浅谈空气过剩系数对窑炉操控及节能的影响

王业勤　吴文武

(蒙娜丽莎集团股份有限公司　广东 佛山　528211)



浅谈空气过剩系数对窑炉操控及节能的影响

王业勤吴文武

(蒙娜丽莎集团股份有限公司广东 佛山528211)

据中国科学院一项调查显示，我国是全世界自然资源浪费最严重的国家之一，在59个接受调查的国家中排名第56位。我国的能源使用效率仅为美国的26.9%，日本的11.5%[1]。因此，推进节能减排迫在眉睫。对于“耗能大户”之一的建筑陶瓷行业，其烧成辊道窑是其热能耗用的主要设备，而建筑陶瓷工艺决定其产品烧成过程采取的是弱氧化气氛，所以燃烧系统中的氧化剂——空气(氧气)要相对过剩，但该部分过剩的空气又会在燃烧后带走燃烧产生的显热，这势必造成热能的浪费。通过将燃烧过程中的空气过剩量(即“空气过剩系数”[2])控制在合理的范围内，可在满足产品烧成工艺要求的同时又能最大限度的实现节能。

空气过剩系数节能窑炉

前言

过剩空气系数(又称炉膛过剩空气系数)，通常以燃料燃烧的实际燃烧空气量与理论燃烧空气量之比来衡量过剩空气量的多少，它选择合理与否，直接影响窑炉的热损失，影响窑炉的热效率。

窑炉燃料在燃烧过程中，需要充足的空气以完成猛烈的氧化反应，空气系数对窑炉燃烧工况及热效率有着重要的影响，空气系数偏小，炉膛中空气供应不足，燃烧不良，将使窑炉的热损失增大，会降低窑炉的热效率；空气系数过大，会使窑炉排出的烟气量增多，将使窑炉排烟热损失增大，也会降低窑炉的热效率。因此空气系数选择合理否，取决于窑炉型式、燃烧种类、燃烧方式等因素，空气系数选择合理，会使能量损失减少，获取较高的窑炉热效率。

燃烧是燃料的物理与化学反应，它产生大量的光和热。但是燃烧需要一定的条件：燃料中的可燃成分和空气中的氧气需按一定比例呈分子状态混合，参与反应的燃料分子在与空气中的氧分子碰撞时必须具有破坏旧分子和生成新分子所需的能量，具有完成反应所需的时间，这是燃烧与燃烧过程的基本原理[3]。根据燃烧原理及燃烧的基本条件，通过改进传统燃气燃烧器，使燃烧中燃料的可燃成分与空气中氧气的加速碰撞，延长空气和燃料的混合时间，从而保障燃烧速度与混合气体输出速度的平衡，使其达到充分燃烧和提高火焰强度，最终实现减少过剩空气量，从而达到节能的目的。

1　国内燃烧器使用现状

目前国内普遍使用的传统燃气燃烧器是后混式燃气燃烧器。其混合原理是边进风、边喷气、边混合、边燃烧。由于空气与可燃气体的比容、容重差异较大，无法在短时间内混合均匀，因此，其空气过剩系数不得不加大，一般在1.6～1.8，甚至高达2以上，这势必在燃烧时使烟气中的氧含量提高，降低火焰温度，废烟气量增大，由烟气带走的热损失增大。通过燃烧器的改进(如采用预混式二次燃烧器)，在确保燃料充分燃烧的前提下可实现充分降低空气过剩系数，将其控制在1.05～1.15。

2　更换燃烧器前后的效果对比情况

实验组对我公司J窑的改造跟踪情况如下：J窑生产300 mm×450 mm规格蝶韵石(瓷片类)产品,使用的燃料为发生炉煤气，计划对所有燃气喷枪(280支)全部更换为预混式二次燃烧器。通过燃烧器的改进减少燃烧过程中鼓入的氧化剂——空气(氧气)来降低空气过剩系数，从而实现稳定产量、质量的前提下达到窑炉节能。

2.1窑炉改造前工况

首先对J窑改造前10 d进行跟踪监测，其结果见表1。

表1　改造前窑炉工况监测(10 d的平均值)

对应计算其空气过剩系数约为1.75。对应改造前10 d窑炉的生产情况见表2。

表2　对应改造前10 d窑炉的生产情况

2.2窑炉改造后的工况

更换为目标燃烧器后因燃气与空气的预混效果好，对窑炉助燃风机的开度(电机频率)适当调小，经配套调整后助燃风机的最终频率稳定在30 Hz。对应此时的空气过剩系数约为1.10。

实测改造稳定后10 d的窑炉平均工况，并与改造前进行对比，对比情况见表3。

由表3对比可知，在外界环境相差不大的前提下，随着空气过剩系数由1.75调低至1.10可以达到以下目的：

表3　窑炉工况改造前后的的对比

①抽湿风和抽热风的氧含量明显下降，抽湿风和抽热风的温度也有所降低，这说明燃烧后烟气带走的显热明显减少，节约了能耗。②抽湿风的一氧化碳含量有所增加但仍在合理范围，说明更换了目标燃烧器后目前的空气过剩系数已接近其极限，再降低可能会改变燃烧的气氛制度。

2.3改造前后的对比结果

表4　最后汇总对比改造前后的窑炉生产情况和耗气情况

由表4对比可知：

1)改造前后的生产情况基本稳定，即通过对燃烧系统的改造，在确保生产线产量和质量稳定的前提下可适当降低燃烧过程中的空气过剩系数(按目前试用的燃烧器可将其控制在1.10左右)。

2)通过适当调整空气过剩系数(从1.75降低至1.10)，窑炉节能可达9.79%。

1武力超，陈曦，顾凌俊.我国“十一五”期间各省节能减排的成效及建议.环境经济，2010(10)：29～34

2李家驹.陶瓷工艺学.北京：中国轻工业出版社，2003

3韩昭沧.燃料及燃烧.北京：冶金工业出版社，1994

蒙娜丽莎集团股份有限公司国家认定企业技术中心资助研究项目。

王业勤(1979-)，本科，烧成车间窑炉主管；主要从事陶瓷窑炉的研究与管理工作。

TQ174.6

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1002-2872(2016)09-0038-02