問(wèn)：陶瓷窯爐的節(jié)能措施有哪些？

答:近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)量迅速攀升，供應(yīng)形勢(shì)日趨緊張，特別是石油、天然氣等不可再生資源需求和消費(fèi)量上升的幅度超過(guò)了產(chǎn)量增長(zhǎng)，致使能源供需矛盾進(jìn)一步加劇，節(jié)能減排成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。陶瓷行業(yè)是高能耗、高污染和資源消耗型的“兩高一資”行業(yè)，是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。能耗和燃耗這兩項(xiàng)成本加起來(lái)在陶瓷生產(chǎn)成本中占到幾乎一半或一半以上，而燒成窯爐是建筑陶瓷工業(yè)的主要耗能設(shè)備之一。陶瓷行業(yè)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排過(guò)程中，陶瓷窯爐的節(jié)能主要可以采取以下措施：

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問(wèn)：陶瓷窯爐的節(jié)能措施有哪些？

答:近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)量迅速攀升，供應(yīng)形勢(shì)日趨緊張，特別是石油、天然氣等不可再生資源需求和消費(fèi)量上升的幅度超過(guò)了產(chǎn)量增長(zhǎng)，致使能源供需矛盾進(jìn)一步加劇，節(jié)能減排成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。陶瓷行業(yè)是高能耗、高污染和資源消耗型的“兩高一資”行業(yè)，是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。能耗和燃耗這兩項(xiàng)成本加起來(lái)在陶瓷生產(chǎn)成本中占到幾乎一半或一半以上，而燒成窯爐是建筑陶瓷工業(yè)的主要耗能設(shè)備之一。陶瓷行業(yè)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排過(guò)程中，陶瓷窯爐的節(jié)能主要可以采取以下措施：

1 增加高溫帶耐火保溫磚及保溫層的溫度

據(jù)資料顯示，窯爐砌體蓄熱損失和爐體表面的散熱損失要占到燃料消耗的20%以上。增加高溫帶耐火保溫磚及保溫層的厚度是有必要的。現(xiàn)在設(shè)計(jì)的窯爐高溫帶窯頂磚和窯墻保溫層的厚度都有不同的增加，很多公司高溫帶的窯頂磚厚度由230 mm增加到260 mm，窯墻保溫層由140 mm增加到200 mm，但目前窯爐底部的保溫還沒(méi)有得到相應(yīng)的改善，普遍情況是高溫帶底部鋪一層20mm棉毯外加5層保溫磚標(biāo)磚來(lái)保溫。其實(shí)窯爐底部的散熱面積較大，其散熱也十分可觀。因此有必要增加適當(dāng)?shù)牡撞勘貙拥暮穸龋萌葜馗偷谋卮u和增加保溫層的厚度來(lái)改善底部的保溫。另外，高溫帶窯頂部分如果采用拱頂，就十分方便增加保溫層厚度、密封性，以減少散熱。如果采用吊頂，最好吊頂使用陶瓷件而不是使用耐熱鋼板，再輔以耐熱鋼吊鉤，這樣也可以把吊件全部埋住，增加保溫層的厚度和密封性。如果采用耐熱鋼作吊頂磚掛板，若掛板全部埋入保溫層，它有可能在窯爐漏火時(shí)全部氧化而致使吊頂磚掉入窯內(nèi)，造成停窯事故。采用陶瓷件作吊件，頂部保溫也可以使用保溫料進(jìn)行澆注，使用保溫材料變得靈活。這可極大地改善窯頂保溫性能和氣密性，大幅度減少頂部散熱。

2 選擇更優(yōu)質(zhì)和保溫性能更好的材料

當(dāng)今更優(yōu)質(zhì)和保溫性能更好的材料不斷出現(xiàn)，也給窯爐工程設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了方便。采用優(yōu)質(zhì)材料，可使保溫層更薄，而保溫效果更好，還能使能源浪費(fèi)得到最大限度地減少。采用保溫性能更優(yōu)異的輕質(zhì)耐火保溫磚和保溫棉毯保溫板，經(jīng)過(guò)優(yōu)化采用更合理的結(jié)構(gòu)改良設(shè)計(jì)，以期減少窯爐散熱。有的公司選用容重為0.6 g/cm3的輕質(zhì)磚，有的公司采用異型輕質(zhì)磚，在輕質(zhì)磚與輕質(zhì)磚的接觸面上設(shè)置有一定尺寸的凹槽用空氣進(jìn)行隔熱。事實(shí)上，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)在0.03左右，幾乎比所有的保溫材料都低很多，這可有效地減少窯爐表面的散熱損失。同時(shí)加強(qiáng)窯體封閉嚴(yán)密，在事故處理口、膨脹縫、擋火板口、燒嘴磚周圍、輥棒內(nèi)和輥孔磚處使用更耐高溫、更不易粉化、彈性更好的陶瓷纖維棉充分填充，以減少窯體熱量向外散失，保證窯內(nèi)溫度和氣氛的穩(wěn)定，提高熱效率，減少能耗。

3 余熱風(fēng)管的優(yōu)點(diǎn)

國(guó)內(nèi)有的公司把余熱風(fēng)管埋在窯爐底部和窯爐頂部保溫層的保溫磚內(nèi)，這能最大限度地改善余熱風(fēng)管的保溫效果，大大地減少了窯爐的散熱；同時(shí)也會(huì)增加保溫層的厚度，數(shù)據(jù)顯示此種窯爐綜合節(jié)能率在33%以上。

4 窯爐的余熱利用

窯爐的余熱主要是指窯爐冷卻時(shí)產(chǎn)品帶走的熱量。窯爐出磚溫度越低，說(shuō)明余熱系統(tǒng)帶走的熱量越多。干燥窯干燥磚坯所需要的大部分熱量都來(lái)自于窯爐的余熱。如果余熱的熱量越大，越有利于被利用。對(duì)余熱利用可以進(jìn)行細(xì)分，高溫部分可以輸入噴霧干燥塔進(jìn)行利用;中溫部分可以當(dāng)助燃風(fēng)加以利用;其余部分可以輸入干燥窯干燥磚坯。送熱風(fēng)的管道必須做到足夠的保溫，最大限度地減少熱量散失，以提高利用效率。超過(guò)280 ℃的余熱輸入干燥器要十分小心，過(guò)高的溫度會(huì)直接導(dǎo)致磚坯開(kāi)裂。另外，有很多工廠在冷卻段設(shè)置有熱水箱，使用窯爐冷卻段的余熱給辦公室、宿舍供暖，并且用于給員工洗澡供應(yīng)熱水，余熱還可以用來(lái)發(fā)電。

5 高溫帶采用拱頂結(jié)構(gòu)

高溫帶采用拱頂結(jié)構(gòu)有利于減少斷面溫差，利于節(jié)能。由于高溫?zé)醾鲗?dǎo)主要以輻射為主，拱頂窯爐的中部空間大，容納的高溫?zé)煔庖捕?，加上拱頂弧形法向輻射熱反射的作用，中部溫度往往比邊上靠近窯墻的溫度要高一些，約增高2 ℃左右，這樣就要相應(yīng)降低助燃風(fēng)的壓力來(lái)保證斷面溫度的一致性。而很多寬體平頂窯爐的高溫帶存在靠近窯墻兩邊溫度高而中部溫度低的現(xiàn)象，有的窯爐操作人員采用增大助燃風(fēng)壓力提高助燃風(fēng)供風(fēng)量的辦法來(lái)解決斷面溫差。這會(huì)使：①窯爐正壓過(guò)大，窯體散熱增加;②不利于氣氛控制;③助燃風(fēng)和排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)荷都加大了，電耗增加;④過(guò)多的空氣進(jìn)入窯內(nèi)，需要消耗額外的熱量，必然導(dǎo)致煤氣消耗或燃?xì)庀闹苯釉黾?，成本上升?/p>

正確的方法是：①改用高燃燒速度高射速燒嘴;②換長(zhǎng)燒嘴磚;③改變燒嘴磚的出口尺寸使之減少，增大噴射速度，這要適應(yīng)于燒嘴的燃?xì)夂涂諝獾幕旌纤俣?、燃燒速度。?duì)于高速燒嘴可以，但對(duì)低速燒嘴效果就不佳;④燒嘴磚口插入一截重結(jié)晶碳化硅輥棒，使燃?xì)饧訌?qiáng)窯爐中部的加熱，燒嘴磚這樣布置可以間隔布置;⑤使用長(zhǎng)短重結(jié)晶碳化硅噴槍套相結(jié)合的方式。最好的解決辦法是不增加能耗，甚至能降低能耗的方式。

6 采用高效節(jié)能燒嘴

有些公司改進(jìn)了燒嘴，優(yōu)化了空燃比，通過(guò)調(diào)整合理的空燃比，使燒嘴在使用過(guò)程中，沒(méi)有輸入過(guò)多的助燃風(fēng)，從而提高了燃燒效率，做到節(jié)能。有些公司開(kāi)發(fā)高射速等溫?zé)欤约訌?qiáng)窯爐中部的熱量供應(yīng)，來(lái)改善斷面溫差，做到節(jié)能。有些公司開(kāi)發(fā)了助燃空氣與燃料多次混合從而提高燃燒速度和效率，使燃?xì)馊紵蓛舾耆?jié)能效果也顯著。有些公司推廣比例控制高溫段每組支路的助燃風(fēng)，使之供應(yīng)的助燃風(fēng)和燃?xì)馔桨幢壤{(diào)節(jié)，在PID調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)溫度的任何時(shí)間段，都保持合理的空燃比，使輸入的燃?xì)夂椭硷L(fēng)都不會(huì)過(guò)量，從而節(jié)省了燃料和助燃風(fēng)的消耗，并使燃料的利用率達(dá)到最佳。還有些公司開(kāi)發(fā)了預(yù)混二次燃燒燒嘴、預(yù)混三次燒燒嘴等節(jié)能燒嘴。據(jù)資料顯示，使用預(yù)混二次燒燒嘴可以達(dá)到10%的節(jié)能效果。不斷改進(jìn)創(chuàng)新更加先進(jìn)的燃燒技術(shù)，采用更優(yōu)質(zhì)的燒嘴，控制合理的空燃比，永遠(yuǎn)是最佳的節(jié)能途徑。

7 助燃風(fēng)加熱

助燃風(fēng)加熱在20世紀(jì)90年代初引進(jìn)的漢索夫、薩克米窯爐中都有使用，利用助燃風(fēng)從急冷帶窯內(nèi)上方的耐熱不銹鋼換熱器中穿過(guò)時(shí)得到加熱，最高溫度能達(dá)到250～350 ℃。目前國(guó)內(nèi)的窯爐余熱利用加熱助燃風(fēng)有兩種方式：一種是采用漢索夫方式從急冷帶窯內(nèi)上方的耐熱鋼換熱器中吸收熱量加熱助燃風(fēng)；另外一種方式是利用緩冷帶冷風(fēng)管加熱的空氣輸送給助燃風(fēng)機(jī)作為助燃風(fēng)。第一種方式利用余熱的風(fēng)溫可以達(dá)到250～330 ℃，第二種方式利用余熱的風(fēng)溫要低些，可以達(dá)到100～250 ℃，效果會(huì)比第一種差一些。事實(shí)上，為了保護(hù)助燃風(fēng)機(jī)避免過(guò)熱，很多公司摻一部分冷風(fēng)，結(jié)果導(dǎo)致余熱利用效果的降低。目前國(guó)內(nèi)利用余熱加熱助燃風(fēng)的廠家還是很少，但是此項(xiàng)技術(shù)可以取得5%～10%的燃耗降低的節(jié)能效果。在使用中有一個(gè)問(wèn)題，就是根據(jù)理想氣態(tài)方程“PV/T≈常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，T=攝氏溫度+273(K)”,假設(shè)壓力不變的情況下，助燃風(fēng)溫度從27 ℃升溫到300 ℃時(shí)，體積膨脹為原來(lái)的1.91倍，這會(huì)導(dǎo)致同樣體積的空氣氧氣含量的減少，所以風(fēng)機(jī)的選型必須考慮熱風(fēng)助燃的加壓和熱風(fēng)特性。若不考慮該因素，使用中就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。據(jù)最新報(bào)告顯示，國(guó)外已有廠家開(kāi)始嘗試使用500～600 ℃的助燃風(fēng)，這會(huì)更加節(jié)能。燃?xì)庖彩强梢岳糜酂徇M(jìn)行加熱的，有的廠家已經(jīng)開(kāi)始這方面的嘗試。燃?xì)夂椭硷L(fēng)帶入的熱量越多，意味著節(jié)省更多的燃料。

8 合理的助燃風(fēng)配制

煅燒溫度在1 080 ℃前的助燃風(fēng)要求完全過(guò)氧燃燒，窯爐氧化段需要給窯內(nèi)打入更多的氧氣，以加速坯體化學(xué)反應(yīng)速度從而實(shí)現(xiàn)快燒。該區(qū)段如果換成還原氣氛，某些化學(xué)反應(yīng)的溫度就要提高70 ℃才能開(kāi)始反應(yīng)。而最高溫段如果空氣過(guò)多，就會(huì)使坯體發(fā)生過(guò)度的氧化反應(yīng)，使FeO氧化成Fe2O3、Fe3O4，這會(huì)使坯體呈現(xiàn)發(fā)紅或發(fā)黑而不白。如果最高溫段是弱氧化氣氛或剛好中性氣氛，坯體里的鐵質(zhì)就會(huì)完全以FeO形式出現(xiàn)，使坯體更呈顯青白，坯體也會(huì)更白。高溫帶不需要過(guò)量的氧氣，也就要求高溫帶必須控制好過(guò)量的空氣。室溫的空氣，不參加燃燒化學(xué)反應(yīng)作為過(guò)量的助燃風(fēng)打入窯內(nèi)而達(dá)到1 100～1 240 ℃，無(wú)疑需要消耗巨大的能量，而且也會(huì)帶來(lái)高溫區(qū)更大的窯爐正壓，導(dǎo)致熱量過(guò)多散失。所以減少過(guò)量空氣打入高溫帶，不僅會(huì)節(jié)約很多燃料，也使磚坯呈色更白。所以氧化段和高溫帶的助燃風(fēng)最好分段獨(dú)立供應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥保證兩段不同的使用壓力。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，助燃風(fēng)配風(fēng)各區(qū)段經(jīng)縝密合理地精細(xì)調(diào)配供給，最多導(dǎo)致15%燃料能耗的降低，還不算因降低了助燃?jí)毫?、風(fēng)量而導(dǎo)致的助燃風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)電流減少而取得的電費(fèi)節(jié)約費(fèi)用，效益十分可觀。

9 節(jié)能紅外輻射涂料

將節(jié)能紅外輻射涂料涂在高溫帶窯內(nèi)耐火保溫磚的表面，能有效封閉輕質(zhì)耐火保溫磚的開(kāi)口氣孔，能使高溫帶的紅外熱輻射強(qiáng)度明顯提高，強(qiáng)化加熱效率，使用后能使燒成最高溫度下降20～40 ℃，有效降低能耗5.0%～12.5%。在兩條輥道窯的使用中證明，HBC涂料經(jīng)使用有效節(jié)能達(dá)到10.55%。涂料在不同的窯爐上使用會(huì)明顯降低最高燒成溫度20～50 ℃，輥道窯能達(dá)到降溫20～30 ℃，隧道窯能達(dá)到降溫30～50 ℃，排煙溫度會(huì)降低20～30 ℃，因此需要部分調(diào)整燒成曲線，適當(dāng)降低最高燒成溫度，適當(dāng)增加高火保溫區(qū)的長(zhǎng)度。高溫黑體高效率紅外輻射涂料是在全球節(jié)能做得好的國(guó)家推廣很普及的技術(shù)。

選擇涂料：①涂料在高溫時(shí)的輻射系數(shù)是否達(dá)到0.90以上或者0.95以上；②要注意膨脹系數(shù)和耐火材料的匹配；③長(zhǎng)久適應(yīng)陶瓷燒制的氣氛而不減弱輻射性能；④和耐火保溫材料粘接良好，不出現(xiàn)裂紋和剝離脫落；⑤抗熱震性能要達(dá)到莫來(lái)石的標(biāo)準(zhǔn)，1 100 ℃加熱保溫，直接投放到冷水里多少次不開(kāi)裂。高溫黑體高效率紅外輻射涂料在全球工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了認(rèn)可，是一項(xiàng)成熟、有效地節(jié)能技術(shù)，是值得大家關(guān)注、使用、推廣的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。

10 富氧燃燒

通過(guò)分子膜將空氣中的部分或全部氮?dú)夥蛛x出去，得到比空氣更高含氧濃度的富氧空氣或純氧氣，來(lái)作為助燃風(fēng)給燒嘴供應(yīng)。由于氧氣濃度提高，燒嘴反應(yīng)更迅速，溫度更高，能節(jié)省燃料20%～30%以上，由于助燃風(fēng)的氮?dú)鉀](méi)有或減少了，煙氣量也減少了，排煙風(fēng)機(jī)電流也少了，環(huán)保需要除去的氮氧化物也更少或沒(méi)有了。這也使氮氧化物的排放得到最大程度的有效控制，從而降低了環(huán)保設(shè)施除去氮氧化物的昂貴成本。這項(xiàng)技術(shù)也可以用到噴霧干燥塔上。排煙溫度會(huì)降低20～30 ℃以上，因此需要部分調(diào)整燒成曲線，適當(dāng)降低最高燒成溫度，適當(dāng)增加高火保溫區(qū)的長(zhǎng)度。

11 窯爐和壓力氣氛控制

窯爐在高溫帶如果產(chǎn)生過(guò)大的正壓，這會(huì)使產(chǎn)品帶有還原氣氛進(jìn)而會(huì)影響表面釉層的鏡面效果，更易出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，也會(huì)迅速增加窯爐熱量的散失損耗，導(dǎo)致消耗更多的燃料，燃?xì)夤?yīng)要給更高的壓力，加壓風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)都要消耗更多的電力。合適的做法是高溫帶保持最多0～15 Pa的正壓就足夠了。絕大多數(shù)的建筑陶瓷產(chǎn)品都是在氧化氣氛或微氧化氣氛下燒成，但有些陶瓷產(chǎn)品燒成需要還原氣氛，如滑石瓷就需要強(qiáng)還原氣氛燒成。還原氣氛意味著消耗更多的燃料，煙氣要帶有CO成分。