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        陶瓷輥道窯余熱綜合利用技術(shù)*

        2014-10-19 00:28:16范新暉
        陶瓷 2014年9期
        關(guān)鍵詞:磚坯輥道窯爐

        范新暉

        (佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司 廣東 佛山 528031)

        前言

        建筑陶瓷行業(yè)是我國能源消耗大戶,節(jié)能減排、低碳環(huán)保是陶瓷行業(yè)永遠的追求,技術(shù)節(jié)能具有廣闊的發(fā)展空間。目前在陶瓷工業(yè)中使用的窯爐主要有:隧道窯、輥道窯和梭式窯3大類。其中,輥道窯具有產(chǎn)量大、質(zhì)量好、能耗低、自動化程度高、操作方便、勞動強度低、占地面積小等優(yōu)點,是當(dāng)今陶瓷窯爐的發(fā)展方向。因此,對陶瓷輥道窯的余熱進行綜合利用具有非常重要的現(xiàn)實意義,將智能控制技術(shù)及裝備技術(shù)應(yīng)用在陶瓷輥道窯和其它耗熱設(shè)備上,通過優(yōu)化工藝和設(shè)備改進,實現(xiàn)能源高效利用是非常有意義的。

        國內(nèi)外對陶瓷窯爐余熱利用的研究有很多,余熱利用在國外也很受重視,視其為陶瓷工業(yè)節(jié)能的主要環(huán)節(jié)。目前窯爐余熱已利用的有高溫?zé)煔夂屠鋮s熱風(fēng)兩部分,國外對煙氣帶走的熱量和冷卻物料消耗的熱量(占總窯爐耗能的45%~70%)這一數(shù)量可觀的余熱利用較好。國外將余熱主要用于干燥和加熱助燃空氣,目前歐洲陶瓷企業(yè)普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置,進行余熱的再回收利用。對于排煙廢熱的余熱利用,亦采用換熱器進行能量收集,并輸送到所需場所。其綜合節(jié)能的效果十分顯著(熱效率達到80%~90%)。

        1 輥道窯余熱利用途徑

        陶瓷行業(yè)是一個高能耗的行業(yè),尤其是噴霧造粒,干燥和窯爐3個環(huán)節(jié)需要消耗大量的熱能。隨著燃料價格的不斷上漲,各個陶瓷廠的生產(chǎn)成本節(jié)節(jié)高升。據(jù)建筑陶瓷廠提供的綜合數(shù)據(jù), 僅燃料成本一項差不多就占了整個陶瓷行業(yè)成本的 1/4~1/3,由于窯爐是高溫?zé)稍O(shè)備,其燃料消耗和排放居于首位。目前,國內(nèi)外窯爐余熱利用已經(jīng)取得很成功的經(jīng)驗,窯爐余熱已利用的有高溫?zé)煔夂屠鋮s熱風(fēng)兩部分。高溫?zé)煔?,主要用在干燥器上,或者將其利用在噴霧塔中進行噴霧干燥;冷卻熱風(fēng),主要利用途徑有3種:用在干燥器上,用作窯爐助燃風(fēng),把干燥器上用不完的余熱抽去噴霧塔使用(主要針對內(nèi)墻磚二次燒成)。窯爐冷卻熱風(fēng)、熱煙氣利用基本可滿足坯體干燥的零燃料消耗。為了實現(xiàn)節(jié)能減排,現(xiàn)在各個陶瓷廠已經(jīng)進行了各種各樣的節(jié)能改造,但主要措施仍然集中在將排煙和冷卻余熱用于干燥坯體方面。下面僅對輥道窯余熱利用的方案提出了幾種模式,僅供技術(shù)人員結(jié)合企業(yè)自身實際情況參考使用。

        1.1 多層強制對流快速干燥方法

        利用多層干燥窯采用強制對流快速干燥方式對坯體進行干燥。其供熱系統(tǒng)包括有供熱風(fēng)盒組件、吹風(fēng)管、供熱調(diào)節(jié)閥、供熱連通管、熱電偶,其中供熱風(fēng)盒組件為多組左右對稱地安裝在輥道干燥通道的輥棒上和輥棒下,吹風(fēng)管裝配在左右兩邊的多組供熱風(fēng)盒組件之間,且分別與左右兩邊的供熱風(fēng)盒組件相接;吹風(fēng)管上設(shè)有均勻分布的吹風(fēng)孔,且吹風(fēng)孔覆蓋了干燥窯的整個斷面。熱風(fēng)通過吹風(fēng)管上的吹風(fēng)孔對磚坯上、下表面垂直噴射,實現(xiàn)磚坯的強制對流干燥和設(shè)備內(nèi)磚坯的連續(xù)均勻受熱、干燥。還有一邊的供熱風(fēng)盒組件通過供熱調(diào)節(jié)閥與供熱連通管相連,且在供熱連通管上安裝有熱電偶,用以反饋干燥窯溫度控制信號。圖1為多層干燥窯的供熱系統(tǒng)。

        圖1 多層干燥窯的供熱系統(tǒng)

        1.2 輥道窯熱風(fēng)增壓助燃技術(shù)

        通過二級環(huán)回增壓燒嘴,在高溫?zé)蓞^(qū)或預(yù)熱區(qū)窯爐左右兩側(cè)單管燃氣噴槍的下方,均設(shè)有一組相同的雙管組合噴槍,其由一支高壓噴槍和一支低壓噴槍橫向或縱向排列,穿過雙孔法蘭管的管孔組合而成,其中短噴槍與單管燃氣噴槍的槍管長度相同。

        高壓噴槍工作時,先進入一次空氣(壓力為200 MPa),與煤氣在一級混合區(qū)進行初次混合;然后二級高壓助燃風(fēng)進入(壓力為100 MPa),在其高壓作用下,噴槍內(nèi)的氣流成為漩渦狀,在二次混合區(qū)內(nèi)和一次混合后的燃料進行第二次混合,使助燃風(fēng)和燃料充分混合,其混合效果好,流速大。在窯爐寬度比較大時,增加一個低壓噴槍,低壓噴槍的流速約為30 m/s,而高壓噴槍的噴速則能達到80~90 m/s,低壓噴槍和高壓噴槍的配合使用,能大大減小寬體窯爐中部與兩邊的溫差。

        二級環(huán)回增壓技術(shù)的使用,將窯爐急冷后300 ℃以上的高溫?zé)犸L(fēng)作為助燃風(fēng)使用,改善了煤氣與助燃風(fēng)混合效果,使燃料的燃燒效果得到了提高,達到余熱充分利用,而且避免了陶瓷磚產(chǎn)生色差和尺寸偏差,提高了產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的燒成速度。

        1.3 多層干燥窯余熱循環(huán)利用方法

        在干燥窯磚坯與熱風(fēng)進行熱交換,將坯體內(nèi)的自由水蒸發(fā)掉。熱交換后的潮濕低溫氣體通過干燥通道的輥棒上、下的排濕風(fēng)盒組件、排濕調(diào)節(jié)閥、排濕連通管排出。其中小部分潮濕低溫氣體通過連通的排濕主管、排濕風(fēng)機、排濕煙囪排到設(shè)備外,大部分潮濕低溫氣體通過與循環(huán)風(fēng)機入口連通的外來余熱主管道打入的外來高溫余熱混合,通過循環(huán)風(fēng)機打入供熱連通管、供熱風(fēng)盒組件,熱風(fēng)通過吹風(fēng)管的吹風(fēng)孔對磚坯進行強制對流干燥;并且循環(huán)熱風(fēng)在設(shè)備內(nèi)反復(fù)循環(huán),保持恒溫、恒濕、定量小排放,充分利用能源,減少排放,實現(xiàn)陶瓷磚坯快速干燥。圖2為多層干燥窯的排濕系統(tǒng)和余熱循環(huán)利用示意圖。

        圖2 多層干燥窯的排濕系統(tǒng)和余熱循環(huán)利用示意圖

        1.4 快冷區(qū)余熱回收技術(shù)

        目前,輥道窯窯尾快冷區(qū)爐內(nèi)熱氣溫度一般為200~300 ℃,余熱通常被浪費掉未能有效地加以利用,而在熱風(fēng)爐和干燥器煤氣燃燒的過程中,都需要熱風(fēng)進行增氧助燃,但該領(lǐng)域的余熱利用在行業(yè)中仍處于探索階段。

        現(xiàn)今有部分企業(yè)在快冷區(qū)內(nèi)的風(fēng)機設(shè)置了2條風(fēng)管,一條吸入窯內(nèi)的熱風(fēng),然后通過另一條風(fēng)管將煙氣噴回窯內(nèi),在風(fēng)機的吸力和推力作用下,窯內(nèi)的氣體形成了一股攪拌的回旋風(fēng)在窯內(nèi)左右回旋。通過回旋風(fēng)不斷與磚坯接觸,使空氣與磚坯得到進一步的熱交換,待煙氣和磚坯得到充分的熱交換后,使空氣能將磚坯的熱量帶出,然后通過風(fēng)機將煙氣抽到干燥器中加以利用。磚坯余熱回收技術(shù)的應(yīng)用,可使產(chǎn)品出窯溫度控制在150 ℃以下,不但讓磚坯的余熱得到進一步的利用,而且減少了產(chǎn)品的后期變形,改善了窯爐操作的工作環(huán)境。

        余熱回收技術(shù)的原理為:陶瓷窯爐依次包括預(yù)熱區(qū)、燒成區(qū)、急冷區(qū)、緩冷區(qū)、真空區(qū)和窯尾快冷區(qū),其中緩冷區(qū)窯爐的上方設(shè)有2臺串接的A風(fēng)機,貫穿于緩冷區(qū)窯爐的上部(設(shè)有一條進氣管),每臺A風(fēng)機的下方進氣口與進氣管相通,每臺A風(fēng)機的上方排氣口與一條排風(fēng)管相通,排風(fēng)管與燒成區(qū)窯爐相通,窯尾快冷區(qū)窯爐的上方橫向設(shè)有一條熱氣進氣總管,與窯尾快冷區(qū)窯爐相通,并經(jīng)過2臺串接的B風(fēng)機后與緩冷區(qū)窯爐爐底的若干條下輸氣管垂直相連,所有下輸氣管均沿緩冷區(qū)窯爐爐底至預(yù)熱區(qū)窯爐爐底的方向橫向延伸;燒成區(qū)窯爐的上方設(shè)有一條與陶瓷干燥器相通的一級輸出管,其下部與經(jīng)過燒成區(qū)窯爐爐底的所有下輸氣管垂直相連;一級輸出管上經(jīng)過燒成區(qū)窯爐爐頂?shù)牟课唬c若干條上輸氣管垂直相連,所有上輸氣管均沿?zé)蓞^(qū)窯爐爐頂至預(yù)熱區(qū)窯爐爐頂?shù)姆较驒M向延伸;預(yù)熱區(qū)窯爐起始處,設(shè)有一條二級輸出管,其下部與所有下輸氣管的尾端垂直相連,其上部與所有上輸氣管垂直相連,所有上輸氣管的尾端經(jīng)過串接的2組風(fēng)機與陶瓷熱風(fēng)爐相通,每組風(fēng)機包括2臺并聯(lián)的流量和壓力相等的C 風(fēng)機。由于可將窯尾快冷區(qū)及緩冷區(qū)窯爐的熱氣,通過若干條下輸氣管和上輸氣管,分別在爐底和爐頂進行輸送,最后經(jīng)一級輸出管和二級輸出管,分別輸送到陶瓷干燥器和熱風(fēng)爐中增氧助燃,從而實現(xiàn)了良好的節(jié)能效果,熱利用率可達60%~70%,整體節(jié)能率達15%~25%。

        1.5 連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù)

        陶瓷行業(yè)是廣東省的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著陶瓷行業(yè)節(jié)能、環(huán)保壓力的增大,如何利用陶瓷窯爐的煙氣余熱、降低生產(chǎn)過程中氮氧化合物排放等問題也被陶瓷企業(yè)提上工作日程。

        輥道窯在陶瓷行業(yè)中由于產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn),從而能源消耗居首位。因此,在遵循其生產(chǎn)工藝要求的前提下,合理回收余熱,實現(xiàn)余熱的梯級利用,利用連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù)優(yōu)化爐膛內(nèi)速度場、溫度場和壓力場,將有利于節(jié)能減排,提高產(chǎn)品的競爭力。采用連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù),在對燒成段余熱進行部分利用的同時,還可以有效的改善其速度場、溫度場,提高爐膛的溫度均勻性。

        連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù)可以實現(xiàn)高溫?zé)煔庥酂岬臉O限回收,可以向燃燒器連續(xù)提供高溫空氣,且高溫?zé)煔饪梢猿掷m(xù)從爐膛的固定點排放。陶瓷生產(chǎn)過程中煙氣的從高溫段向低溫段有序流動,在此過程中可將煙氣的余熱回收,對產(chǎn)品進行預(yù)熱,可提高生產(chǎn)效率及熱利用率。在輥道窯上應(yīng)用連續(xù)蓄熱燃燒技術(shù),可以實現(xiàn)高溫?zé)煔庥酂岬臉O限回收,可以向燃燒器連續(xù)提供高溫空氣,且高溫?zé)煔饪梢猿掷m(xù)從爐膛的固定點排放。通過利用窯內(nèi)煙氣流動,改善爐膛內(nèi)溫度場分布,一方面從燒成段燃燒器對面的爐墻上抽取部分高溫?zé)煔?,可以使窯內(nèi)斷面溫度更加均勻,特別適用于寬體窯;另一方面通過連續(xù)蓄熱方式提高助燃空氣溫度,可以達到縮小溫差,提高熱效率的目的,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

        2 結(jié)語

        實踐證明,陶瓷窯爐余熱利用是可行的,充分利用陶瓷窯爐中的熱量,既節(jié)約了能源,也對地球環(huán)境做出了一份貢獻,上述幾種節(jié)能方式已經(jīng)在一些陶瓷企業(yè)采用,普遍反映取得了顯著的節(jié)能效益,其節(jié)能率為18%~35%,日耗燃煤可節(jié)約20%~30%,CO2、SO2、NOx及粉塵等污染物的排放總量分別減少16%、16%、16%和25%以上。

        陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè),通過節(jié)能技術(shù)的實施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和窯爐技術(shù)革新,都可以實現(xiàn)節(jié)能的目標,可為發(fā)展低碳經(jīng)濟發(fā)揮舉足輕重的作用。陶瓷輥道窯余熱綜合利用技術(shù)的運用,將有力地推動陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,加快發(fā)展低碳經(jīng)濟的步伐,從而為陶瓷企業(yè)建立節(jié)能、清潔、循環(huán)、低碳的新型生產(chǎn)方式提供強有力的科技支撐。

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