陶瓷窯爐的節(jié)能保溫措施
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一、增加高溫帶耐火保溫磚及保溫層的溫度
有資料顯示，窯爐砌體蓄熱損失和爐體表面的散熱損失要占到燃料消耗的20%以上。增加高溫帶耐火保溫磚及保溫層的厚度是有意義的。現(xiàn)在設(shè)計(jì)的窯爐高溫帶窯頂磚和窯墻保溫層的厚度都有不同的增加，很多公司高溫帶的窯頂磚厚度由230 mm增加到260 mm，窯墻保溫層由140 mm增加到200 mm。目前窯爐底部的保溫沒有得到相應(yīng)的改善，普遍情況是高溫帶底部鋪一層20 mm棉毯外加5層保溫磚標(biāo)磚來保溫。這種情況一直沒有改進(jìn)。其實(shí)基于底部散熱面積的巨大，底部的散熱是十分可觀的，有必要增加適當(dāng)?shù)牡撞勘貙拥暮穸龋萌葜馗偷谋卮u和增加保溫層的厚度來改善底部的保溫，這樣的投入是必要的。另外高溫帶窯頂部分如果采用拱頂，就十分方便增加保溫層厚度、密封性，以減少散熱。如果是用吊頂，最好吊頂用陶瓷件而不是用耐熱鋼板，再輔以耐熱鋼吊鉤，這樣也可以把吊件全部埋住，增加保溫層的厚度和密封性。如果用的是耐熱鋼作吊頂磚掛板，如果掛板全部埋入保溫層，掛板有可能在窯爐漏火時(shí)全部氧化掉而使吊頂磚掉入窯內(nèi)，造成停窯事故。用陶瓷件作吊件，頂部保溫也可以使用保溫料進(jìn)行澆注，使用保溫材料變得靈活。這會大大改善窯頂保溫性能和氣密性，大幅度減少頂部散熱。
二、選擇更優(yōu)質(zhì)和保溫性能更好的材料
更優(yōu)質(zhì)和保溫性能更好的材料不斷出現(xiàn)，也給窯爐工程設(shè)計(jì)人員帶來了方便，完全可以用更好的保溫材料，使保溫層既比以前更薄，而保溫效果可以做得比以前更好，以使能源浪費(fèi)得到最大限度地減少。采用保溫性能更優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)耐火保溫磚和保溫棉毯、保溫板，經(jīng)過優(yōu)化采用更合理的結(jié)構(gòu)改良設(shè)計(jì)，以期減少窯爐散熱。有的公司選用容重0.6的輕質(zhì)磚，有的公司采用異型輕質(zhì)磚，在輕質(zhì)磚與輕質(zhì)磚的接觸面上設(shè)置有一定尺寸的凹槽用空氣進(jìn)行隔熱。事實(shí)上空氣的導(dǎo)熱系數(shù)在0.03左右，幾乎比所有的保溫材料都低很多，這肯定會有效減少窯爐表面的散熱損失。同時(shí)加強(qiáng)窯體封閉嚴(yán)密，在事故處理口、膨脹縫、擋火板口、燒嘴磚周圍、輥棒內(nèi)和輥孔磚處用更耐高溫更不易粉化彈性更好的陶瓷纖維棉充分填充，以減少窯體熱量向外散失，保證窯內(nèi)溫度和氣氛的穩(wěn)定，提高熱效率，減少能耗。國內(nèi)窯爐公司在窯爐保溫上都做得不錯(cuò)。
三、余熱風(fēng)管的好處
國內(nèi)有的公司把余熱風(fēng)管埋在窯爐底部和窯爐頂部保溫層的保溫磚內(nèi)，這會最大限度地改善余熱風(fēng)管的保溫，大大地減少了窯爐的散熱。也會增加保溫層的厚度，數(shù)據(jù)顯示和其它同行窯爐同工況相比綜合節(jié)能率在33%以上。可以說，帶來了一場節(jié)能革命 。
四、窯爐的余熱利用
這個(gè)余熱主要是指窯爐冷卻產(chǎn)品時(shí)帶走的熱量。窯爐出磚溫度越低，說明余熱系統(tǒng)帶走的熱量越多。干燥窯干燥磚坯所需要的大部份熱量都來自于窯爐的余熱。如果余熱的熱量越大，越有利于利用起來。余熱利用可以進(jìn)行細(xì)分，高溫部分可以打入噴干塔進(jìn)行利用;中溫部分可以當(dāng)助燃風(fēng)加以利用;其余部分可以打入干燥窯干燥磚坯。送熱風(fēng)的管道必須做到足夠的保溫，最大限度地減少熱量散失，以提高利用效率。超過280 ℃的余熱打入干燥器要十分小心，過高的溫度會直接導(dǎo)致磚坯開裂。另外有很多工廠在冷卻段安置有熱水箱，用窯爐冷卻段的余熱給辦公室、宿舍供暖，并且用于給員工洗澡供應(yīng)熱水。余熱也可以用來發(fā)電。
五、高溫帶采用拱頂結(jié)構(gòu)
高溫帶采用拱頂結(jié)構(gòu)有利于減少斷面溫差，利于節(jié)能。由于高溫?zé)醾鲗?dǎo)主要以輻射為主，拱頂窯爐的中部空間大，容納的高溫?zé)煔庖捕啵由瞎绊敾⌒畏ㄏ蜉椛錈岱瓷涞淖饔茫胁繙囟韧鶗冗吷峡拷G墻的溫度要高少許，有的公司反映會增高2℃左右，這樣就要相應(yīng)降低助燃風(fēng)的壓力來保證斷面溫度的一致性。而很多寬體平頂窯爐的高溫帶存在靠近窯墻兩邊溫度高而中部溫度低的現(xiàn)象，有的窯爐操作人員采用增大助燃風(fēng)壓力提高助燃風(fēng)供風(fēng)量的辦法來解決斷面溫差。這會帶來幾個(gè)后果，一是窯爐正壓過大，窯體散熱增加;二是不利于氣氛控制;三是助燃風(fēng)和排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)荷都加大了，電耗增加;四是過多的空氣進(jìn)入窯內(nèi)，需要消耗額外的熱量，必然導(dǎo)致煤氣消耗或燃?xì)庀闹苯釉黾樱杀旧仙Ｕ_的方法是：一是改用高燃燒速度高射速燒嘴;二是換長燒嘴磚;三改變燒嘴磚的出口尺寸使之減少，增大噴射速度，這要適應(yīng)于燒嘴的燃?xì)夂涂諝獾幕旌纤俣取⑷紵俣取τ诟咚贌焓强梢缘模退贌煨Ч筒淮蠛?四是燒嘴磚口插入一截重結(jié)晶碳化硅輥棒，使燃?xì)饧訌?qiáng)窯爐中部的加熱，這樣的燒嘴磚布置可以間隔布置;五是使用長短重結(jié)晶碳化硅噴槍套相結(jié)合的方式。最好的解決辦法是不增加能耗，甚至能降低能耗的方式。
六、采用高效節(jié)能燒嘴
有些公司改進(jìn)了燒嘴，優(yōu)化了空燃比，通過調(diào)整合理的空燃比，使燒嘴在使用過程中，由于沒有輸入過多的助燃風(fēng)，從而提高了燃燒效率，做到節(jié)能。有些公司開發(fā)高射速等溫?zé)欤约訌?qiáng)窯爐中部的熱量供應(yīng)，來改善斷面溫差，并且做到節(jié)能。有些公司開發(fā)了助燃空氣與燃料多次混合從而提高燃燒速度和效率，使燃?xì)馊紵蓛舾耆?jié)能也是明顯的。有的公司推廣比例控制高溫段每組支路的助燃風(fēng)，使之供應(yīng)的助燃風(fēng)和燃?xì)馔桨幢壤{(diào)節(jié)，在PID調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)溫度的任何時(shí)間段，都保持合理的空燃比，使打入的燃?xì)夂椭硷L(fēng)都不會過量，從而節(jié)省了燃料和助燃風(fēng)的消耗，并使燃料的利用率達(dá)到最佳。業(yè)界還有公司開發(fā)了預(yù)混二次燃燒燒嘴、預(yù)混三次燒燒嘴等節(jié)能燒嘴。有資料反映，使用預(yù)混二次燒燒嘴可以達(dá)到10%的節(jié)能效果。不斷改進(jìn)創(chuàng)新更加先進(jìn)的燃燒技術(shù)，采用更優(yōu)質(zhì)的燒嘴，控制合理的空燃比，永遠(yuǎn)是最佳的節(jié)能途徑。
七、助燃風(fēng)加熱
助燃風(fēng)加熱在上世紀(jì)90年代初引進(jìn)的漢索夫、薩克米窯爐中都有使用，利用助燃風(fēng)從急冷帶窯內(nèi)上方的耐熱不銹鋼換熱器中穿過時(shí)得到加熱，最高溫度能達(dá)到250~350℃左右。現(xiàn)在國內(nèi)的窯爐余熱利用加熱助燃風(fēng)有兩種方式，一種是采用漢索夫方式從急冷帶窯內(nèi)上方的耐熱鋼換熱器中吸收熱量加熱助燃風(fēng)，還有另外一種方式是利用緩冷帶冷風(fēng)管加熱的空氣輸送給助燃風(fēng)機(jī)作為助燃風(fēng)。前一種方式利用余熱的風(fēng)溫可以達(dá)到250~330 ℃，后一種利用余熱的風(fēng)溫要低些，可以達(dá)到100~250 ℃，效果會比第一種差一些。事實(shí)上很多公司為了保護(hù)助燃風(fēng)機(jī)避免過熱，采用了摻一部分冷風(fēng)，結(jié)果導(dǎo)致余熱利用效果的降低。目前國內(nèi)利用余熱加熱助燃風(fēng)的廠家還是很少，但是此項(xiàng)技術(shù)充分利用的話，完全可以取得5%~10%的燃耗降低的節(jié)能效果，這也是十分可觀的。在使用中有一個(gè)問題，就是根據(jù)理想氣態(tài)方程“PV/T≈常數(shù)，T是絕對溫度，T=攝氏溫度+273(K)”,假設(shè)壓力不變的情況下，助燃風(fēng)溫度從27℃升溫到300℃時(shí)，體積膨脹為原來的1.91倍，這會導(dǎo)致同樣體積的空氣氧氣含量的減少，所以風(fēng)機(jī)的選型必須考慮熱風(fēng)助燃的加壓和熱風(fēng)特性。如果不考慮這個(gè)因素的話，使用中就會出現(xiàn)問題。最新報(bào)告顯示，國外已有廠家開始嘗試使用500~600 ℃的助燃風(fēng)，這會更加節(jié)能。燃?xì)庖彩强梢岳糜酂徇M(jìn)行加熱的，有的廠家已經(jīng)開始這方面的嘗試。燃?xì)夂椭硷L(fēng)帶入的熱量越多，意味著節(jié)省更多的燃料。
八、合理的助燃風(fēng)配制
煅燒溫度在1080 ℃前的助燃風(fēng)要求完全過氧燃燒，窯爐氧化段需要給窯內(nèi)打入更多的氧氣，以加速坯體化學(xué)反應(yīng)速度以實(shí)現(xiàn)快燒。此區(qū)段如果換成還原氣氛，某些化學(xué)反應(yīng)的溫度就要提高70 ℃才能開始反應(yīng)。而最高溫段如果空氣過多的話，就會使坯體發(fā)生過度的氧化反應(yīng)，使FeO氧化成Fe2O3、Fe3O4，這會使坯體呈現(xiàn)發(fā)紅或發(fā)黑而不白。如果最高溫段是弱氧化氣氛或剛好中性氣氛，坯體里的鐵質(zhì)就會完全以FeO形式出現(xiàn)，使坯體更呈顯青白，坯體也會更白。高溫帶不需要過量的氧氣，也就要求高溫帶必須控制好過量的空氣。室溫的空氣，不參加燃燒化學(xué)反應(yīng)作為過量的助燃風(fēng)打入窯內(nèi)而達(dá)到1100~1240 ℃，無疑需要消耗巨大的能量，而且也會帶來高溫區(qū)更大的窯爐正壓，導(dǎo)致熱量過多散失。所以減少過量空氣打入高溫帶，不僅會節(jié)約很多燃料，也使磚坯呈色更白。所以氧化段和高溫帶的助燃風(fēng)最好分段獨(dú)立供應(yīng)，通過調(diào)節(jié)閥保證兩段不同的使用壓力。佛山陶瓷就有謝冰豪先生的專題文章證實(shí)，助燃風(fēng)配風(fēng)各區(qū)段經(jīng)縝密合理地精細(xì)調(diào)配供給，最多導(dǎo)致15%燃料能耗的降低，還不算因?yàn)榻档土酥級毫ΑL(fēng)量而導(dǎo)致的助燃風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)電流減少而取得的電費(fèi)節(jié)省效益，看起來效益十分可觀。這說明，在專家理論指導(dǎo)下的精細(xì)化管控，多么必要。
九、節(jié)能紅外輻射涂料
節(jié)能紅外輻射涂料涂在高溫帶窯內(nèi)耐火保溫磚的表面，有效封閉輕質(zhì)耐火保溫磚的開口氣孔，能使高溫帶的紅外熱輻射強(qiáng)度明顯提高，強(qiáng)化了加熱效率，使用后能使燒成最高溫度下降20~40 ℃，有效降低能耗5%~12.5%。蘇州日上公司在佛山三水山摩公司兩條輥道窯的使用證明，該公司HBC涂料經(jīng)使用有效節(jié)能達(dá)到10.55%。涂料在不同的窯爐上使用會明顯降低最高燒成溫度20~50 ℃，輥道窯能達(dá)到降溫20~30 ℃，隧道窯能達(dá)到降溫30~50 ℃，排煙溫度會降低20~30 ℃以上，因此需要部份調(diào)整燒成曲線，適當(dāng)降低最高燒成溫度，適當(dāng)增加高火保溫區(qū)的長度。高溫黑體高效率紅外輻射涂料是在全球節(jié)能做得好的國家推廣很普及的技術(shù)。選擇涂料時(shí)，一是涂料在高溫時(shí)的輻射系數(shù)是否達(dá)到0.90以上或者0.95以上，二是要注意膨脹系數(shù)和耐火材料的匹配，三是長久適應(yīng)陶瓷燒制的氣氛而不減弱輻射性能，四是和耐火保溫材料粘接良好，不出現(xiàn)裂紋，不出現(xiàn)剝離脫落，五是抗熱震性能要達(dá)到莫來石的標(biāo)準(zhǔn)，1100 ℃加熱保溫，直接投放到冷水里多少次不開裂。高溫黑體高效率紅外輻射涂料在全球工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了大家的公認(rèn)，是一項(xiàng)成熟、有效、立竿見影的節(jié)能技術(shù)，是值得大家關(guān)注、使用、推廣的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。
十、富氧燃燒
通過分子膜將空氣中的部分或全部氮?dú)夥蛛x出去，得到比空氣更高含氧濃度的富氧空氣或純氧氣，來作助燃風(fēng)給燒嘴供應(yīng)。由于氧氣濃度提高了，燒嘴反應(yīng)更迅速，溫度更高，能節(jié)省燃料20%~30%以上，由于助燃風(fēng)的氮?dú)鉀]有或減少了，煙氣量也減少了，排煙風(fēng)機(jī)電流也少了，環(huán)保需要除去的氮氧化物也更少或沒有了。東莞珩信節(jié)能科技有限公司就提供純氧氣供應(yīng)燒嘴的能源合同管理模式服務(wù)，該公司提供改造的設(shè)備投入，節(jié)約的按照雙方的合同約定分享。這也使氮氧化物的排放得到最大程度的有效控制，從而降低了環(huán)保設(shè)施除去氮氧化物的昂貴成本。這項(xiàng)技術(shù)也可以用到噴干塔上。 an>℃，排煙溫度會降低20~30 ℃以上，因此需要部份調(diào)整燒成曲線，適當(dāng)降低最高燒成溫度，適當(dāng)增加高火保溫區(qū)的長度。高溫黑體高效率紅外輻射涂料是在全球節(jié)能做得好的國家推廣很普及的技術(shù)。選擇涂料時(shí)，一是涂料在高溫時(shí)的輻射系數(shù)是否達(dá)到0.90以上或者0.95以上，二是要注意膨脹系數(shù)和耐火材料的匹配，三是長久適應(yīng)陶瓷燒制的氣氛而不減弱輻射性能，四是和耐火保溫材料粘接良好，不出現(xiàn)裂紋，不出現(xiàn)剝離脫落，五是抗熱震性能要達(dá)到莫來石的標(biāo)準(zhǔn)，1100 ℃加熱保溫，直接投放到冷水里多少次不開裂。高溫黑體高效率紅外輻射涂料在全球工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了大家的公認(rèn)，是一項(xiàng)成熟、有效、立竿見影的節(jié)能技術(shù)，是值得大家關(guān)注、使用、推廣的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。
十一、窯爐和壓力氣氛控制
窯爐在高溫帶如果產(chǎn)生過大的正壓，這會使產(chǎn)品帶有還原氣氛進(jìn)而會影響表面釉層的鏡面效果，更易呈現(xiàn)橘皮，也會迅速增加窯爐熱量的散失損耗，導(dǎo)致消耗更多的燃料，燃?xì)夤⿷?yīng)要給更高的壓力，加壓風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)都要消耗更多的電力。合適的做法是高溫帶保持最多0~15Pa的正壓就足夠了。絕大多數(shù)的建陶產(chǎn)品都是氧化氣氛或微氧化氣氛下燒成，有些陶瓷需要還原氣氛，比如滑石瓷就需要強(qiáng)還原氣氛燒成。還原氣氛意味著消耗更多的燃料，煙氣要帶有CO成份。帶著節(jié)能的使命合理地調(diào)整還原氣氛比隨意的調(diào)整無疑會節(jié)省能耗，探索既保證最基本的還原氣氛，又要合理地節(jié)能，小心細(xì)致操作和不斷的總結(jié)很有必要。
