林金宏

摘 要：珠江三角洲是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，由于歷史原因建成了數(shù)百家陶瓷企業(yè)，這些陶瓷企業(yè)既是耗能大戶也是污染大戶，所使用的多為煤、重油、工業(yè)柴油等含硫較高的燃料，燃燒產(chǎn)物是一個(gè)重要污染源。隨著全民對(duì)環(huán)保的重視、環(huán)保政策日趨完善，改用天然氣等清潔燃料是大勢所趨、可持續(xù)發(fā)展之道，而價(jià)格偏高的燃料費(fèi)用增加了生產(chǎn)成本，所以企業(yè)必須將提高能源利用效率，節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)工作放在首位，如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上有效利用新技術(shù)、新設(shè)施實(shí)現(xiàn)低成本高收益的環(huán)保節(jié)能技術(shù)，一直是陶企技術(shù)人員關(guān)心、關(guān)注的事。

關(guān)健詞：陶瓷窯爐；節(jié)能；新技術(shù)；應(yīng)用

1 背景

國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益凸顯，節(jié)能環(huán)保越來越被重視。在熱議之余，作為與陶瓷生產(chǎn)息息相關(guān)的上游設(shè)備——窯爐也逐漸加快了節(jié)能環(huán)保減排的步伐。隨著佛山市2017年陶瓷行業(yè)大氣污染深化整治方案的公布，當(dāng)?shù)卣髤^(qū)內(nèi)所有以燃料油和煤作為燃料的陶瓷窯爐煙氣要進(jìn)行脫硫處理，或者必須嚴(yán)格將燃油的含硫量控制在0.4%以內(nèi)，而市場上實(shí)際可購買到的燃油其含硫量基本都在0.8%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)。如果加裝環(huán)保設(shè)施，投資較大，運(yùn)行費(fèi)是一筆大開支。

基于上述因素，企業(yè)如何利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施在更換燃料的同時(shí)如何進(jìn)行一系列的節(jié)能改造工作，將窯爐的余熱回收利用進(jìn)行研發(fā)是陶企和窯爐公司持續(xù)改進(jìn)提升的一項(xiàng)研究課題。

2 解決的思路和方法

（1）將燒成窯的高溫?zé)煔?、熱風(fēng)引入到干燥窯，減少燃料消耗。

即通過大型風(fēng)管和抽風(fēng)系統(tǒng)，將燒成窯（輥道窯）排出的高溫?zé)煔?、熱風(fēng)送入干燥窯進(jìn)行陶瓷生坯干燥，實(shí)現(xiàn)余熱循環(huán)再利用，減少甚至最終取消了干燥窯的燃耗。同時(shí)進(jìn)行窯爐加寬改造和把單層干燥窯改成雙層干燥窯，改造窯爐的保溫結(jié)構(gòu)，在窯爐爐膛噴涂熱輻射材料，提高熱效率。

（2）更換清潔燃料提高燃燒效率，降低能耗。

更換和改造原有柴油輥道窯爐的整個(gè)柴油供應(yīng)與燃燒系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)和配置一套天然氣減壓輸送和溫度自動(dòng)控制燃燒系統(tǒng)；把燃料更換成清潔高效的天然氣。

（3）采用預(yù)混式燃燒器，控制最佳空燃比，減少排煙熱損失。

將現(xiàn)有燒嘴更換成預(yù)混式燃燒器，以配合天然氣的使用性能，并利用預(yù)混式燃燒器的燃料、空氣預(yù)先混合后再噴入窯中燃燒的原理，降低空氣過剩系數(shù)，提高燃燒效率，減少過多空氣造成的排煙熱損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3 工藝流程和主要裝置

3.1窯爐煙氣余熱利用的工藝流程和主要裝置

通過大型風(fēng)管和抽風(fēng)系統(tǒng)，從燒成窯（輥道窯）的冷卻帶抽取熱風(fēng)送入干燥窯的后段，從預(yù)熱帶抽取煙氣送入干燥窯前段，利用燒成窯的高溫?zé)煔?、熱風(fēng)進(jìn)行陶瓷生坯干燥，實(shí)現(xiàn)余熱循環(huán)再利用，減少干燥窯的能耗。項(xiàng)目實(shí)施前，干燥窯和燒成窯各自有燃燒系統(tǒng)，燒成窯少量熱風(fēng)送至干燥窯，但供熱量不足以滿足干燥窯所需熱能，仍需要干燥窯熱風(fēng)爐燃燒供熱。見圖1。

實(shí)施后，干燥窯取消了燃燒系統(tǒng)和配套熱風(fēng)機(jī)，燒成窯熱風(fēng)送至干燥窯后段，煙氣送至干燥窯前段，廢氣分別從窯兩端抽入煙囪排出大氣。見圖2。

3.2窯爐燃料更換的工藝流程和主要生產(chǎn)裝置

更換和改造原有的柴油輥道窯的整個(gè)柴油供應(yīng)與燃燒系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)和配置一套天然氣減壓輸送和溫度自動(dòng)控制燃燒系統(tǒng)，窯爐上的240支燃油燒嘴全部改造更換，以適合天然氣的使用要求。更換燃料后停用75 kW霧化風(fēng)機(jī)和油泵，減少風(fēng)機(jī)用電，并且不需設(shè)置脫硫設(shè)備，節(jié)約大量電能和運(yùn)行費(fèi)用。

實(shí)施前燃料流程從總油罐泵入各車間中轉(zhuǎn)油罐，分二路輸往燒成窯和干燥窯。具體如下圖3。

項(xiàng)目實(shí)施后，生產(chǎn)工藝流程沒有發(fā)生改變，燃料由柴油改為管道天然氣，停用燃油霧化風(fēng)機(jī)和油泵，同時(shí)由于燃燒效率提高、煙氣量減少，也適當(dāng)減少了排煙風(fēng)機(jī)的電耗。

3.3快冷區(qū)余熱回收利用

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(fèi)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(jìn)行增氧助燃。

現(xiàn)今有部分企業(yè)在快冷區(qū)內(nèi)的風(fēng)機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)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。

3.4窯爐預(yù)混式燃燒系統(tǒng)項(xiàng)目的工藝流程和主要裝置

窯爐傳統(tǒng)上使用的是冷燃?xì)鈹U(kuò)散式燃燒器，存在著燃燒速度緩慢，不易點(diǎn)燃、易熄火，火焰射流噴射速度不夠大，射程不夠遠(yuǎn)，易脫火、離焰的缺陷。這些缺陷容易造成橫向溫差，造成色差、陰陽色等質(zhì)量問題。為了解決這些質(zhì)量問題，需加大助燃風(fēng)流量，以提高火焰射流速度。但是加大助燃風(fēng)量提高了窯爐正壓，造成窯爐散熱加大，同時(shí)排煙帶走的煙氣熱量加大，造成耗氣量、耗電量加大。而且窯爐正壓大，容易造成爐體損壞。

為此，對(duì)窯爐采用新的預(yù)混式二次燃燒系統(tǒng)，采用部分空氣與燃?xì)獾姆至髋c旋流的動(dòng)力原理噴入預(yù)混腔體混合后，再通過火焰噴頭的內(nèi)端碰撞后，從火焰噴頭的若干個(gè)旋流孔噴出燃燒，再與二次助燃旋流分流孔的空氣助燃燃燒。它可通過一次助燃空氣、二次助燃空氣的開關(guān)閥調(diào)整一次與二次的空氣比例滿足陶瓷窯爐的不同工藝要求。

預(yù)混式二次燃燒系統(tǒng)是由預(yù)混合裝置、送氣管道、擴(kuò)散燃燒裝置三大部件組成。其主要機(jī)理是將空氣與燃?xì)馔ㄟ^兩條不同的輸氣管道采用分流旋流輸入預(yù)混合裝置的混合管腔體，在混合管腔體內(nèi)造成可燃?xì)怏w分子與助燃?xì)怏w分子強(qiáng)制碰撞混合，再通過送氣管道輸送到燃燒裝置，撞擊混合管腔體出口噴頭內(nèi)端后，從噴頭分流旋流口中噴出，此時(shí)的可燃?xì)怏w已含有一定比例的空氣，燃燒產(chǎn)生紫紅色的短火焰，短火焰在爐膛中形成爐氣，天然氣再與二次空氣分流旋流碰撞燃燒，同時(shí)二次助燃空氣可利用墻磚內(nèi)的熱能提高助燃空氣溫度（預(yù)熱助燃風(fēng)）及降低燃燒器噴火頭溫度，可有效防止回火、脫火和燒損燃燒器；受二次空氣噴射的推力，提高了爐氣的噴射速度，并形成旋流，使煙氣在爐膛中螺旋式推進(jìn)，延長了煙氣在爐膛中停留的時(shí)間，從而降低了排煙溫度和減少煙氣量，達(dá)到降低排煙熱損失的目的，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

其原理圖及技改前后的主要生產(chǎn)裝置如圖4所示。

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，陶瓷企業(yè)在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上更換天然氣作為燃料、將燒成窯的煙氣引入到干燥窯、快冷區(qū)余熱回收利用、采用預(yù)混式燃燒器等技術(shù)對(duì)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(duì)地球環(huán)境做出了一份貢獻(xiàn)。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(shí)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(jì)和窯爐技術(shù)革新，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)揮舉足輕重的作用。陶瓷窯爐節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用，將有力地推動(dòng)陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)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(qiáng)有力的科技支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 范新暉. 陶瓷輥道窯余熱綜合利用技術(shù)[J]. 陶瓷， 2014（9）：28-30.