影响烧成窑炉、干燥窑能耗的因素分析

程建，马梦兰

摘 要：本文从窑炉的排烟段、烧成段、冷却段三大部分详细分析了影响窑炉、干燥窑能耗的影响因素，并提出了相应的建议，以期与广大生产技术人员探讨，促进陶瓷烧成窑炉、干燥窑节能减排，降低生产成本。

关键词： 烧成窑炉;干燥窑;烧成能耗;节能降耗

1 前 言

这些年来，国家推行节能环保，对粉尘、二氧化硫及氮氧化物的排放标准也越加严格。在环保政策的压力下，陶瓷行业的节能减排意识也得到了进一步提高，因为只有达到排放要求，企业才能存活下去。例如現在各地环保局要求陶瓷企业“煤改气”的政策，导致企业燃料成本大幅提高，产品利润不断降低，企业生存越来越困难。如何节省能耗，降低生产成本，是目前陶瓷企业生存的重中之重。

节能减排要从生产上入手，单位产品单位能耗降低，单位排放也相应降低，并且脱硫塔处理的单位烟气量也相应降低，从各个环节上都会降低能耗，减少排放，节省生产成本。

2   影响烧成窑炉能耗因素分析

2.1 排烟段

（1）排烟段整体密封性

排烟段因排烟风机抽窑内烟气从而造成负压，如果窑体密封不严，会从窑外吸入大量冷空气，混合热烟气后降低烟气温度，从而降低窑炉送干燥的热利用率;并且因窑外冷空气吸入过多，会使得烟气量加大，导致排烟风机开度加大，电耗加大。因此，要保证窑体密封性，需从窑顶保温、窑门入口结构、辊棒口塞棉、抽斗结构等方面入手，尽可能的减少窑外冷空气吸入窑内，从而减少单位能耗。

（2）排烟段窑体保温性

大多数窑炉公司设计人员认为排烟段温度相对较低，没有必要花费较多的耐火保温材料来控制窑体散热情况，因此排烟段窑底基本上都是两层保温砖，窑顶材料也是相对较差。根据笔者实地测量某条窑炉相关数据，发现此条窑炉排烟段与高箱段交界处窑底温度接近200℃，而窑顶保温棉毯及珍珠岩也几乎没有;测量吊顶砖温度接近130℃，窑体辐射散热严重。因此，需要对排烟段窑底及窑顶保温进行处理，以减少窑体散热情况，降低单位能耗。

（3）排烟段箱体离地距离

一般排烟段辊下箱体离地高度需要根据排烟底抽斗规格来进行设计。根据笔者收集的大量窑炉参数，一般排烟段箱体离地高度在400～500 mm左右，而高箱段基本在200～300 mm左右。排烟段这么高的空间，为窑炉两侧和窑底对流换热提供了良好的环境，不断把窑底辐射散热的热量通过对流换热流失掉，造成热量的浪费，加大了产品单位能耗。因此需通过特性改造来减少这类散热情况，从而降低单位能耗。

（4）排烟段管路保温性

目前很多窑炉排烟管路保温基本上都是一层20 mm厚的珍珠岩保温，站在边上都会感觉一股热浪袭来。笔者曾用测温枪测量过一组底抽引管表面温度，达到惊人的188℃，如图1所示，，手基本上都是不敢靠近的，可想而知此处一天会浪费多少热量，且工作坏境恶劣，工人也不太愿意在此处做窑炉保养工作。笔者前段时间去了清远某陶瓷厂，其排烟管路保温相当厚，手都可以直接摸上去而不感觉到烫，这样的保温效果非常好。因此陶瓷厂需考虑排烟管路保温的问题，加厚管路保温，对出现保温层脱落、裂开的管路，需重新铺设，以减少管路散热，降低单位能耗。

（5）窑炉排烟烟气利用率

目前不少窑炉配备五层乃至多层干燥窑，窑炉一级烟气湿气较大及粉尘较多，为了减少干燥滴水落脏及腐蚀干燥窑箱体，因此不会使用窑炉一级烟气，而直接排空或者送入脱硫塔处理，造成大量的热量浪费，且增加脱硫塔负担，增加处理成本。目前不少窑炉公司为五层干燥窑提供热交换系统，通过热交换系统，把窑炉一级烟气热量通过热交换的形式加热常温干净空气送往五层干燥使用，提高热利用率，且一级烟气温度降低也能减少脱硫塔负担，降低成本。

2.2 烧成段

（1）窑炉喷枪

窑炉上的喷枪是燃烧系统的关键设备，也是控制窑炉断面温差、阴阳色等的重要设备。目前市场存在各式各样的喷枪，有低速、中速、高速喷枪的说法，亦或者各种各样的节能喷枪。每条窑炉或每位窑炉调控人员对喷枪的要求也是不同的，所以喷枪选择要因人、因窑而定，这样才能发挥最大的用途，保证产品的稳定性，也可控制产品单位能耗。

（2）助燃风系统

①助燃风压：助燃风压对窑炉能耗有很大的影响，且助燃风压与窑炉压力气氛存在很大关联，不同的喷枪对助燃风压的要求也是不同的。一般情况下，助燃风压太大会造成窑炉正压较大，能耗较高，因此厂方窑炉人员需在保证产品稳定的前提下，合理调控助燃风压，尽可能降低助燃风压，降低产品单位能耗。

②助燃风温：助燃风预先加热，有助于节能降耗。当助燃风从室温加热到100℃时，可节能4%，另外也可以使燃烧速度加快，稳定燃烧过程，提高燃烧效率，是一种非常实用的节能措施。然而助燃风加热的热源，需考虑窑炉操作人员的调控情况，有使用急冷后段换热，也有使用缓冷余热等。使用助燃风加热还需考虑管路保温问题，减少热量散失。

③助燃落点及串通：目前陶瓷窑炉有不少是国外某窑炉公司的，都存在一个问题，就是只有一个助燃落点，从高火保温段附近引下，然后靠窑炉两侧助燃支管引到窑头。如果只是按窑炉设计产量生产，这样没问题，但是目前大部分陶企基本上都在设定产量上加倍，所以会导致前段升温困难或助燃风压太大，能耗太高。因此助燃系统管路需要进行特性改造，增加龙门架助燃落点，降低助燃风压，且氧化段落点管径设计应相对较大。窑边助燃管每隔一段距离增加串通管，平衡主被两端助燃风压。另通过增加窑边闸板，可控制不同区域的助燃风压，从而降低能耗。

（3）窑体保温结构

①窑墙保温及厚度：窑炉窑墙保温的好坏直接影响窑炉的能耗。在满足使用温度下，尽可能的使用导热系数低的耐火材料，根据窑墙从里到外的温度梯度合理分配耐火材料，既能降低窑墙厚度，又能保证窑墙整体保温性能。高温区窑墙保温材料如果使用了低导热系数的纳米板，那么保温性能会更加好，热量散失更少，更加节能。

②窑顶保温及厚度：烧成段窑顶一般都是选择较厚的聚轻球或莫来石吊顶/拱顶砖，再按温度梯度铺设保温棉毯及珍珠岩涂料，两侧用含锆毯制做曲封。要控制好窑顶散热问题，需特别注重窑顶保温性能及挡火板位施工精度。另需注意吊顶窑高箱段建议使用高铝吊件而不是不锈钢吊件，且吊钩不能被珍珠岩涂料包裹，因不锈钢吊片和吊钩有烧坏氧化的可能，容易造成窑顶坍塌。

③烧嘴砖与碳化硅套的选择：一般窑炉都是使用重质烧嘴砖，其缺点是导热系数大，体积相对较大，散热严重。碳化硅套具有重量轻、热容量小、易更换、寿命长等优点，因此目前新建窑炉一般选用通孔烧嘴砖加碳化硅套来代替大规格的重质烧嘴砖，减少烧嘴砖体积，减少散热。

④窑爐内宽：窑炉内宽要根据产品规格来定，太小容易造成边温不足及撞窑，太大则会直接拉大产品单位能耗墙。笔者在某陶瓷厂见到一条内宽2750 mm，只生产800 mm×800 mm抛光砖窑炉，能耗非常高。笔者公司曾在四川及清远改造过两条此类窑炉，直接把窑炉内宽降低，单位能耗就会直接降低，且用手触摸窑墙外表面也不会感觉烫手。

⑤辊孔位塞棉：在生产车间现场，窑炉辊孔位置一般都会看到火光，辊上面板烧得一塌糊涂，看得见的火光也就是看得见的热量散失。窑炉管理人员都清楚窑炉辊孔塞棉是一项工作，但是重视度都不高，原因是工作环境太恶劣，工人不愿塞棉。因此陶瓷厂管理人员需在开窑温度没升起来时培训工人如何正确的塞棉，以减少热量散失，节能降耗。

2.3 冷却段

（1）余热管路保温

目前不少窑炉余热管路保温比较薄，测量表面温度相对较高，且管路相对较长，会直接降低送干燥窑的热利用率，因此窑炉余热主管及送干燥窑主管保温一定要做好，尽量减少不必要的热量损失，降低风机开度，从而减少产品单位能耗。

（2）余热利用

充分利用冷却段热量可大幅降低产品单位能耗

①急冷后段助燃风加热：在急冷后段制作助燃风加热系统，把里面的热量通过不锈钢管壁进行热交换，从而提高助燃风温降低能耗

②余热风送助燃风加热：从余热管接驳一条管送助燃风机，和冷风口相配合，适当提高助燃风温，节能降耗。

③热风直冷系统：通过适当改造，将窑炉部分排放热量重复利用到直冷前段，既不会影响砖型问题，又能提高热利用率，节能降耗。

④其他用途：制作一套热水系统，把冷却段热量通过管道加热管道内的水，送到窑尾煮水池或者宿舍洗澡热水，北方会利用到供暖系统。

3   影响干燥窑能耗因素分析

影响干燥窑能耗的因素和前文窑炉部分类似，此处不再赘述，主要有以下几个要点。

3.1 窑炉送干燥供热管路保温性能

窑炉一二级排烟、余热送干燥窑沿程管路保温性能越好，散热就越少，热利用率也就越高。

3.2 干燥窑供热及抽湿系统管路保温性能

干燥窑窑顶/窑底供热主管保温较薄或者裸露的话，散热会较大，降低热利用率，一般会要求加厚保温，裸露部分重新保温。干燥供热方盒、抽湿主管及抽湿方盒只需保证保温材料完整性，一般不会要求加厚保温。

3.3 供热、抽湿落点分布情况

合理的供热抽湿落点能更充分利用热量，保证产品的干燥稳定性。供热落点位置不好，会造成局部温度偏低，容易发生暗裂问题。抽湿落点太靠前，容易造成砖坯在干燥中段湿气排放不畅，也容易出现裂砖。

3.4 干燥箱体离地距离

机理同窑炉排烟段一样，常见办法是降低箱体与地面的距离或者用材料隔绝箱体两侧，减少对流散热，降低能耗。

4   结论

笔者通过不断走访陶瓷厂，和厂方窑炉管理人员沟通，分析了影响烧成窑炉、干燥窑能耗的因素。综上所述，影响窑炉干燥窑能耗的影响因素有排烟段、烧成段和冷却段，因地制宜，对各个关键部位进行保温和余热利用，即可有效降低生产能耗，降低生产成本。