摘要：本文對(duì)目前楓溪瓷區(qū)用于日用瓷、工藝瓷、衛(wèi)生瓷生產(chǎn)的燃?xì)馑淼栏G展開(kāi)熱平衡測(cè)試，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了綜合分析，探討了其節(jié)能途徑。分析表明：目前楓溪瓷區(qū)燃?xì)馑淼栏G單位產(chǎn)品燒成能耗在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中居于先進(jìn)行列，但窯爐熱效率和余熱利用率還有待進(jìn)一步提高，還需在余熱回收、控制空氣過(guò)剩系數(shù)、提高助燃空氣溫度、合理選擇窯車(chē)耐火材料與加強(qiáng)窯體保溫等方面加強(qiáng)節(jié)能。

關(guān)鍵詞：隧道窯 熱平衡 檢測(cè) 節(jié)能 途徑

1 引言

窯爐是陶瓷生產(chǎn)能耗最大的設(shè)備，一般陶瓷產(chǎn)品燒成能耗占整個(gè)陶瓷生產(chǎn)總能耗的70%～80%；在陶瓷生產(chǎn)成本構(gòu)成中，產(chǎn)品燒成能耗成本占企業(yè)生產(chǎn)總成本的40%左右。窯爐的熱平衡檢測(cè)是對(duì)正常運(yùn)行中窯爐的設(shè)備性能、燒成控制的綜合評(píng)定。通過(guò)對(duì)進(jìn)出隧道窯的物料、熱量收支項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，客觀反映出窯爐的單位產(chǎn)品能耗、窯爐的熱效率、余熱利用等技術(shù)指標(biāo)，并通過(guò)熱量分布情況為提高熱效率、減少熱損失、節(jié)約能源提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)陶瓷燒成節(jié)能技術(shù)研究有著重要的指導(dǎo)作用。筆者在楓溪瓷區(qū)日用陶瓷、陳設(shè)工藝陶瓷和衛(wèi)生陶瓷企業(yè)中各選擇一條燃?xì)馑淼栏G，展開(kāi)系統(tǒng)的熱平衡測(cè)試，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，探討了其燃?xì)馑淼栏G的節(jié)能途徑。

2 測(cè)試方法及其設(shè)備

2.1測(cè)試的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《陶瓷工業(yè)窯爐熱平衡、熱效率測(cè)定與計(jì)算方法》（GB/T23459-2009）進(jìn)行測(cè)試。

2.2計(jì)算單位

計(jì)算單位采用國(guó)家法定計(jì)量單位（SI），以環(huán)境溫度為溫度基準(zhǔn)，物料基準(zhǔn)為1㎏（產(chǎn)品）。

2.3測(cè)試使用的儀器設(shè)備

測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表1所示。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1窯爐主要技術(shù)參數(shù)

窯爐的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2熱平衡測(cè)試結(jié)果

熱平衡測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

4 熱平衡測(cè)試結(jié)果討論

4.1單位產(chǎn)品燒成能耗

日用瓷隧道窯單位產(chǎn)品燒成能耗為0.547㎏ce/㎏，燒成產(chǎn)品綜合能耗0.684㎏ce/㎏，對(duì)照《日用陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額》（DB44588-2009），低于現(xiàn)有日用陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額。日用瓷一次燒成產(chǎn)品綜合能耗≤0.8㎏ce/㎏的限額值，基本達(dá)到新建的日用陶瓷生產(chǎn)企業(yè)一次燒成產(chǎn)品綜合能耗≤0.680㎏ce/㎏的準(zhǔn)入值。

工藝瓷隧道窯單位產(chǎn)品燒成能耗為0.514㎏ce/㎏瓷，燒成產(chǎn)品綜合能耗≤0.643㎏ce/㎏。工藝瓷是二次燒成產(chǎn)品，對(duì)照《陳設(shè)藝術(shù)陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》（DB44/587-2009），低于陳設(shè)藝術(shù)瓷二次燒成產(chǎn)品綜合能耗≤0.9㎏ce/㎏的先進(jìn)值。

衛(wèi)生瓷隧道窯單位產(chǎn)品燒成能耗為0.163㎏ce/㎏瓷，燒成產(chǎn)品綜合能耗為0.262㎏ce/㎏，即4767.47kJ/㎏瓷。對(duì)照《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB21252-2007），低于衛(wèi)生陶瓷燒成產(chǎn)品綜合能耗≤0.55㎏ce/㎏的先進(jìn)值，達(dá)到先進(jìn)國(guó)家衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品燒成能耗3350～8370kJ/㎏瓷的先進(jìn)水平。

從上述三種隧道窯燒成產(chǎn)品能耗對(duì)比結(jié)果看，日用瓷隧道窯屬于中等節(jié)能型隧道窯；工藝瓷、衛(wèi)生瓷隧道窯屬于國(guó)內(nèi)先進(jìn)節(jié)能型隧道窯；衛(wèi)生瓷隧道窯還達(dá)到國(guó)外先進(jìn)隧道窯的水平。隧道窯的燒成能耗與楓溪瓷區(qū)陶瓷生產(chǎn)現(xiàn)狀有著密切的關(guān)系:

（1） 采用清潔能源如液化石油氣和天然氣等，這些氣體燃料具有熱值高、污染小、燒成穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，有利于自動(dòng)化控制;

（2） 采取一系列節(jié)能措施，不斷吸收先進(jìn)窯爐技術(shù)，開(kāi)展窯爐節(jié)能技術(shù)改造;

（3） 采用裸裝明燃燒成技術(shù);

（4） 應(yīng)用低溫?zé)杉夹g(shù)，改進(jìn)衛(wèi)生瓷傳統(tǒng)工藝配方，降低燒成溫度，從原來(lái)1280℃下降為1210～1220℃。

4.2窯爐熱效率

日用瓷隧道窯熱效率為19.01%，工藝瓷隧道窯熱效率為26.08%，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)窯爐熱效率28%～30%相比明顯偏低。衛(wèi)生瓷隧道窯熱效率45.47%，居于國(guó)內(nèi)先進(jìn)行列。

影響熱效率的主要原因分析如下：

（1） 燒成帶燃?xì)馊紵目杖急炔缓侠恚諝膺^(guò)剩系數(shù)過(guò)大，造成燃料的浪費(fèi)，降低了熱效率增大了排煙熱損失。經(jīng)檢測(cè)，日用瓷隧道窯燒成帶平均空氣過(guò)剩系數(shù)為1.45；工藝瓷隧道窯燒成帶平均空氣過(guò)剩系數(shù)為1.41；衛(wèi)生瓷隧道窯燒成帶平均空氣過(guò)剩系數(shù)為1.28，比日用瓷和工藝瓷隧道窯低。

（2） 煙氣溫度高，排煙熱損失就大。日用瓷隧道窯排煙溫度為240℃，離窯帶走的熱量1374.47MJ/h，占熱量總支出的31.22%；工藝瓷隧道窯排煙溫度為155℃，離窯帶走的熱量1136.77MJ/h，占熱量總支出26.86%；衛(wèi)生瓷排煙溫度為100℃，離窯帶走的熱量為1696.19MJ/h，占熱量總支出25.93%。

（3） 燃料燃燒采用冷空氣助燃，增加了加熱空氣的燃料量。

（4） 隧道窯窯體和窯車(chē)積熱和散熱大。帶出的顯熱占熱支出的比例分別是：日用瓷隧道窯窯體為13.68%，窯車(chē)為4.45%；工藝瓷隧道窯窯體為12.12%，窯車(chē)為7.41%；衛(wèi)生瓷隧道窯窯體為16.27%，窯車(chē)為4.39%。

4.3余熱利用率

隧道窯余熱包括冷卻帶抽熱風(fēng)和排煙余熱兩大部分，是可利用余熱，其中日用瓷隧道窯占66.44%，工藝瓷隧道窯占67.04%，衛(wèi)生瓷隧道窯占53.43%。已利用余熱利用率：日用瓷隧道窯占35.22%；工藝瓷隧道窯占39.69%；衛(wèi)生瓷隧道窯占35.66%。占可利用余熱的比例為：日用瓷隧道窯為53.01%；工藝瓷隧道窯為59.20%；衛(wèi)生瓷隧道窯61.85%。

從熱平衡測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，隧道窯的余熱利用非常有限，余熱利用率低、熱損失大的原因是企業(yè)在余熱利用認(rèn)識(shí)上產(chǎn)生了誤區(qū)，認(rèn)為冷卻帶抽熱風(fēng)用于濕坯和模具的干燥，就是余熱利用，而煙氣的排放是隧道窯中廢氣的正常排放，忽視了煙氣中包含著大量的熱量，不經(jīng)處理直接排出不僅影響環(huán)境，也造成了能源的損失。

5 節(jié)能途徑建議

通過(guò)上述綜合分析，對(duì)燃?xì)馑淼栏G建議從如下幾個(gè)方面采取節(jié)能措施。

5.1采用自動(dòng)化控制技術(shù)

采用自動(dòng)化控制技術(shù)，是節(jié)能的有效方法之一。它通過(guò)對(duì)隧道窯的燒成制度進(jìn)行自動(dòng)化控制，合理調(diào)節(jié)助燃風(fēng)壓、風(fēng)量及以及空燃比例，降低空氣過(guò)剩系數(shù)，提高燃?xì)馊紵?、傳熱效率和窯爐熱效率，減少排煙熱損失，節(jié)約能源。

5.2充分回收利用煙氣余熱

利用煙氣余熱最常用的方法：采用換熱器裝置回收煙氣余熱。利用煙氣的熱量加熱，通過(guò)換熱器中的冷空氣形成熱風(fēng)，可以用作攪拌風(fēng)、助燃風(fēng)，以及入窯前坯體干燥的熱源，減小坯體的入窯水分，同時(shí)可以提高坯體的入窯溫度，加快進(jìn)車(chē)速度，提高煙氣余熱的利用率。

5.3提高抽出熱風(fēng)的余熱利用率

冷卻帶的熱風(fēng)是干凈的熱源。在確保產(chǎn)品出窯質(zhì)量不受影響的情況下，可通過(guò)增大進(jìn)出冷風(fēng)量和熱風(fēng)量以提高冷卻帶余熱利用率。具體的做法是：通過(guò)壓力控制急冷氣幕與最后一對(duì)燒嘴之間的壓力，使之處于微正壓或微負(fù)壓，一般壓力控制在（±1~2）Pa之間，使進(jìn)出冷風(fēng)量與熱風(fēng)量平衡，加速冷風(fēng)與產(chǎn)品之間的熱傳遞速度，提高產(chǎn)品的冷卻效果，降低出窯溫度，改善工作環(huán)境。

5.4窯車(chē)輕型化

在砌筑窯車(chē)襯磚耐火材料的選用上，根據(jù)資料介紹，輕質(zhì)磚的蓄熱能力只有重質(zhì)耐火磚的50%，用輕質(zhì)磚代替重質(zhì)耐火磚時(shí)，可以節(jié)能15%，若采用陶瓷纖維可節(jié)約35%。窯車(chē)的輕型化，低蓄熱化，是窯車(chē)節(jié)能的主要途徑。采用容量小、強(qiáng)度高、隔熱性能好的輕質(zhì)磚代替重質(zhì)耐火磚，砌筑窯車(chē)襯磚熱面；陶瓷纖維作為窯車(chē)中間層保溫材料，可以輕化窯車(chē)，實(shí)現(xiàn)窯車(chē)的低蓄熱化，減少窯車(chē)蓄熱和散熱損失。同時(shí)也有利于提高預(yù)熱帶下部溫度，減少上下溫差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

5.5加強(qiáng)窯體保溫

選用高效保溫材料——陶瓷纖維加強(qiáng)窯體的保溫，是提高窯體保溫效果、降低窯體外表面溫度、減少散熱損失最有效的方法之一，一般陶瓷纖維厚度應(yīng)大于40㎜。

5.6采用余熱風(fēng)代替助燃空氣

利用冷卻帶抽出的熱風(fēng)代替助燃空氣，可以減少因加熱空氣所需的燃料量。根據(jù)資料介紹，當(dāng)助燃空氣溫度每提高100℃時(shí)，可以節(jié)約燃料5%；提高到300～400℃時(shí)，節(jié)能15%～20%。

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)熱平衡測(cè)試分析結(jié)果，目前楓溪瓷區(qū)燃?xì)馑淼栏G單位產(chǎn)品燒成能耗在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中居于先進(jìn)行列。但窯爐熱效率和余熱利用率有待進(jìn)一步提高。隧道窯的節(jié)能潛力還比較大，節(jié)能措施有：

（1） 充分回收利用余熱；

（2） 合理控制空氣過(guò)剩系數(shù)；

（3） 提高助燃空氣溫度；

（4） 合理選擇窯車(chē)耐火材料；

（5） 加強(qiáng)窯體保溫。

參考資料

[1] 曾令可，鄧偉強(qiáng)等.陶瓷工業(yè)能耗的現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)措施[J].陶瓷學(xué)報(bào)，2006，1.

[2] 硅酸鹽工業(yè)熱工過(guò)程及設(shè)備[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[3] 潮州陶瓷工業(yè)公司企業(yè)能量平衡測(cè)試報(bào)告[R].