劉向東
摘 要:對于建筑陶瓷廠來說,輥道窯是最大的耗能設備,因此,怎樣進行輥道窯節(jié)能是所有建筑陶瓷企業(yè)最渴求的,本文從生產實踐中探討輥道窯的節(jié)能技術,供同行業(yè)參考。
關健詞:輥道窯;節(jié)能;窯爐結構優(yōu)化;余熱利用
1 引言
國務院發(fā)布的“十三五”節(jié)能綜合工作方案中提到:到2020年,全國萬元國內生產總值能耗比2015年下降15%,《廣東省節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃》中明確指出,廣東2020年單位GDP能耗比2015年下降17%的目標。各市、區(qū)政府對陶瓷企業(yè)更是制訂了企業(yè)節(jié)能任務,可見,企業(yè)的節(jié)能工作從過去的可做可不做上升到必須做,必須認真去做的新高度。對于陶瓷行業(yè)來說,輥道窯的能耗占總能耗的60 ~ 70%,因此,怎樣做好輥道窯的節(jié)能,是企業(yè)一直在努力思考的問題,筆者根據在陶瓷企業(yè)工作的經驗,探討節(jié)能工作,供同行參考。
2 輥道窯爐的節(jié)能技術探討
2.1窯爐結構的改進
2.1.1窯爐加長加寬
對于新建窯爐來說,一般不再建傳統(tǒng)的窄窯、短窯,而是建內寬在3.1 m以上的寬體窯,長度一般超300 m的長窯,從各企業(yè)的實際使用效果來說,這些窯爐的節(jié)能率一般可達20%以上。由于一般的老廠,受場地限制,實施難度較大,本文對此不做過多討論。
2.1.2窯爐結構優(yōu)化
對于陶瓷企業(yè)老廠來說,怎樣在原來的廠房內,對輥道窯爐進行一系列的技改,達到節(jié)能的目標,是企業(yè)最渴望的。筆者在實踐中摸索出以下幾點供參考。
(1)窯體結構優(yōu)化
在總窯長不能加長的情況下,可以優(yōu)化窯爐的三帶,即預熱帶、燒成帶、冷卻帶的比例。這三帶從設計上來說存在一定的分配比例,但不同的陶瓷企業(yè),不同的產品配方,三帶比例會有一定變化,不能太固化。對于老企業(yè)來說,窯爐的三帶是否合適就是看產品的實際燒成效果,比如:如果產品難氧化,只要拉大產量就會出現(xiàn)氧化不好,黑心等缺陷,說明預熱帶偏短。燒成時,如果燒制溫度非常高,產品容易后期變形,說明燒成區(qū)可能太短。如果產品出窯溫度高,易風裂等,可能就是冷卻帶太短造成。重新調整三帶比例后,窯爐總長度沒有變,但產量往往可以提升,提升產量后,單位產品耗能就會下降。
調整好三帶比例后,要評估原來窯爐空間是否合適,比如:有些窯爐原來設計時是生產600 mm × 1200 mm產品的,豎進三件,內寬為2.5 m,但后來實際生產時,只生產800 mm × 800 mm及600 mm × 600 mm產品規(guī)格,窯內浪費的空間大,完全可以考慮將內寬縮小至2.3 m左右,燃耗會有較大下降。以下是一條生產拋光磚的輥道窯改造前后能耗對比,見表1。
從以上對比可以看出,把窯內寬改小后,節(jié)能率為:(2.83-2.57) ÷ 2.83 × 100%=9.19%,可見節(jié)能率是非常理想的(注:以上對比是在產品產量、生產規(guī)格、燒成溫度等工況均一致下測試的,可靠性較高)。但我們在追求節(jié)能的同時也要考慮窯爐的橫向溫差,一般窯內空間越小,橫向溫差會變大,如果燒成的產品對溫差要求較高,就不要把窯內寬改得太小。
另外,窯體保溫對節(jié)能也有較大影響,可以選用質量輕、導熱系數(shù)小的新型節(jié)能保溫材料,砌筑上取消傳統(tǒng)的燒嘴磚,直接用標磚鉆孔加碳化硅套筒的組合形式,可以達到減少窯爐散熱的效果。窯內高溫區(qū)內壁可以噴涂高溫輻射涂料,也有一定的節(jié)能效果。窯爐外表面批一層保溫層,也有較好的節(jié)能效果。
(2)供風、抽風系統(tǒng)優(yōu)化
根據窯爐使用特點,如果要提產、節(jié)能就要想辦法評估原供風、抽風系統(tǒng)管道是否合理,風機選型是否合造。一般對于老窯來說,往往原有的管路布局太疏、管徑太小,抽風口太少等制約了產能的提升。這個時候可以適當加大供風管及抽風管。窯頭段的抽煙口可適當加多幾組,有利于更加靈活調節(jié)抽力。對于抽煙風機、抽熱風機、冷卻風機來說,可以考慮加大風機,選用流量大壓力略低的風機并配用變頻控制,不僅可以節(jié)電,也可以提升產能。另外冷卻帶效果不好也會制約產量的提升,可以在尾冷段加多幾組供風口及抽風口,窯尾加些軸流風機進行強制冷卻,對降低磚坯出窯溫度效果較好。
(3)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化
窯爐節(jié)能的另一最重要的一塊是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化,對于老式窯爐來說,更換原有的普通噴槍為節(jié)能噴槍,視情況將有5 ~ 10%的節(jié)能效果。對于使用柴油、水煤氣的陶瓷企業(yè)來說,可能覺得這些燃料質量較差,容易產生不完全燃燒從而造成燃料的浪費,具備節(jié)能潛能。但對于使用天然氣的企業(yè),可能會有一種誤解:天然氣是一種非常干凈的燃料,燃燒效率幾乎100%,還怎么節(jié)能。筆者做過測試,在同一條天然氣輥道窯上,前后使用兩種不同熱值的天然氣進行測試,第一種天然氣高位熱值為:37.02 MJ/m3,窯爐的天然氣單耗為:1.87 m3/m2,在產品不變及燒成溫度、周期等工況不變的前提下轉用第二種天然氣,這種天然氣的高位熱值為:39.01 MJ/m3,窯爐的天然氣單耗為:1.69 m3/m2,經過對比,天然氣熱值增加了5.4%,但窯爐單耗卻增加了9.6%,如果天然氣完全充分燃燒,窯爐單耗應該增加在5.4%左右,事實上確變成了9.6%,很明顯,天然氣在窯爐使用中還存在不完全燃燒情況。此次實驗數(shù)據見表2。
從表2可以看出,即使輥道窯使用最清潔的天然氣,仍然有較大節(jié)能空間。目前市場上有多品牌多種節(jié)能噴槍,到底哪種節(jié)能噴槍好,個人認為,我們在選用節(jié)能噴槍時要關注幾點:第一、要看節(jié)能噴槍的原理,是增加了燃料與空氣的接觸面積,還是通過巧妙地設計,產生旋轉氣流,強化空氣與燃料的混合,還是增加了槍嘴數(shù)量,分散燃燒等等,原理上行得通,是節(jié)能的前提。第二、現(xiàn)場試用,可以拿一支噴槍裝在窯上,評估火焰的顏色,是否為清亮的淡藍色,火焰是否穩(wěn)定。如果整條窯爐已經計劃改成節(jié)能噴槍,可以在改造前后做好窯爐內各區(qū)氣體及排煙處煙氣的成分檢測,通過檢測溫度、氧含量、一氧化碳含量以及產品燃耗等數(shù)據評估節(jié)能效果。第三、做好節(jié)能噴槍的預判工作。窯爐由普通噴槍改成節(jié)能噴槍后,窯內的氣氛一般有較大變化,由于節(jié)能噴槍的氧氣一般相對會少,窯內的煙氣量會減少,窯內的溫差,窯頭溫度將有較大變化,余熱量也導致減少,這些變化一定要提前預判好,避免盲目改造后對產品燒成產生較大影響。
(4)窯爐余熱利用
最早的輥道窯,窯頭高溫煙氣、窯后段抽熱風全部白白排入大氣,造成熱量的極大浪費。為了充分利用余熱,目前的做法有:1)煙氣、熱氣全部送往干燥器進行磚坯干燥。這是每一個企業(yè)會最先想到的節(jié)能技術,但注意的是,由于煙氣中含有較多的水份,導致干燥器容易產生落臟缺陷,所有一般只用到一部份煙氣,還有一部份煙氣排入大氣中,還是有熱源的浪費。多余的煙氣、熱氣也可以用于制冷、制冰,組建制冷通風系統(tǒng)供改善車間環(huán)境也有一定效果。2)有些企業(yè)將窯爐多余的熱風通過保溫性能良好的管道送至噴霧塔進行干燥。這項改造費用較大,對于余熱較多的企業(yè)可以嘗試,如果余熱不多,經濟性不佳。3)在窯爐冷卻帶加裝換熱管,通過熱交換產生熱水供員工用。此系統(tǒng)投資不大,但還是有一定的節(jié)能,要注意的是一般要加裝電輔助系統(tǒng),確保熱水溫度的穩(wěn)定。4)窯爐助燃風進行加熱。通過在冷卻帶加裝換熱管把空氣加熱后送往助燃風機,也有較好的節(jié)能效果。但要注意的是此項改造一般要加大助燃風管,風機也要更換成大流量耐高溫的風機。
2.2配方、工藝改進
通過配方改進,降低燒成溫度或縮短燒成周期也是一項較好的節(jié)能措施。企業(yè)通過配方攻關,提高鉀含量,可以使燒成溫度變寬,有利于快燒。另外,鋁含量、鈉含量對燒成溫度影響較大,適當提高鈉含量,降低鋁含量有利于快燒,但同時也要考慮骨架的軟硬,需通過試制找到最佳比例。另一方面,干燥器及輥道窯預熱帶排水速度的快慢對燒成周期有較大影響,在原材料的選擇上,可以適當提高砂類用量,降低泥類用量,也有利于快燒。
3 結語
窯爐是陶瓷企業(yè)的高耗能設備,尤其是隨著環(huán)保工作的要求越來越高,不少陶瓷企業(yè)開始改燒天然氣,導致企業(yè)的生產成本會大幅上升,為了降低成本,在窯爐上進行攻關降低能源,會取得較好的經濟效益。此文提到的一些思路主要針對老廠改造參考,只要企業(yè)的節(jié)能工作人員能夠從企業(yè)實際情況出發(fā),認真細致地去大膽嘗試、創(chuàng)新,一定可以取得意想不到的節(jié)能成績。
參考文獻
[1] 曾令可, 陳凱, 鄒正紅,等. 陶瓷輥道窯節(jié)能空間分析[J]. 山東陶瓷, 2015, 38(5):3-8.
[2] 曾令可,劉 濤, 李 萍,等. 陶瓷窯爐的節(jié)能技術[J].中國陶瓷工業(yè). 2008 ,15(6):3.