陶瓷窑炉的节能技术
时间：2021-01-07 00:06:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 随着“十一五”节能专项规划的出台，国家对高能耗高排放产业的改革势在必行。陶瓷产业正是高能耗、高污染的行业，必然是改革的重点领域，节能减排也必将是陶瓷产业的大势所趋。本文详细综述了当前陶瓷窑炉一些先进的节能技术，并对未来节能的发展方向提出了一些展望。
关键词 陶瓷窑炉，能耗，节能技术
1前 言
众所周知，国家“十一五”计划中明确提出了“十一五”节能专项规划，要求调整产业结构、能源结构，遏制高能耗高污染行业过快增长，大力推进节能工作，而陶瓷产业正是高能耗、高污染的行业，尤其是对资源的消耗和环境的污染都非常严重，属于政府和大众“紧盯”的行业之一。在佛山，建筑陶瓷行业的节能、排放和环保问题显得尤为严重，在2007年，在佛山216家能源审计不合格企业的黑名单中，陶瓷企业赫然占了84家，陶瓷企业的变革必然首当其冲。为此，国家出台了一系列的强制性节能措施，如开征燃油税、环境税，建立政府节能减排工作问责制和一票否决制等机制，以此强制性督促陶瓷产业进行节能改革。
中国陶瓷工业的能源利用率与国外相比，差距较大。发达国家的能源利用率一般高达50%以上，美国达57%，而我国仅为28%～30%。在陶瓷工业的一般工艺流程中，能耗主要体现在原料的加工、成形、干燥与烧成这四部分。其中干燥和烧成工序，两者的能耗约占80%。在建筑卫生陶瓷方面，国内外能耗存在着一定的差距，如表1所示。
以日用陶瓷在国内烧成能耗的状况为例，燃煤隧道窑为41816～54361kJ／kg瓷，折合1.42～1.85kg标准煤/kg瓷；燃油隧道窑为33453～45998kJ／kg瓷，折合1.14～1.57kg标准煤/kg瓷；燃气隧道窑为29271～39725kJ／kg瓷，折合1.00～1.35kg标准煤/kg瓷。而国外窑炉以气体燃料为主，烧成能耗为12545～25090kJ／kg瓷，折合0.43～0.86kg标准煤/kg瓷，烧成能耗只有我国的一半左右[1]。
国家标准《建筑卫生陶瓷产品单位能源消耗限额》也已出台，如表2所示。
2陶瓷窑炉的节能技术
在2008年，对广东陶瓷生产企业进行能源核查时发现，通过对陶瓷窑炉进行改造和新技术的应用，可以大大地减少能耗且潜力非常大，能满足国家“十一五”计划所要求“到‘十一五’结束达到节能20%”的目标。下面是在能源审查中看到的对窑炉进行改造比较成功的三家工厂的案例：
甲厂把窑炉余热(170℃)送到干燥窑及助燃风，可节能4900tce/年，通过在煤气发生炉系统中增加循环风机、中转汽缸及管道等设施，可以降低排烟温度，提高余热利用率并节煤1404tce。该厂在2006、2007年的单位综合能耗分别为0.346、0.321tce/t，预计到2010年单位综合能耗可降为0.285tce/t，节能量达30000tce。该厂的能源费用占总成本的41.9%，而窑炉节能占总节能量的8３.2%。可见，窑炉改造能大大降低生产成本且节能潜力巨大。
乙厂将窑炉余热引入喷雾干燥塔用于干燥粉料，可节能20400tce/年，并且改造了5条2.4m×238m窑炉，可节能14400tce/年。该厂2006、2007年的单位产品能耗分别为753.67和541kgce/t，2年共节能42351tce。其中，通过窑炉改造可节能34800tce/年，占总节能量的82.2%，可见，窑炉的节能潜力巨大。
丙厂进行发生炉煤气顶部改造工程，改造了7台炉，可多产煤气量：100800m3/(2850m3/t) =35tce，则每月能多节煤1050tce，运行5个月内共节能3750tce。并加长窑炉，由158.6m改为199.95m，烧800mm×800mm的砖产量可从3800m2/日提高到4200m2/日，折合节能1114.17tce。该厂2006、2007年的单位产品能耗分别为0.476和0.458tce/t，2年共节能42351tce。预计2010年可达到0.4304tce/t,到十一五末可节能12249tce。能源费用占总成本的34%，通过窑炉改造节能占总节能的92.4%，可见通过窑炉改造，节能潜力十分显著。
窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗能最大的设备，但是窑炉能耗的水平，主要取决于窑炉的结构与烧成技术。窑炉技术革新围绕着以下几个关键性问题进行：①窑炉结构的优化；②烧成技术的创新；③合理选用烧嘴；④余热回收利用；⑤大范围采用自动控制技术；⑥研究开发更先进的保温材料和涂层技术[2]。
2.1 优化窑炉结构
随着窑内高的增加，单位制品热耗和窑墙散热量也在增加。如当辊道窑窑内高由0.2m升高至1.2m时，热耗增加4.43%，窑墙散热升高33.2%，故从节能的角度看，窑内高度越低越好；随着窑内宽度增大，单位制品热耗和窑墙散热均减少。如当辊道窑窑内宽从1.2m增大到2.4m，单位制品热耗减少2.9%，窑墙散热降低25%。如把辊道窑的内宽由2.5米扩大到3.0米，产量则可以从10000m2增加到15000m2，窑体散热面积由1206m2增加到1422m2，每生产1m2砖，窑墙散热面积由0.1206m2减少到0.0948m2；如果窑墙外表面温度与环境的温度差不变，则窑体外壁的散热损失可减少27.2％，故在一定范围内，窑越宽越好；窑越宽，节能率越高，故只要能很好地解决断面温差的问题，宽体窑是未来发展的方向；当窑内宽和窑内高一定的情况下，随着窑长的增加，单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少。如当辊道窑的窑长由50m增加到100m时，单位制品热耗降低1%，窑头烟气带走热量减少13.9%。因此，应重点研究和优化窑炉结构，减少制品带走的热量，减少能耗，并逐步缩小窑内各断面的温差，使烧成制品缺陷降低，加快烧成周期，并节约能耗[3]。
2.2采用先进的烧成技术
2.2.1 采用低温快烧技术
在陶瓷生产中，烧成温度越高，能耗就越高。据热平衡计算，若烧成温度降低100℃，则单位产品热耗可降低10%以上，且烧成时间缩短10%，产量增加10%，热耗降低4%。因此，在陶瓷行业中，应用低温快烧技术，不但可以增加产量，节约能耗，而且还可以降低成本。如佛山某企业和华南理工大学合作，采用超低温配方烧成，将现有的建筑陶瓷产品的烧成温度降低约200℃，达到1000℃以下，单位制品的燃耗降低25%，每公斤瓷能耗为3～5MJ，仅为普通烧成技术的75%左右，大大降低了生产成本。
2.2.2 采用一次烧成技术
采用一次烧成技术一次烧成比一次半烧成(900℃左右低温素烧，再高温釉烧)和两次烧成更节能，综合效应更佳，同时可以解决制品的后期龟裂，延长制品的使用寿命[1]。
2.3 合理选用喷嘴
过去在喷嘴使用时，温度控制容易出现偏差。由于高温火焰流因浮力而上升，形成窑道内温度上高下低，使热电偶检测到的温度数据偏高，故造成热电偶仪表上显示的温度与窑内烧成品实际温度出现很大的偏差。采用新型高速喷嘴或脉冲烧成技术，可以使窑内温度变得均匀，减少窑内的上下温差，不但能缩短烧成周期，降低能耗，而且可以提高制品的烧成效果。特别对于宽断面的窑炉，宜采用脉冲比例烧嘴或高速烧嘴；对于烧水煤气的辊道窑，采用预混式烧嘴，不但可以减少窑断面上的温差，而且可以节约能源近15%～20%[2]。
