)是窑炉燃料费用降低和能耗大幅降低的有效方法。 发生炉煤气是清洁的气体燃料，在避免环境污染的同时，也是对降低窑燃料费用、减轻工人劳动力、提高经济效益和社会效果非常有效的替代燃料。 燃料的成本，以柴油为窑燃料的话，相当于燃烧1公斤的柴油，燃烧23公斤的煤。 1公斤柴油价格在4.00元左右，23公斤煤炭价格约2.00元(按700元/t计算)，