問：陶瓷窯爐的節(jié)能措施有哪些？

答:近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消費量迅速攀升，供應形勢日趨緊張，特別是石油、天然氣等不可再生資源需求和消費量上升的幅度超過了產(chǎn)量增長，致使能源供需矛盾進一步加劇，節(jié)能減排成為經(jīng)濟發(fā)展的重要問題。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)能減排的重點領域。能耗和燃耗這兩項成本加起來在陶瓷生產(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)的主要耗能設備之一。陶瓷行業(yè)在實現(xiàn)節(jié)能減排過程中，陶瓷窯爐的節(jié)能主要可以采取以下措施：

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問：陶瓷窯爐的節(jié)能措施有哪些？

答:近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消費量迅速攀升，供應形勢日趨緊張，特別是石油、天然氣等不可再生資源需求和消費量上升的幅度超過了產(chǎn)量增長，致使能源供需矛盾進一步加劇，節(jié)能減排成為經(jīng)濟發(fā)展的重要問題。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)能減排的重點領域。能耗和燃耗這兩項成本加起來在陶瓷生產(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)的主要耗能設備之一。陶瓷行業(yè)在實現(xiàn)節(jié)能減排過程中，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?，F(xiàn)在設計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有得到相應的改善，普遍情況是高溫帶底部鋪一層20mm棉毯外加5層保溫磚標磚來保溫。其實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?shù)牡撞勘貙拥暮穸?，用容重更低的保溫磚和增加保溫層的厚度來改善底部的保溫。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)，也給窯爐工程設計人員帶來了方便。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)過優(yōu)化采用更合理的結(jié)構(gòu)改良設計，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)磚的接觸面上設置有一定尺寸的凹槽用空氣進行隔熱。事實上，空氣的導熱系數(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。同時加強窯體封閉嚴密，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 余熱風管的優(yōu)點

國內(nèi)有的公司把余熱風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管的保溫效果，大大地減少了窯爐的散熱；同時也會增加保溫層的厚度，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產(chǎn)品帶走的熱量。窯爐出磚溫度越低，說明余熱系統(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自于窯爐的余熱。如果余熱的熱量越大，越有利于被利用。對余熱利用可以進行細分，高溫部分可以輸入噴霧干燥塔進行利用;中溫部分可以當助燃風加以利用;其余部分可以輸入干燥窯干燥磚坯。送熱風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280 ℃的余熱輸入干燥器要十分小心，過高的溫度會直接導致磚坯開裂。另外，有很多工廠在冷卻段設置有熱水箱，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熱水，余熱還可以用來發(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。由于高溫熱傳導主要以輻射為主，拱頂窯爐的中部空間大，容納的高溫煙氣也多，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，這樣就要相應降低助燃風的壓力來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壓力提高助燃風供風量的辦法來解決斷面溫差。這會使：①窯爐正壓過大，窯體散熱增加;②不利于氣氛控制;③助燃風和排煙風機的負荷都加大了，電耗增加;④過多的空氣進入窯內(nèi)，需要消耗額外的熱量，必然導致煤氣消耗或燃氣消耗直接增加，成本上升。

正確的方法是：①改用高燃燒速度高射速燒嘴;②換長燒嘴磚;③改變燒嘴磚的出口尺寸使之減少，增大噴射速度，這要適應于燒嘴的燃氣和空氣的混合速度、燃燒速度。對于高速燒嘴可以，但對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，使燃氣加強窯爐中部的加熱，燒嘴磚這樣布置可以間隔布置;⑤使用長短重結(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

有些公司改進了燒嘴，優(yōu)化了空燃比，通過調(diào)整合理的空燃比，使燒嘴在使用過程中，沒有輸入過多的助燃風，從而提高了燃燒效率，做到節(jié)能。有些公司開發(fā)高射速等溫燒嘴，以加強窯爐中部的熱量供應，來改善斷面溫差，做到節(jié)能。有些公司開發(fā)了助燃空氣與燃料多次混合從而提高燃燒速度和效率，使燃氣燃燒更干凈更完全，節(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，使之供應的助燃風和燃氣同步按比例調(diào)節(jié)，在PID調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)溫度的任何時間段，都保持合理的空燃比，使輸入的燃氣和助燃風都不會過量，從而節(jié)省了燃料和助燃風的消耗，并使燃料的利用率達到最佳。還有些公司開發(fā)了預混二次燃燒燒嘴、預混三次燒燒嘴等節(jié)能燒嘴。據(jù)資料顯示，使用預混二次燒燒嘴可以達到10%的節(jié)能效果。不斷改進創(chuàng)新更加先進的燃燒技術(shù)，采用更優(yōu)質(zhì)的燒嘴，控制合理的空燃比，永遠是最佳的節(jié)能途徑。

7 助燃風加熱

助燃風加熱在20世紀90年代初引進的漢索夫、薩克米窯爐中都有使用，利用助燃風從急冷帶窯內(nèi)上方的耐熱不銹鋼換熱器中穿過時得到加熱，最高溫度能達到250～350 ℃。目前國內(nèi)的窯爐余熱利用加熱助燃風有兩種方式：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；另外一種方式是利用緩冷帶冷風管加熱的空氣輸送給助燃風機作為助燃風。第一種方式利用余熱的風溫可以達到250～330 ℃，第二種方式利用余熱的風溫要低些，可以達到100～250 ℃，效果會比第一種差一些。事實上，為了保護助燃風機避免過熱，很多公司摻一部分冷風，結(jié)果導致余熱利用效果的降低。目前國內(nèi)利用余熱加熱助燃風的廠家還是很少，但是此項技術(shù)可以取得5%～10%的燃耗降低的節(jié)能效果。在使用中有一個問題，就是根據(jù)理想氣態(tài)方程“PV/T≈常數(shù)，T是絕對溫度，T=攝氏溫度+273(K)”,假設壓力不變的情況下，助燃風溫度從27 ℃升溫到300 ℃時，體積膨脹為原來的1.91倍，這會導致同樣體積的空氣氧氣含量的減少，所以風機的選型必須考慮熱風助燃的加壓和熱風特性。若不考慮該因素，使用中就會出現(xiàn)問題。據(jù)最新報告顯示，國外已有廠家開始嘗試使用500～600 ℃的助燃風，這會更加節(jié)能。燃氣也是可以利用余熱進行加熱的，有的廠家已經(jīng)開始這方面的嘗試。燃氣和助燃風帶入的熱量越多，意味著節(jié)省更多的燃料。

8 合理的助燃風配制

煅燒溫度在1 080 ℃前的助燃風要求完全過氧燃燒，窯爐氧化段需要給窯內(nèi)打入更多的氧氣，以加速坯體化學反應速度從而實現(xiàn)快燒。該區(qū)段如果換成還原氣氛，某些化學反應的溫度就要提高70 ℃才能開始反應。而最高溫段如果空氣過多，就會使坯體發(fā)生過度的氧化反應，使FeO氧化成Fe2O3、Fe3O4，這會使坯體呈現(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)就會完全以FeO形式出現(xiàn)，使坯體更呈顯青白，坯體也會更白。高溫帶不需要過量的氧氣，也就要求高溫帶必須控制好過量的空氣。室溫的空氣，不參加燃燒化學反應作為過量的助燃風打入窯內(nèi)而達到1 100～1 240 ℃，無疑需要消耗巨大的能量，而且也會帶來高溫區(qū)更大的窯爐正壓，導致熱量過多散失。所以減少過量空氣打入高溫帶，不僅會節(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最好分段獨立供應，通過調(diào)節(jié)閥保證兩段不同的使用壓力。據(jù)文獻報道，助燃風配風各區(qū)段經(jīng)縝密合理地精細調(diào)配供給，最多導致15%燃料能耗的降低，還不算因降低了助燃壓力、風量而導致的助燃風機和排煙風機電流減少而取得的電費節(jié)約費用，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)耐火保溫磚的開口氣孔，能使高溫帶的紅外熱輻射強度明顯提高，強化加熱效率，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)能達到10.55%。涂料在不同的窯爐上使用會明顯降低最高燒成溫度20～50 ℃，輥道窯能達到降溫20～30 ℃，隧道窯能達到降溫30～50 ℃，排煙溫度會降低20～30 ℃，因此需要部分調(diào)整燒成曲線，適當降低最高燒成溫度，適當增加高火保溫區(qū)的長度。高溫黑體高效率紅外輻射涂料是在全球節(jié)能做得好的國家推廣很普及的技術(shù)。

選擇涂料：①涂料在高溫時的輻射系數(shù)是否達到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長久適應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抗熱震性能要達到莫來石的標準，1 100 ℃加熱保溫，直接投放到冷水里多少次不開裂。高溫黑體高效率紅外輻射涂料在全球工業(yè)領域已經(jīng)得到了認可，是一項成熟、有效地節(jié)能技術(shù)，是值得大家關(guān)注、使用、推廣的一項節(jié)能技術(shù)。

10 富氧燃燒

通過分子膜將空氣中的部分或全部氮氣分離出去，得到比空氣更高含氧濃度的富氧空氣或純氧氣，來作為助燃風給燒嘴供應。由于氧氣濃度提高，燒嘴反應更迅速，溫度更高，能節(jié)省燃料20%～30%以上，由于助燃風的氮氣沒有或減少了，煙氣量也減少了，排煙風機電流也少了，環(huán)保需要除去的氮氧化物也更少或沒有了。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)保設施除去氮氧化物的昂貴成本。這項技術(shù)也可以用到噴霧干燥塔上。排煙溫度會降低20～30 ℃以上，因此需要部分調(diào)整燒成曲線，適當降低最高燒成溫度，適當增加高火保溫區(qū)的長度。

11 窯爐和壓力氣氛控制

窯爐在高溫帶如果產(chǎn)生過大的正壓，這會使產(chǎn)品帶有還原氣氛進而會影響表面釉層的鏡面效果，更易出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，也會迅速增加窯爐熱量的散失損耗，導致消耗更多的燃料，燃氣供應要給更高的壓力，加壓風機和排煙風機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。