辊道窑炉节能措施

卢玉华

摘 要：近两年来，为响应国家在节能环保和“互联网+”方面的有关政策，窑炉企业也在节能减排及智能化领域积极探索，并取得了许多有价值的成果。各家企业所采用的技术路线均有不同。本文就辊道窑炉节能方面提出几个观点，以供交流探讨。

关键词：窑炉；节能措施；环保

1 引言

在过去很长一段时间里，中国窑炉领域的发展跟世界存在着较大的差距，世界上先进的窑炉生产技术主要还是由意大利、德国等传统工业强国把控。随着国内陶瓷工业的蓬勃发展，上游陶机装备制造领域也迎来了较快发展，从对国外先进技术的引进和吸收，再到自主研发，目前已经取得了非常大的进步，在国内市场早已占据了主导地位，在海外市场上也可以与国际陶机巨头们一较高下。

2 窑炉节能措施

近两年来，为响应国家在节能环保和“互联网+”方面的有关政策，窑炉企业也在节能减排及智能化领域积极探索，并取得了许多有价值的成果。各家企业所采用的技术路线均有不同，国内广东科达洁能股份有限公司、广东摩德娜科技股份有限公司、广东中鹏热能科技有限公司、广东中窑窑业股份有限公司、广东华信达节能环保有限公司都是窑炉领域先进技术的探索者。本文就窑炉节能方面提出几个观点，以供交流探讨。

（1）应从总体上改变常规思维，由原来的“高温烧结为主，氧化预热为辅”的设计改为“以预热氧化分解为主，高温烧结为助”的烧结设计，重点解决氧化带窑炉内部实际温度与砖坯实际温度的差异，使砖坯体在此阶段快速受热，达到氧化分解温度，使砖坯体内外温度均衡，在窑炉内的左，中，右位置的砖坯体在此区温度差更小甚至无温差的设计，最大限度的解决窑炉的断面温差。

（2）在氧化区域设计适量的加热器和燃烧器，主要方式有两种：一是设计加密枪，由原来每个控制组8支燃烧器改为12支；二是缩短窑炉每节的长度的方式，由原来的2100 mm甚至更长，改为1870 mm或更短。

（3）大容量辐射层和对流层的构造，使得砖坯体在此区域得到足够充分的加热，有足够厚的气体辐射层和对流层供给砖坯体足够的热量，从而完全预热氧化，让坯体完全燃烧分解，得到充分的预热，缩短高温烧成温度时间和受热强度，减少窑炉墙体散热从而达到节能效果。众所周知，窑炉内空越高产品越好操作，因此，把整个高箱窑体的内空加高，由原来的300多毫米升高到500多毫米。

（4）根据对流传热规则有效地减少氧化干燥区域空间高度，打破常规的排烟抽管成排的设计，采用错位交叉设计，让气流均匀的加热坯体，设计合理空间高度让烟气充分加热坯体，使得坯体在此区域与烟气热交换得到充分置换和预热，迅速干燥，结构水完全排除，为氧化分解打好基础，减轻氧化分解的压力，减少烟气排出带走的显热。

（5）在窑炉余热循环利用方面我们采用直接抽取窑内的急冷风再经过spr装置加热将助燃风加热到250～350℃，充分利用窑炉的余热风，降低能耗。降低窑炉的正压，减少窑炉正压过大或正压而导致热量泄漏，减少窑炉耐材蓄热而导致散热消耗的能量从而达到降低能耗的目的（助燃风加热示意图见图1）。

（6）采用低导热、高致密度、轻质保温材料能有效的杜绝窑炉墙体顶部的热量散发，尤其在顶部采用中空板与高致密度轻质结构装置，在棍上墙体部采用类似于中空材料的特殊结构，有效的减少热量的散发，从而达到节能效果，示意图见图2。

（7）喷枪是根据能量守恒原理设计增加燃料和助燃风的分子活性的结构，采用充分接触、高效、富氧燃烧的设计理念，让燃料充分接触而不立即燃烧，在富氧的状态下充分接触并迅速燃烧发挥最大热效率，瞬间释放能量产生最大热值，提高热效率，减少各种不完全燃烧和燃烧过早导致的热效率损失，达到节能的目的，喷枪示意图

见图3。

（8）区分不同的区域，配置不同的功率的喷枪，配置不同的出口，有效的解决窑炉断面温度差异，杜绝窑炉在宽断面范围内存在的左、中、右温差，及坯体与窑炉实际烟气的温度差，从而提高砖坯体在窑炉内部的均匀性和速度，有效地缩短窑炉的烧成周期，降低窑炉的烧成最高温度。比如，我们在氧化区域采用高热量、大功率、不同口径的碳化硅烧嘴套或烧嘴砖，充分利用砖坯体的膨胀与收缩极限，大幅度的加热砖坯体，使得砖坯体在此区域完全加热甚至过烧的效果，从而减少高温区域的烧成温度。

（9）喷枪布局打破常规的辊棒中心到喷枪中心同一高度的布局设置，分别采用底面不一样的设计高度，让燃烧器的热量充分的发挥最高值。

（10）有效的采用窑炉内部的尾气作为媒介体增强窑炉的燃烧效率，降低能耗和尾气的排放，加快燃料与空气的混合速度，降低燃耗。

3 高温空气燃烧技术的特点

（1） 最大限度回收高温烟气的余热

由于高温空气燃烧技术采用了蓄热式余热回收装置，能够最大限度回收高温烟气的余热。九十年代初，日本工业炉株式会社田中良一领导的科研小组采用热惰性小的蜂窝陶瓷作为蓄热体，可把燃烧所需的空气温度最高预热到1300～1400℃，比烟气温度仅低50～100℃，而加热炉的排烟温度可降至150～200℃，其热回收率可达85%以上。与传统的燃烧方式相比，可节约近50%的燃料。因此极大程度地降低了加热炉的排烟损失，达到了有效节约能源的目的。

（2）预热空气温度达到1000～1400℃

利用回收的烟气余热来预热燃烧所需要的空气，可使预热空气的温度达到1000～1400℃。由于高温预热空气所具有的物理热增加了炉内的理论燃烧温度，这不仅使原来不能用于高温工业炉窑的低发热值发生炉煤气和高炉煤气，转化为可用于轧钢和炼钢等工业炉用的燃气，提高了低热值燃气的使用价值；此外由于炉温升高，炉内传热加强，可以提高产品的产量和质量。这意味着对生产相同数量的产品，高温空气燃烧技术节约了燃料消耗量。

（3）减少NOX生成量，减轻环境污染

在采用高温空气燃烧技术的工业炉中，通过燃烧工况的组织，使燃料在含氧浓度低于21%的气氛中进行燃烧，减少甚至消除局部高温区，从而降低了NOX的生成量，减轻对环境的污染。

本设计参考上面的设备，从窑炉的排烟或是在急冷后部抽取部分废气（泛指氮氧化物）充当氧化介体，从而提高氧化速度，加速反应，让燃料达到最高效的燃烧，从而富氧燃烧，提高燃料的热值。

4 结论

窑炉节能技术可以推进的方向还有很多，包括窑炉结构设计与调试、管路系统设计、设备选型、燃烧系统及节能喷枪的开发与运用等。在政策和市场的双重作用下，国内窑炉企业在节能减排领域不断创新取得新突破。