熊輝

摘 要 硅酸鹽工業(yè)在我國(guó)是能源消耗較多的一個(gè)種類，而硅酸鹽工業(yè)窯爐又是一種消耗能源最多且會(huì)產(chǎn)生大幅污染的設(shè)備。在提倡綠色生產(chǎn)的今天，對(duì)于硅酸鹽工業(yè)窯爐進(jìn)行改造是十分有必要的，如何提高硅酸鹽工業(yè)窯爐的生產(chǎn)效率，以及防治硅酸鹽工業(yè)窯爐當(dāng)中排出的難以處理的氮氧化物，都是我們所關(guān)注的課題。在本文中，筆者主要通過(guò)把握硅酸鹽工業(yè)窯爐的特點(diǎn)，來(lái)探析一些改進(jìn)硅酸鹽工業(yè)窯爐的方法，以使這種設(shè)備在未來(lái)的生產(chǎn)當(dāng)中能夠取得更好的工作成效。

關(guān)鍵詞 硅酸鹽工業(yè) 窯爐 改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TS3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我們知道，硅酸鹽工業(yè)在我國(guó)是能源消耗較多的一個(gè)種類，而硅酸鹽工業(yè)窯爐又是一種消耗能源最多且會(huì)產(chǎn)生大幅污染的設(shè)備。這種對(duì)能源的巨大消耗和對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染已經(jīng)迫使我們急需著手進(jìn)行對(duì)硅酸鹽工業(yè)窯爐進(jìn)行改造，以提高它的工作效率、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。下面我們將從實(shí)際出發(fā)，分析怎樣改進(jìn)才能使窯爐更節(jié)能，減少環(huán)境污染。

目前據(jù)我們所知，硅酸鹽工業(yè)窯爐當(dāng)中存在的問(wèn)題之一是能源的有效利用率較低，而有效利用率低的主要原因則是能量具有量的守恒性和能質(zhì)的不守恒性。只要解決了這個(gè)矛盾，我們的窯爐利用效率就能得到有效提高。對(duì)于解決這個(gè)矛盾，我們可以通過(guò)采用測(cè)試、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算等方法，用熱平衡的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)分析和掌握耗能狀況和用能水平，從而找出能源利用當(dāng)中所存在的問(wèn)題。但是，傳統(tǒng)的熱平衡分析法是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的，是從能量守恒的觀點(diǎn)來(lái)分析能量的利用程度。其觀點(diǎn)認(rèn)為熱能的損失主要是煙氣帶走的熱和窯體散熱。它只分析了能量在轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程中數(shù)量上的平衡，而沒(méi)有考慮能量在能質(zhì)上的差異與變化。

針對(duì)以上這種狀況，我們可以采用有效能分析法進(jìn)行對(duì)硅酸鹽工業(yè)窯爐效率的提升。所謂有效能，是指物系以完全可逆的方式變化到與環(huán)境處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，物系對(duì)環(huán)境所作的功。它衡量的是物系所具有的能量的做功能力的大小。有效能分析法實(shí)質(zhì)上是從過(guò)程推動(dòng)力的觀點(diǎn)來(lái)考察能量的綜合利用情況，它不僅可以從能量的數(shù)量和質(zhì)量的結(jié)合上來(lái)評(píng)價(jià)能量的品位，而且可對(duì)用熱過(guò)程和熱循環(huán)進(jìn)行全面的熱力學(xué)分析。它關(guān)心的不僅是如何減少窯爐向外界泄漏和排放的能量，而且更注意如何減少窯爐內(nèi)部各種因素和過(guò)程（如傳熱、傳質(zhì)、燃燒、流動(dòng)等）造成的能量損失。通過(guò)有效能分析法計(jì)算我們可以發(fā)現(xiàn)：硅酸鹽工業(yè)窯爐的最大熱能損失不在窯爐外部，而在窯爐內(nèi)部。內(nèi)部熱能損失，如燃燒過(guò)程和傳熱過(guò)程的損失高達(dá)50%以上。因此如何減少窯爐內(nèi)部的能量損失才是節(jié)約能源的主攻方向。

有效能分析法應(yīng)用了熱力學(xué)第一、第二定律，從能量的數(shù)量和質(zhì)量的結(jié)合上評(píng)價(jià)窯爐的熱能利用情況，有效的克服了熱平衡分析法的不足，為窯爐的設(shè)計(jì)、操作和節(jié)能工作指出了方向與途徑。

硅酸鹽工業(yè)窯爐工作當(dāng)中存在的另一個(gè)問(wèn)題便是硅酸鹽工業(yè)窯爐中燃料燃燒引起的對(duì)大氣環(huán)境污染了，這其中危害最大且又難以處理的就是氮的氧化物了。而氮氧化物的生成主要是由以下幾個(gè)因素造成的：（1）燃料中氮化合物的含量。通過(guò)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，氮化合物含量越高，氮氧化物的生成量就越多，如氣體燃料中氮化合物含量極少，故它燃燒時(shí)的生成的氮氧化物幾乎都是由空氣中氮轉(zhuǎn)化而來(lái)的；相反，固體燃料煤，特別是燃燒煤粉，煙氣中絕大部分的氮氧化物是由燃料固有氮化物轉(zhuǎn)化而來(lái)；而液體燃料則介于上述二者之間。（2）火焰溫度，即燃燒區(qū)的溫度。我們發(fā)現(xiàn)，所在的高溫下燃燒溫度愈高，氮氧化物越容易生成。（3）燃燒區(qū)中氧的濃度。該區(qū)氧的濃度增大，其生成速度就會(huì)增大。當(dāng)氧含量合適時(shí)，燃燒溫度較高，更易生成氮氧化物；若空氣供應(yīng)不足，氧含量減少時(shí)，則燃燒攝度下降，雖然這樣會(huì)使氮氧化物生成量減少，但會(huì)增多炭黑以及一氧化碳的生成量。如過(guò)?？諝饬枯^多，燃燒區(qū)中氧量與氮量雖然明顯增加，但由于此時(shí)燃燒溫度下降反而會(huì)導(dǎo)致氮氧化物生成量減少，同時(shí)氮氧化物濃度也被大量過(guò)?？諝馑♂尪陆?。

針對(duì)以上產(chǎn)生污染的因素我們可以具體采取以下措施：（1）從形成污染機(jī)理入手，改革燃燒室或窯爐的結(jié)構(gòu)和形式。（2）高煙囪排放污染物。煙囪是窯（下轉(zhuǎn)第88頁(yè)）（上接第86頁(yè)）爐內(nèi)煙氣的最后通道，其作用一是維持窯爐內(nèi)正常的作業(yè)制度；二是將煙氣的有害物排放到高空，利用大氣的擴(kuò)散和被自然界的吸收，從而減輕局部污染。這種方法最為簡(jiǎn)單，投資小，無(wú)運(yùn)行管理及制作問(wèn)題。英國(guó)的建筑法規(guī)定，煙囪的高度為周圍最近構(gòu)筑物高度的2.5 倍，是避免地面污染的最可靠煙囪設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)在我國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)煙囪的高度，除保證正常生產(chǎn)需要外，就是以有害物達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)考慮的。（3）煙氣再循環(huán)燃燒法。將一部分低溫排煙通過(guò)管道送入燃燒區(qū)的助燃空氣中與燃料一起混合燃燒，使燃燒區(qū)內(nèi)氧氣相對(duì)濃度減少，便可以抑制氮氧化物的生成。（4）沸騰燃燒法。這種方法燃燒溫度比較低，氮的氧化反應(yīng)進(jìn)行的非常緩慢有利于抑制和防止氮氧化物的生成。

總之，如何提高硅酸鹽工業(yè)窯爐的生產(chǎn)效率，以及防治硅酸鹽工業(yè)窯爐當(dāng)中排出的難以處理的氮氧化物，仍是一個(gè)值得我們進(jìn)一步研究與開發(fā)的新課題。