窑炉能耗调查数据分析及节能措施

谢炳豪

摘 要：本文从窑炉结构及其燃烧状态控制与窑炉能耗的关系，以及热风助燃与窑炉能耗的关系等方面，深入分析全国窑炉（陶瓷砖）能耗调查的64条窑炉的数据。通过分析，找出为什么在窑炉烧成过程中单位产品能耗相差较大，为什么窑炉要增大排烟，增加排烟热损失，增大排烟风机电能消耗。希望通过此次分析，能给同行带来一些实质性的帮助。

关键词：窑炉；能耗调查；数据分析；关系

1 窑炉结构及其燃烧状态控制与窑炉能耗的关系

全国窑炉（陶瓷砖）能耗调查，共对全国64条窑炉进行了热平衡测试，窑炉能耗及其相关数据已在行业内公布（见“全国窑炉（陶瓷砖）能耗调查及节能减排技术汇编白皮书”）。能耗调查中，对22条生产抛光砖的窑炉进行了热平衡测定，这部份窑炉的能耗数据平均热耗为2776 kJ/kg瓷（664kCal/kg瓷），22条窑炉的能耗排名见表1。

从表中1可以看到，生产同样的产品，单位产品烧成能耗范围为558～837kCal/kg，平均为664kCal/kg。最低能耗的窑炉单位产品能耗仅为最高能耗的窑炉的66.67%，即三份之二！

为什么窑炉烧成过程单位产品能耗相差那么大呢？我们仅将表1中产量、烧成周期较接近的排名1、3的窑与排名15、16的四条窑炉进行数据分析，从中查找出造成能耗差距的主要原因。

笔者认为，这四条具有可比性的窑炉能耗相差大的原因与窑炉结构和窑炉使用中燃烧状态的控制有很大的关系。以下是这四条窑炉的产量和排烟量对比数据。窑炉产量与排烟热损失对比如图1所示。

从图1中可知，这四条窑炉的产量相差不大，排名第15、16的窑炉产量比排名1、3的窑炉多生产12.51%，而按窑炉的排烟量测试数据，则排名第15、16的窑炉比排名1、3的窑炉多排烟76.35%。在排烟温度相差不大的情况下，因为排烟量增加，排名第15、16的窑炉比排名1、3的窑炉排出窑外的热量大很多。生产单位产品排出排烟热量为：排名第16的窑炉为1340.71（MJ/t），是排名第1的窑炉741.61（MJ/t）的1.81倍；排名第15的窑炉为1172.51（MJ/t），是排名第1的窑炉741.61（MJ/t）的1.58倍。据窑炉热平衡计算，排烟热损失占输入热量比例：排名第16的窑炉为44.51%，排名第15的窑炉为39.46%，而为排名第1的窑炉为30.99%。为了维持窑内温度和完成烧成过程，第15、16的窑炉则需要补充更多的燃料燃烧，导致窑炉能耗增加。

据上述窑炉热平衡测试数据分析，排烟热损失增加（见表2），导致窑炉热效率降低，是窑炉烧成单位产品生产能耗增加的重要原因。

由于排烟流量增加，也导致排烟风机电能消耗也增大。风机电能消耗测试数据如表3所示。由于排烟量增加，导致排烟风机电能消耗增大。排名15窑炉排烟风机电能消耗比排名1的窑炉排烟风机电能消耗增大61.24kW，增加71.46%；排名16窑炉排烟风机电能消耗比排名1的窑炉排烟风机电能消耗增大178.5kW，则更是排名1的窑炉排烟风机电能消耗的三倍以上。

为什么一些窑炉要增大排烟，增加排烟热损失，增大排烟风机电能消耗，而导致其窑炉能耗增加呢？

笔者认为：一是窑炉结构设计原因。所设计制造的窑炉结构及燃烧系统不合理，迫使窑炉使用者需要开大排烟风机，需要这样的烧成曲线，才能产出这样产量的合格产品。比如：排名第16的窑炉，是窑长为406m、宽为2.6m的普通窑。其走砖辊速很快，增加了产量。但其烧成过程的实际运行中，让烧成带拉前才能适应窑内温度曲线，使产品完成合格的烧成，迫使窑炉操作者需要开大排烟系统加以配合。

如何设计窑炉能在最优的燃烧状态下产出更大产量的合格产品，这是需要窑炉的结构设计考虑的。窑内结构、风烟道布置、排烟管道尺寸的选择等必须通过相关的热工计算。

另外，从上表数据看到，同样的产量，单纯对比第15和第16的窑炉，单位产品热耗相差24kCal/kg，则宽体窑炉也比长窑炉更具优点。

二是窑炉操作上的原因。对比排名第1的窑炉与排名第15的窑炉，很明显，同样为窑长相近的宽体窑，而且设计结构合理。排名第1的窑炉由于操作上能够控制窑内合适的燃烧状态，控制合适的烧成曲线，控制合适的助燃风量和排烟量，是能耗降低的原因。排名第15的窑炉在陶瓷企业人员的操作上，不适当地开大了排烟，致使窑炉负压增加，排烟热损失无端增大，致使能耗偏高。

因此，如何调试好窑炉，让窑炉在最佳的燃烧状态下运行，是十分需要考虑的问题。需要合适的助燃风量，合适的燃烧空气系数，才是最佳的燃烧状态。但是目前操作人员只凭“经验”操作，无数据指导、监督。因此，目前行业内的辊道窑炉，需要补充的是燃烧状态监控仪器仪表，以数据（如：窑内压力、窑内烟气成份、燃烧空气系数、助燃风压力、排烟压力等）指导操作，从而提高操作人员的操作水平，才能保证窑内燃烧状况最佳。

2 热风助燃与窑炉能耗的关系

在全国窑炉能耗调查中，对窑炉采用助燃风加热情况进行了调查。窑炉助燃风加热情况见表4。窑炉热风助燃与能耗相关数据如表5所示。

所测试的64条窑炉，有2条是直接从冷却带抽热风供给助燃风使用，至烧嘴处的温度约为280～300℃；有9条从冷却带抽热风与常温风混合后作为助燃风，混合后至烧嘴处温度约为80～100℃。另外，有53条窑炉仍然未能利用冷却带热风助燃。

在能耗测试中，笔者还发现有部分窑炉冷却带的抽热因干燥器未能用完而直接排空，产生热量浪费。对同一条窑炉、生产同样产品和产量相同的情况下，如果通过助燃风回收窑炉排出的热量，可以起到明显的节能作用。较长的窑炉使用了前、后二级助燃风，但由于送风主管和烧嘴支管道都较小，不适应密度低、容积大的热风输送。当这些窑炉试图加入冷却带热风助燃时，由于助燃风压力、风管、烧嘴结构不适应热风，就造成窑内横向温差增大，最终只能放弃使用这一节能措施！在测试的这64条窑炉中，实现高温助燃风的仅有2条，而大多数窑炉仍然采用常温空气作助燃风。

通过对比，可以分析助燃风温度对窑炉能耗的影响。笔者测试了表2中编号1、2两条生产同样规格的外墙砖的窑炉。编号1完全采用抽取冷却带的热风作为助燃风使用，其助燃风温度达到326℃，通过助燃风送回入窑炉的热量为3885.5 MJ/h，相当于供入窑炉燃料热量的21.44%。测试的如表2中的编号3、4两条生产同样产量的釉面砖素烧的窑炉。编号3采用部分抽取冷却带的热风，部分常温风混合作为助燃风使用，其助燃风温度达到96℃，通过助燃风送回入窑炉的热量为1002.5 MJ/h，相当于供入窑炉燃料热量的2.70%。

由于采取了热风助燃，编号1窑炉的能耗为1001 kCal/kg，比编号2窑炉的能耗1374 kCal/kg，相差373 kCal/kg，节能率达27.14%。编号3窑炉的能耗为490 kCal/kg，比编号4窑炉的能耗534 kCal/kg，相差44 kCal/kg，节能率达8.24%。

3 窑炉节能的措施

要想窑炉有效地保障达到节能效果，使用高温助燃风需要从以下几个方面考虑。

（1） 使用高温助燃风的窑炉，要保持助燃风的温度稳定，这就要解决保证窑炉尽量不断窑，通过助燃风间接加热方式或调节部分抽热与部分燃气配搭的方式，以求窑炉烧成温度的稳定，从而解决窑炉的断面温差引起的色差、尺码问题。

（2） 使用助燃风提温节能措施的窑炉，必需要贯彻一个新的烧成制度。这个新的烧成制度，是要使用窑者要改变以往一些在脑袋中凝固了的想法和做法，密切地配合对窑炉新措施的使用。如合适地调节窑炉的进、出风风量，调节窑内燃烧空气系数，调整或稍改变原来的压力、温度曲线。不能认为不需调整就能采用新的节能措施，只要能保障产品产量、质量，这些调整对节能措施的应用都是必要的。

4 结语

窑炉节能是陶瓷企业一直关注的话题，本文从窑炉的结构、燃烧状态控制、热风助燃与窑炉能耗的关系进行了深入的分析。通过分析，获得有效地保障窑炉达到节能方面的一些措施。希望企业能够充分重视这些措施，对窑炉进行更换助燃风机、更换风管、更换烧嘴的系统改革，可以达到更好的节能效果。