读者信箱

问：陶瓷窑炉的节能措施有哪些？

答:近年来，随着我国经济的快速发展，能源消费量迅速攀升，供应形势日趋紧张，特别是石油、天然气等不可再生资源需求和消费量上升的幅度超过了产量增长，致使能源供需矛盾进一步加剧，节能减排成为经济发展的重要问题。陶瓷行业是高能耗、高污染和资源消耗型的“两高一资”行业，是节能减排的重点领域。能耗和燃耗这两项成本加起来在陶瓷生产成本中占到几乎一半或一半以上，而烧成窑炉是建筑陶瓷工业的主要耗能设备之一。陶瓷行业在实现节能减排过程中，陶瓷窑炉的节能主要可以采取以下措施：



读者信箱

问：陶瓷窑炉的节能措施有哪些？

答:近年来，随着我国经济的快速发展，能源消费量迅速攀升，供应形势日趋紧张，特别是石油、天然气等不可再生资源需求和消费量上升的幅度超过了产量增长，致使能源供需矛盾进一步加剧，节能减排成为经济发展的重要问题。陶瓷行业是高能耗、高污染和资源消耗型的“两高一资”行业，是节能减排的重点领域。能耗和燃耗这两项成本加起来在陶瓷生产成本中占到几乎一半或一半以上，而烧成窑炉是建筑陶瓷工业的主要耗能设备之一。陶瓷行业在实现节能减排过程中，陶瓷窑炉的节能主要可以采取以下措施：

1 增加高温带耐火保温砖及保温层的温度

据资料显示，窑炉砌体蓄热损失和炉体表面的散热损失要占到燃料消耗的20%以上。增加高温带耐火保温砖及保温层的厚度是有必要的。现在设计的窑炉高温带窑顶砖和窑墙保温层的厚度都有不同的增加，很多公司高温带的窑顶砖厚度由230 mm增加到260 mm，窑墙保温层由140 mm增加到200 mm，但目前窑炉底部的保温还没有得到相应的改善，普遍情况是高温带底部铺一层20mm棉毯外加5层保温砖标砖来保温。其实窑炉底部的散热面积较大，其散热也十分可观。因此有必要增加适当的底部保温层的厚度，用容重更低的保温砖和增加保温层的厚度来改善底部的保温。另外，高温带窑顶部分如果采用拱顶，就十分方便增加保温层厚度、密封性，以减少散热。如果采用吊顶，最好吊顶使用陶瓷件而不是使用耐热钢板，再辅以耐热钢吊钩，这样也可以把吊件全部埋住，增加保温层的厚度和密封性。如果采用耐热钢作吊顶砖挂板，若挂板全部埋入保温层，它有可能在窑炉漏火时全部氧化而致使吊顶砖掉入窑内，造成停窑事故。采用陶瓷件作吊件，顶部保温也可以使用保温料进行浇注，使用保温材料变得灵活。这可极大地改善窑顶保温性能和气密性，大幅度减少顶部散热。

2 选择更优质和保温性能更好的材料

当今更优质和保温性能更好的材料不断出现，也给窑炉工程设计人员带来了方便。采用优质材料，可使保温层更薄，而保温效果更好，还能使能源浪费得到最大限度地减少。采用保温性能更优异的轻质耐火保温砖和保温棉毯保温板，经过优化采用更合理的结构改良设计，以期减少窑炉散热。有的公司选用容重为0.6 g/cm3的轻质砖，有的公司采用异型轻质砖，在轻质砖与轻质砖的接触面上设置有一定尺寸的凹槽用空气进行隔热。事实上，空气的导热系数在0.03左右，几乎比所有的保温材料都低很多，这可有效地减少窑炉表面的散热损失。同时加强窑体封闭严密，在事故处理口、膨胀缝、挡火板口、烧嘴砖周围、辊棒内和辊孔砖处使用更耐高温、更不易粉化、弹性更好的陶瓷纤维棉充分填充，以减少窑体热量向外散失，保证窑内温度和气氛的稳定，提高热效率，减少能耗。

3 余热风管的优点

国内有的公司把余热风管埋在窑炉底部和窑炉顶部保温层的保温砖内，这能最大限度地改善余热风管的保温效果，大大地减少了窑炉的散热；同时也会增加保温层的厚度，数据显示此种窑炉综合节能率在33%以上。

4 窑炉的余热利用

窑炉的余热主要是指窑炉冷却时产品带走的热量。窑炉出砖温度越低，说明余热系统带走的热量越多。干燥窑干燥砖坯所需要的大部分热量都来自于窑炉的余热。如果余热的热量越大，越有利于被利用。对余热利用可以进行细分，高温部分可以输入喷雾干燥塔进行利用;中温部分可以当助燃风加以利用;其余部分可以输入干燥窑干燥砖坯。送热风的管道必须做到足够的保温，最大限度地减少热量散失，以提高利用效率。超过280 ℃的余热输入干燥器要十分小心，过高的温度会直接导致砖坯开裂。另外，有很多工厂在冷却段设置有热水箱，使用窑炉冷却段的余热给办公室、宿舍供暖，并且用于给员工洗澡供应热水，余热还可以用来发电。

5 高温带采用拱顶结构

高温带采用拱顶结构有利于减少断面温差，利于节能。由于高温热传导主要以辐射为主，拱顶窑炉的中部空间大，容纳的高温烟气也多，加上拱顶弧形法向辐射热反射的作用，中部温度往往比边上靠近窑墙的温度要高一些，约增高2 ℃左右，这样就要相应降低助燃风的压力来保证断面温度的一致性。而很多宽体平顶窑炉的高温带存在靠近窑墙两边温度高而中部温度低的现象，有的窑炉操作人员采用增大助燃风压力提高助燃风供风量的办法来解决断面温差。这会使：①窑炉正压过大，窑体散热增加;②不利于气氛控制;③助燃风和排烟风机的负荷都加大了，电耗增加;④过多的空气进入窑内，需要消耗额外的热量，必然导致煤气消耗或燃气消耗直接增加，成本上升。

正确的方法是：①改用高燃烧速度高射速烧嘴;②换长烧嘴砖;③改变烧嘴砖的出口尺寸使之减少，增大喷射速度，这要适应于烧嘴的燃气和空气的混合速度、燃烧速度。对于高速烧嘴可以，但对低速烧嘴效果就不佳;④烧嘴砖口插入一截重结晶碳化硅辊棒，使燃气加强窑炉中部的加热，烧嘴砖这样布置可以间隔布置;⑤使用长短重结晶碳化硅喷枪套相结合的方式。最好的解决办法是不增加能耗，甚至能降低能耗的方式。

6 采用高效节能烧嘴

有些公司改进了烧嘴，优化了空燃比，通过调整合理的空燃比，使烧嘴在使用过程中，没有输入过多的助燃风，从而提高了燃烧效率，做到节能。有些公司开发高射速等温烧嘴，以加强窑炉中部的热量供应，来改善断面温差，做到节能。有些公司开发了助燃空气与燃料多次混合从而提高燃烧速度和效率，使燃气燃烧更干净更完全，节能效果也显著。有些公司推广比例控制高温段每组支路的助燃风，使之供应的助燃风和燃气同步按比例调节，在PID调节仪调节温度的任何时间段，都保持合理的空燃比，使输入的燃气和助燃风都不会过量，从而节省了燃料和助燃风的消耗，并使燃料的利用率达到最佳。还有些公司开发了预混二次燃烧烧嘴、预混三次烧烧嘴等节能烧嘴。据资料显示，使用预混二次烧烧嘴可以达到10%的节能效果。不断改进创新更加先进的燃烧技术，采用更优质的烧嘴，控制合理的空燃比，永远是最佳的节能途径。

7 助燃风加热

助燃风加热在20世纪90年代初引进的汉索夫、萨克米窑炉中都有使用，利用助燃风从急冷带窑内上方的耐热不锈钢换热器中穿过时得到加热，最高温度能达到250～350 ℃。目前国内的窑炉余热利用加热助燃风有两种方式：一种是采用汉索夫方式从急冷带窑内上方的耐热钢换热器中吸收热量加热助燃风；另外一种方式是利用缓冷带冷风管加热的空气输送给助燃风机作为助燃风。第一种方式利用余热的风温可以达到250～330 ℃，第二种方式利用余热的风温要低些，可以达到100～250 ℃，效果会比第一种差一些。事实上，为了保护助燃风机避免过热，很多公司掺一部分冷风，结果导致余热利用效果的降低。目前国内利用余热加热助燃风的厂家还是很少，但是此项技术可以取得5%～10%的燃耗降低的节能效果。在使用中有一个问题，就是根据理想气态方程“PV/T≈常数，T是绝对温度，T=摄氏温度+273(K)”,假设压力不变的情况下，助燃风温度从27 ℃升温到300 ℃时，体积膨胀为原来的1.91倍，这会导致同样体积的空气氧气含量的减少，所以风机的选型必须考虑热风助燃的加压和热风特性。若不考虑该因素，使用中就会出现问题。据最新报告显示，国外已有厂家开始尝试使用500～600 ℃的助燃风，这会更加节能。燃气也是可以利用余热进行加热的，有的厂家已经开始这方面的尝试。燃气和助燃风带入的热量越多，意味着节省更多的燃料。

8 合理的助燃风配制

煅烧温度在1 080 ℃前的助燃风要求完全过氧燃烧，窑炉氧化段需要给窑内打入更多的氧气，以加速坯体化学反应速度从而实现快烧。该区段如果换成还原气氛，某些化学反应的温度就要提高70 ℃才能开始反应。而最高温段如果空气过多，就会使坯体发生过度的氧化反应，使FeO氧化成Fe2O3、Fe3O4，这会使坯体呈现发红或发黑而不白。如果最高温段是弱氧化气氛或刚好中性气氛，坯体里的铁质就会完全以FeO形式出现，使坯体更呈显青白，坯体也会更白。高温带不需要过量的氧气，也就要求高温带必须控制好过量的空气。室温的空气，不参加燃烧化学反应作为过量的助燃风打入窑内而达到1 100～1 240 ℃，无疑需要消耗巨大的能量，而且也会带来高温区更大的窑炉正压，导致热量过多散失。所以减少过量空气打入高温带，不仅会节约很多燃料，也使砖坯呈色更白。所以氧化段和高温带的助燃风最好分段独立供应，通过调节阀保证两段不同的使用压力。据文献报道，助燃风配风各区段经缜密合理地精细调配供给，最多导致15%燃料能耗的降低，还不算因降低了助燃压力、风量而导致的助燃风机和排烟风机电流减少而取得的电费节约费用，效益十分可观。

9 节能红外辐射涂料

将节能红外辐射涂料涂在高温带窑内耐火保温砖的表面，能有效封闭轻质耐火保温砖的开口气孔，能使高温带的红外热辐射强度明显提高，强化加热效率，使用后能使烧成最高温度下降20～40 ℃，有效降低能耗5.0%～12.5%。在两条辊道窑的使用中证明，HBC涂料经使用有效节能达到10.55%。涂料在不同的窑炉上使用会明显降低最高烧成温度20～50 ℃，辊道窑能达到降温20～30 ℃，隧道窑能达到降温30～50 ℃，排烟温度会降低20～30 ℃，因此需要部分调整烧成曲线，适当降低最高烧成温度，适当增加高火保温区的长度。高温黑体高效率红外辐射涂料是在全球节能做得好的国家推广很普及的技术。

选择涂料：①涂料在高温时的辐射系数是否达到0.90以上或者0.95以上；②要注意膨胀系数和耐火材料的匹配；③长久适应陶瓷烧制的气氛而不减弱辐射性能；④和耐火保温材料粘接良好，不出现裂纹和剥离脱落；⑤抗热震性能要达到莫来石的标准，1 100 ℃加热保温，直接投放到冷水里多少次不开裂。高温黑体高效率红外辐射涂料在全球工业领域已经得到了认可，是一项成熟、有效地节能技术，是值得大家关注、使用、推广的一项节能技术。

10 富氧燃烧

通过分子膜将空气中的部分或全部氮气分离出去，得到比空气更高含氧浓度的富氧空气或纯氧气，来作为助燃风给烧嘴供应。由于氧气浓度提高，烧嘴反应更迅速，温度更高，能节省燃料20%～30%以上，由于助燃风的氮气没有或减少了，烟气量也减少了，排烟风机电流也少了，环保需要除去的氮氧化物也更少或没有了。这也使氮氧化物的排放得到最大程度的有效控制，从而降低了环保设施除去氮氧化物的昂贵成本。这项技术也可以用到喷雾干燥塔上。排烟温度会降低20～30 ℃以上，因此需要部分调整烧成曲线，适当降低最高烧成温度，适当增加高火保温区的长度。

11 窑炉和压力气氛控制

窑炉在高温带如果产生过大的正压，这会使产品带有还原气氛进而会影响表面釉层的镜面效果，更易出现橘皮现象，也会迅速增加窑炉热量的散失损耗，导致消耗更多的燃料，燃气供应要给更高的压力，加压风机和排烟风机都要消耗更多的电力。合适的做法是高温带保持最多0～15 Pa的正压就足够了。绝大多数的建筑陶瓷产品都是在氧化气氛或微氧化气氛下烧成，但有些陶瓷产品烧成需要还原气氛，如滑石瓷就需要强还原气氛烧成。还原气氛意味着消耗更多的燃料，烟气要带有CO成分。