工业窑炉节能减排技术优化及实践

王逸飞

（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

1 工业窑炉生产特点

现阶段，我国大多数工业窑炉在设备结构、燃烧系统、热能使用、绝热材料、热量检测以及环境保护等专业技术水平比较落后，长期以往会导致产品综合能量损耗水平较高，严重污染自然环境。所以在工业窑炉制造行业中，大力推行工业窑炉节能减排技术具有十分重要的作用和现实意义。

以现代化陶瓷行业作为实际案例，虽然我国在陶瓷生产基础产量位居世界第一位，但是在实际生产过程中，普遍存在着能量消耗高、资源损失大、综合使用率低等问题，深入探索其主要原因则是由于工业窑炉节能减排技术水平较低。而在工业窑炉设备基础能耗方面，现阶段发达国家的基础能源使用率已经超过50%，而我国能源使用效率则仅仅达到了28%～30%左右。

国家发改委所颁布的重大节能工程实施意见文件中明确规定，工业窑炉改造工程已经位居重点节能项目建设内容，由此可见，现有各种工业窑炉的改造工程已经成为节能发展目标的关键因素之一，加上工业窑炉节能减排技术的研究和应用能够最大程度缩小冶金行业与发达国家的技术差距，减少能源消耗，降低自然环境污染、提高产品生产质量等目标。

2 工业窑炉节能减排技术价值

窑炉设备作为工业发展的核心条件，对于工业进步和成长具有十分重要的中作用和现实意义，该设备主要通过充分燃烧燃料从而产生热能物质。

按照行业生产模式一般分为水泥窑炉、蒸汽炉、玻璃窑炉、裂解炉等方面，所以窑炉行业未来发展趋势应侧重在环保行业，对于窑炉自身的基础保温效果来说，增加窑炉基础燃烧率、热能使用率、减少窑炉基础散热、提升窑炉耐火性能同样成为提高要炉设备节能水平的重要途径。

对于工业窑炉来说，设备隔热保温材料对于设备使用质量和效果具有举足轻重的作用，只有使用高水平保温材料，才能从根本上解决设备使用过程中对于环保型的实际需求。技术人员针对窑炉设备长期跟进和管理最终发现，窑炉设备节能改造技术方式相对比较复杂，比如：使用全新燃烧嘴、调整炭烧嘴布置与设定、完善码胚防止位置、安装烟道、对于梭式窑炉进行热量利用、选择适合的温度检测位置点以及控制方法、增加窑炉隔热保温性能等。所以此种技术手段在窑炉节能方面能够减少窑炉结构体热量分散的10%～20%甚至更高，窑炉设备的隔热保温性能对于提升热效应、节省能源使用率十分重要。

窑炉设备使用过程中，其设备内部温度一般需要达到350 ℃以上，而高温炉窑运行温度则能够达到200 ℃左右，由于窑炉设备的使用性能比较特殊，此种设备使用现状要求窑炉自身内部结构与保温性能水平较高，随着世界各个国家工业不断进步和发展，窑炉同样向大型化、高效化以及合理化方向发展，最大程度提升窑炉设备的节能率，

现阶段窑炉设备所使用技能技术方式主要为窑炉材料的轻型化，其中代表性则是全纤体维护，其中蓄热式窑炉设备则需要在热流作用下进行余热回收，所以需要使用计算机集散控制方式不断提升基础控制精度，最大程度提升节能性，此种现状则是自然资源管理形式以及专业技术全面发展的基础需求。除此之外，窑炉设备内部所使用的保护涂料基础生产工艺较高，其涂料基础耐温性最高能够达到1 800 ℃左右，并且涂料物质耐酸性以及耐碱性同样较高。因此在窑炉使用和运转过程中，需要使用热容较小的轻质材料进行结构保温，以此不断减少热量储存和分散损失。

3 工业窑炉节能减排技术现状

目前，我国工业生产过程中所使用的窑炉设备种类十分复杂，主要包含：迥转窑、石灰热工窑炉、耐火材料热工窑炉等，设备所产生的热量效率一般控制在25%～50%之间，并且至少可以拓展30%的节能潜力。除此之外，我国窑炉运作模式还包含燃油物质，由此可见，工业窑炉设备在实际运转环节上，普遍还存在能源使用效率降低、自然环境污染严重问题，已经成为了影响我国经济社会发展的主要制约和限制因素。

而在窑炉实际开展工业生产过程中，煤炭燃烧不稳定、炭烧装置不合理以及煤炭不匹配等问题都成为造成煤炭工业以及窑炉运转效率降低的主要原因，深入探索其主要原因则是由于窑炉在狭小空间内燃烧导致复杂耦合。因此技术人员需要通过开展相关的技术研究和探索，积极开发出高效、环保以及节能的处理技术和配套系统，最大程度减少窑炉设备的基础运动力量。

近几年，我国大多数城市和地区均使用了热量电力供应、集中供热等专业技术，能够有效缓解工业能源污染。随着工业化以及城市化基础建设的不断发展与进步，工业窑炉数量以及基础燃煤数量仍然较大，加上我国主要以煤炭生产为主，所以工业窑炉在未来发展环节上仍然将长期、大量的应用在各个领域中。现阶段我国工业窑炉燃煤技术以及运行状态已经明显低于其他领域的工业专业技术水平，因此要炉设备低效率与高污染问题急需转变，已经引起了政府管理部门、科学技术行业的极大关注和重视。

针对此种现状，我国发改委在工业生产节能长期规划方案中明确指出：在文件规划实施环节上，已经将工业窑炉节能改造视作为重点节能建设工程之一，以此作为基础条件制定出工程示范实施方案。

4 工业窑炉节能减排技术优化及实践

4.1 技术优化关键点

工业窑炉生产过程中，节能减排技术成为现代化工业生产的热点内容，因此在施工现场总线则需要将控制系统应用在现场控制单元以及控制系统，由于该技术从本质上来看是一种数字化、双向分布式信息化、冶金石化等专业生产技术，所以技术在各个行业被广泛使用。近几年，我国相继开展对窑炉燃烧设备和控制系统的技术探索和研究，最终取得良好的处理效果。如表1。

表1 陶瓷能量消耗信息统计表

4.1.1 能耗模型建立

在工业窑炉节能减排实施过程中，能量消耗模型的建立则成为工业窑炉重要因素之一，为此技术人员需要构建出数字化窑炉实验装置、多功能实验平台，以此为后续能量模型和实验提供基础的燃烧参数、实验条件、测试环境等核心条件。因此工业窑炉实际开展热量参考结构体系建立时，应详细探索信息测试精准程度以及数学模型。

为了有效解决工业生产过程中，窑炉设备生产用户所需要的基础生产质量水平，为此需要积极引进各种类型的性能检测设备以及专业操作技术手段，比如：多位置点测试设备仪器、温度传感设备以及系统控制设备等智能化系统仪表，除此之外，应使用系统CFD应用软件窑炉内部操作温度、设备压力数据以及设备运转环境等信息测试、系统模拟技术处理以及信息分析，构建出典型窑炉基础能耗动态信息模型，以此作为基础条件详细研究工业窑炉设备具体运转和能量分散情况，有效为后续窑炉设备节能情况提供理论技术指导。

以工业窑炉设备以及陶瓷零部件生产流程作为实际案例，整个陶瓷设备实际生产流程由以下几个环节构成。比如：陶瓷胚料以及陶瓷胚胎制作流程、产品烧制流程以及成型流程，因此技术人员实际开展工业窑炉节能减排技术研究过程中，首先将产品胚体经过技术干燥、修整以及施釉等进行技术处理之后，并且针对产生热量损耗进行详细分析和探索，最大程度减少辅助系统所消耗的电能。

4.1.2 燃烧系统优化

燃烧系统想要正常开展，其内部结构优化应积极探索和研究系统脉冲控制，所以需要同归利用旋转气流工技术方式，结合喷气模式飞机内部燃烧室内原理，同时使用反求方案设计、CAD技术等系统软件相互结合的设计模式，为了保证系统可以正常运转，需要使用CAD系统软件有效模拟出工业窑炉设备的核心燃烧阻力参数、空气燃烧结构比例、工业窑炉设备生产现场温度、压力变化等基础参数，详细研究窑炉布阵的最佳施工模式，有效研究出节能喷嘴将数字化工业窑炉实验装置和设备，开展窑炉设备的内部结构设计。

4.1.3 窑炉结构优化

工业窑炉在生产工程中具有各种不同类型的用途，确保用户能够根据自己对产品生产要求制定相应的生产模式，比如：能量消耗、污染控制指标等。同时随着产品多样化、节能减排及实际需求，如果单纯使用传统生产模式选择窑炉内部形态。结构模式等则无法满足现代化窑炉生产需求。因此技术人员需要基于传统窑炉设备生产模式，模拟热工学以及材料学等多个学科的专业理论知识，结合计算机仿真处理技术进行综合探索和技术研究，有效对用户所要求的窑炉型号以及体积开展结构设计，比如：窑炉几何尺寸数据、生产参数以及保温材料的选择等。

4.1.4 生产控制优化

在生产模式优化上，想要保证窑炉设备建设质量和效果，需要在窑炉设备不同燃料在不同温度环境下选择最佳的燃烧基础条件，结合脉冲控制、比例调整以及全新节能燃烧控制系统等，全面优化产品生产质量水平。所以在窑炉设备设计环节上，需要基于图像信息处理监控系统，积极探索温度、压力以及自然环境等多变耦合控制技术方式，积极探索工业窑炉大惯性、强制性等热工参数预测和控制。

除此之外，在工业窑炉设备以及生产控制系统管理环节，其控制系统需要积极引进现场总线控制技术，积极探索和研究出总线管理模块。以此作为基础条件，详细开发出企业生产和控制策略，探索窑炉生产废弃物处理和预热处理技术，因此相对窑炉生产来说，窑炉所产生的余热主要利用循环系统实现烟气的合理处理。由于窑炉冷却循环系统在处理工程中所产生的热力能量比较清洁并且基础温度较高，为此需要使用搅拌风及坯体干燥技术，由于窑炉所产生的烟气物质中包含不完全燃烧成分以及湿气成分，所以能够直接作用在胚体干燥技术，针对洁净空气经过技术加热之后再利用。

4.2 技术优化实践价值

本次研究主以窑炉生产作为主要研究目标，并且使用理论分析、实验以及工程调整等相结合的技术方式，通过工业窑炉各种生产相结合的操作技术，并且利用施工现场线路管理技术手段，结合以太网控制系统，从根本上完善和优化工业窑炉节能减排技术运转水平，合理使用计算机系统以及流体力学，生产和制造出合理使用脉冲控制技术，最终生产出可行的窑炉生产烧嘴。

除此之外，技术人员还应该积极研究出工业窑炉生产以及管理系统，比如：火焰图像处理模块以及总线模块的技术开发，同时在此基础条件上构建出数字化实验装置以及多功能燃烧实验平台，确保始终在窑炉最佳燃烧条件下开展温度环境测试、压力测试等。同时想要保证工业窑炉节能减排技术合理规划和应用，还需针对工业窑炉用户群建立网络平台，积极研究出数字化的窑炉生产装置以及多功能试验平台，为网络平台的完善提供基础实验条件与专业技术作为系统化支持。

针对此种现状，技术人员需要以窑炉节能减排处理技术作为主要研究目标和对象，并且结合窑炉实际情况使用现场总线以及网络控制等先进的管理与信息通信控制技术，结合窑炉使用特点开展节能减排技术探索，有效研究各种全新节能工业窑炉设备。针对现有的科学技术以及项目研究成果所形成的系统优化以及集成技术，窑炉生产企业以及节能减排管理部门应建立数字化的试验设备和多功能试验平台，以此作为基础条件研究出脉冲控制以及比例调整相结合的燃烧专业技术，同时应用CFD系统设备，探索出全新的燃烧实验平台实现窑炉内理想的气氛和温度分布，实现窑炉燃烧系统的整体优化；面向用户需求，进行窑型和窑体结构的优化。

除此之外，窑炉设备的优化还需要通过控制和低成本嫁接技术的研究，经济隐去现场总线以及以太网管理技术，开发出企业窑炉生产质量控制系统，并且根据窑炉用户群体构建出可持续化技术支持的网络平台，完成窑炉用户与生产企业之间的合理化沟通。

5 结语

由此可见，工业窑炉节能减排技术经过系统优化和完善之后，将其应用在工业生产行业上能够最大程度确保污染水平有效控制，全面推进我国窑炉设备发展进程，从根本上缓解能源以及自然环境污染问题。