一種余熱利用到燃燒爐裝置方案

林桓名

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種余熱利用到燃燒爐裝置方案，在現(xiàn)有節(jié)能改造基礎(chǔ)的技術(shù)方案上優(yōu)化現(xiàn)有過(guò)程中的不足，提高爐體中燃料燃燒效率，降低爐體中的能源消耗，降低成本。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;爐體燃燒效率;余熱利用

1 前 言

建筑陶瓷行業(yè)是我國(guó)一個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，由于“耗能高/排放高”而被列為“兩高”限制行業(yè)。窯爐燒成、坯體干燥和噴霧造粒三個(gè)環(huán)節(jié)是陶瓷生產(chǎn)消耗大量熱能的過(guò)程，生產(chǎn)過(guò)程中窯爐需使用天然氣等能源燃燒供熱，有一大部分的熱量可以被利用在坯體干燥、淋釉干燥中，而一部分量的則在生產(chǎn)中隨著煙氣一起排放被浪費(fèi)掉。隨著能源緊缺及燃料價(jià)格的上漲，各個(gè)陶瓷企業(yè)的燃料成本隨之上升，以燃煤來(lái)計(jì)算，僅燃料成本這一項(xiàng)約占整個(gè)生產(chǎn)成本的1/4～1/3，若以天然氣計(jì)算，則是燃煤成本的1.3-1.5倍。

窯爐由于是陶瓷高溫?zé)蛇^(guò)程的設(shè)備，燒成貫穿了預(yù)熱帶、燒成帶、急冷帶、緩冷帶、冷卻帶、強(qiáng)冷帶過(guò)程，窯內(nèi)溫度在各個(gè)區(qū)段間有不同要求。合理的調(diào)節(jié)、保障窯內(nèi)壓力窯爐各段溫度、壓力，在燒成燃耗得到最佳表現(xiàn)，各熱段區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量保證前提下，利用好熱交換區(qū)余熱：如急冷至緩冷后的余熱、強(qiáng)冷區(qū)余熱回收到燃爐中，提高燃料效率進(jìn)一步降低能耗。

2 余熱利用現(xiàn)狀

為了落實(shí)國(guó)家節(jié)能減碳政策，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，各個(gè)陶瓷企業(yè)根據(jù)自身企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能挖潛改造，主要應(yīng)用集中在將余熱用于預(yù)熱區(qū)干燥坯體方面、脫硫塔排煙以及余熱加熱熱水供生活使用等。這樣的模式存在以下缺陷：（1）余熱煙氣中含水含硫會(huì)對(duì)干燥過(guò)程有影響，對(duì)成品影響，造成設(shè)備腐蝕（2）尾冷熱氣因溫度低余熱利用得不到充分，若處理措施不到位排空后對(duì)空氣環(huán)境產(chǎn)生污染;（3）強(qiáng)抽風(fēng)轉(zhuǎn)換煙氣，熱損失嚴(yán)重。在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)有節(jié)能改造利用余熱的工藝過(guò)程中，還有相當(dāng)一部分余熱未能得到充分利用.如輥道窯窯尾快冷區(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(guò)程中，都需要熱風(fēng)進(jìn)行增氧助燃［1］。因此，余熱利用仍有挖潛的空間。

得益于在陶瓷產(chǎn)區(qū)藤縣基地工作的機(jī)會(huì)方便深入各企業(yè)車間了解陶瓷生產(chǎn)環(huán)節(jié)、工藝布局結(jié)構(gòu)及窯爐余熱利用的情況，能感受到政府層面對(duì)企業(yè)在技術(shù)改造上特別是余熱利用方面的殷切期望。因此，將窯爐中燃燒后產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收再利用，如何有效節(jié)約能耗減低成本提高經(jīng)濟(jì)效益值得研究。鑒于此，本文設(shè)計(jì)一種余熱利用到燃燒爐裝置方案，目的是為了吸取現(xiàn)有節(jié)能改造基礎(chǔ)的技術(shù)方案上，優(yōu)化現(xiàn)有過(guò)程中的不足，探索一種新的節(jié)能方案，從源頭上提高爐體中燃料燃燒效率，降低爐體中的能源消耗，降低成本。

3 基本結(jié)構(gòu)

3.1結(jié)構(gòu)形式

本方案裝置由：爐體、第一連接管、第二連接管、出風(fēng)管、第一環(huán)形進(jìn)風(fēng)管、第二環(huán)形進(jìn)風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、第一控制閥、空氣進(jìn)風(fēng)管、窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管、第二控制閥、第三控制閥、第四控制閥、第一加強(qiáng)、支撐柱、第二加強(qiáng)筋等組成。

以圖1、圖2、圖3、圖4分別為本裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明：

100-爐體；110-第一連接管；120-第二連接管；130-出風(fēng)管；140-第一環(huán)形進(jìn)風(fēng)管；150-第二環(huán)形進(jìn)風(fēng)管；200-風(fēng)機(jī)；300-第一控制閥；400-空氣進(jìn)風(fēng)管；500-窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管；600-第二控制閥；700-第三控制閥；800-第四控制閥；900-第一加強(qiáng)筋；1000-支撐柱；1100-第二加強(qiáng)筋。

在本方案實(shí)施例中所述的爐體指使用水煤漿為燃料的鍋爐，爐體的外壁設(shè)有第一環(huán)形進(jìn)風(fēng)管；第一環(huán)形進(jìn)風(fēng)管的出氣口與爐體連通，第一環(huán)形進(jìn)風(fēng)管的進(jìn)氣口與第一連接管連通。爐體的外壁設(shè)有第二環(huán)形進(jìn)風(fēng)管；第二環(huán)形進(jìn)風(fēng)管的出氣口與所述爐體連通，第二環(huán)形進(jìn)風(fēng)管的進(jìn)氣口與第二連接管連通。第一連接管和窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管上分別設(shè)有氣體流量傳感器。第一連接管的外壁和所述第二連接管的外壁分別套設(shè)有保溫層，第二連接管通過(guò)第一加強(qiáng)筋與所述爐體連接。爐體的周向設(shè)有至少三個(gè)支撐柱，任意兩相鄰的兩個(gè)所述支撐柱之間的間距相等；每一個(gè)支撐柱的軸線與爐體軸線平行且以空間平行狀態(tài)保持穩(wěn)定，沿所述爐體的外壁周圍設(shè)有第二加強(qiáng)筋，每一個(gè)所述支撐柱靠近所述爐體的一端分別與所述第二加強(qiáng)筋連接。所述爐體的底部設(shè)有連接桿，連接桿遠(yuǎn)離爐體的一端與所述第二連接管的外壁連接。

3.2構(gòu)造連接

在方案中設(shè)定窯爐的煙氣出口與換熱器的煙氣進(jìn)口連通，換熱器的空氣出口與第一連接管連通，同時(shí)該換熱器的空氣出口處安裝溫度傳感器；第二連接管的進(jìn)氣端設(shè)有第一控制閥，第二連接管的進(jìn)氣端分別與風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口、空氣進(jìn)風(fēng)管和窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管連通；空氣進(jìn)風(fēng)管上設(shè)有第二控制閥，窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管上設(shè)有第三控制閥，第一連接管上設(shè)有第四控制閥；當(dāng)換熱器的空氣出口的溫度不小于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，第一控制閥、第二控制閥和第四控制閥均為打開(kāi)狀態(tài)，第三控制閥為關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)換熱器的空氣出口的溫度小于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，第四控制閥為關(guān)閉狀態(tài)，第一控制閥、第二控制閥第三控制閥均為打開(kāi)狀態(tài)。預(yù)設(shè)溫度值的范圍根據(jù)窯爐各段的余溫而設(shè)定。

4 工作原理

不同溫度氣體的能量交換作用，需用到換熱器進(jìn)行熱交換，以使熱量從熱流體傳遞到冷流體，通過(guò)往燃料增加風(fēng)量、熱量及氧氣量參與燃燒以滿足規(guī)定的工藝要求。窯爐的煙氣出口與所述換熱器的煙氣進(jìn)口連通，以使得窯爐中燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)換熱器。

換熱器的空氣出口與所述第一連接管連通，以使得流經(jīng)換熱器的空氣將流經(jīng)換熱器的高溫?zé)煔庵械臒崃繉?dǎo)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫?zé)煔庵袩崃康脑倮靡越档湍茉聪摹Ｆ渲?，在換熱器的空氣出口處安裝溫度傳感器進(jìn)行對(duì)出口的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

第二連接管120的進(jìn)氣端設(shè)有第一控制閥300，以通過(guò)第一控制閥300調(diào)節(jié)第二連接管120與爐體100的連通或關(guān)閉。

同時(shí)，將所述第二連接管120的進(jìn)氣端分別與所述風(fēng)機(jī)200的出風(fēng)口、空氣進(jìn)風(fēng)管400和窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500連通。

具體的，當(dāng)爐體100中的風(fēng)量不足時(shí)，通過(guò)打開(kāi)第一控制閥300，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)200，并通過(guò)風(fēng)機(jī)200向爐體100中鼓風(fēng)，以提高爐體100中的風(fēng)量及氧氣的含量，從而提高爐體100中燃料的燃燒效率。其中，在所述空氣進(jìn)風(fēng)管400上設(shè)有第二控制閥600，以通過(guò)第二控制閥600控制空氣進(jìn)風(fēng)管400的開(kāi)啟或關(guān)閉。

當(dāng)?shù)诙刂崎y600打開(kāi)時(shí)，此時(shí)，外部的空氣可依次經(jīng)過(guò)空氣進(jìn)風(fēng)管400和第二連接管120進(jìn)入至爐體100中。另外，當(dāng)?shù)诙刂崎y600關(guān)閉時(shí)，此時(shí)，外部的空氣無(wú)法通過(guò)空氣進(jìn)風(fēng)管400和第二連接管120進(jìn)入至爐體100中。

另外，窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500上設(shè)有第三控制閥700，以通過(guò)第三控制閥700控制窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500的開(kāi)啟或關(guān)閉。

具體的，當(dāng)?shù)谌刂崎y700打開(kāi)時(shí)，此時(shí)，通過(guò)流經(jīng)換熱器空氣管道的空氣將窯爐中燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱量導(dǎo)出，并可依次通過(guò)窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500和第二連接管120進(jìn)入到爐體100中，并為爐體100提供熱量，以降低爐體100中的能源消耗，節(jié)約成本。

當(dāng)?shù)谌刂崎y700關(guān)閉時(shí)，此時(shí)，流經(jīng)換熱器的空氣無(wú)法通過(guò)窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500和第二連接管120進(jìn)入至爐體100中。

同時(shí)，第一連接管110上設(shè)有第四控制閥800，以通過(guò)第四控制閥800控制第一連接管110與爐體100的連通或關(guān)閉。

具體的，當(dāng)換熱器的空氣出口的溫度不小于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，第一控制閥300、第二控制閥600和第四控制閥800均為打開(kāi)狀態(tài)，第三控制閥700為關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)，窯爐煙氣經(jīng)換熱器換熱后的潔凈熱空氣通過(guò)第一連接管110進(jìn)入至爐體100中，以對(duì)爐體100進(jìn)行供熱，以降低爐體100中的燃料的消耗，減少?gòu)U氣的排放，達(dá)到節(jié)能環(huán)保降低生產(chǎn)成本。

另外，通過(guò)將第一控制閥300打開(kāi)，以使得當(dāng)爐體100中的風(fēng)量不足時(shí)，可通過(guò)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)200，以向爐體100中補(bǔ)充風(fēng)量，以提高爐體100中的氧氣含量，以提高爐體100中燃料充分燃燒，并為爐體100進(jìn)行供熱。

當(dāng)所述換熱器的空氣出口的溫度小于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，所述第四控制閥800為關(guān)閉狀態(tài)，所述第一控制閥300、所述第二控制閥600和所述第三控制閥700均為打開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，窯爐煙氣經(jīng)換熱器換熱后的潔凈熱空氣通過(guò)窯爐余熱進(jìn)風(fēng)管500進(jìn)入至爐體100中，以對(duì)爐體100進(jìn)行供熱，以降低爐體100中的燃料的消耗，降低生產(chǎn)成本。

同時(shí)，還可通過(guò)將風(fēng)機(jī)200開(kāi)啟，以向爐體100中補(bǔ)充風(fēng)量，以提高爐體100中的氧氣含量，以提高爐體100中燃料充分燃燒，使窯爐余熱空氣與外部空氣共同參與爐體100中燃料的燃燒供熱。

5 結(jié) 語(yǔ)

從裝置方案的利用看，本方案在窯爐余熱利用方面與以往的做法有所不同：可以單獨(dú)控制僅用空氣助燃或利用余熱參與共同助燃，減少燃料的投入;可根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對(duì)余熱煙氣進(jìn)行控制使余熱轉(zhuǎn)換后進(jìn)入爐體參與燃燒，充分利用余熱能源熱量，由干空氣的熱能催化促進(jìn)原有燃料的效能；窯爐煙氣中仍未完全燃燒氣體參與了二次燃燒的過(guò)程，減少污染物排放量，且氣體更為干凈，基本上可達(dá)到低污染排放的目標(biāo)。

陶瓷行業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)龐大的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其中的節(jié)能過(guò)程也是一個(gè)綜合性學(xué)科，相信通過(guò)節(jié)能技術(shù)方案的優(yōu)化、新型節(jié)能技術(shù)設(shè)備研發(fā)、改善窯爐有關(guān)結(jié)構(gòu)等技術(shù)革新，是可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳目標(biāo)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮作用的。本文所提出的方案，還需要在理論上及技術(shù)方案中不斷論證與優(yōu)化，一些具體不足之處還需進(jìn)一步在實(shí)踐過(guò)程中探索，期待為企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到先進(jìn)水平，推動(dòng)陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，達(dá)到清潔生產(chǎn)、低碳生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為降低“兩高”貢獻(xiàn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]林金宏，陶瓷窯爐節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用及改造［J］，佛山陶瓷，2017（ 0 8）：38-39.