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如何控制窯爐、干燥窯能耗?從這9方面做起

如何控制窯爐、干燥窯能耗?從這9方面做起

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文:程昭華 李真霖
佛山市佳韻窯業技術有限公司/佛山市佳窯陶業技術有限公司
 
根據經驗,一條生產線如果在結構設計上不合理,不僅會影響到日常的產質量達標與磚坯損耗,而且直接影響到窯爐的能耗控制。而窯爐干燥窯結構的合理性與否,直接影響節能效果,具體體現在以下方面:
 

1、窯爐或干燥窯的分段合理性與熱介質循環利用率

窯爐傳統的三帶劃分,是從“預熱帶—燒成帶—冷卻帶”來粗略的劃分。而現階段,磚坯規格越來越大,壓機成型壓力越來越高,再加上產品工藝的特殊性(比如微粉磚、全拋釉、一次燒微晶磚、超平釉等),相比早期的單一坯料產品,磚坯入窯排水速度、氧化反應進行的速度都大大減慢,燒結瓷化完全通透難度增大,再加上大產量的要求,傳統的三帶劃分方式設計的窯爐結構已達不到要求。所以現階段的窯爐分9段結構設計,為 “預干段—氧化段—高溫燒成前段—高溫燒成后段—高火保溫過渡段—急冷段—緩冷段—強冷段—直冷段(尾冷段)”,相對來說,大大延長了窯爐的燒成段,大大提高了各段熱能的利用效率。相同條件下,在保證了質量的前提下提高了產量,促進單位能耗的降低,是有效的節能方法。
 
對于干燥窯來說,根據坯體干燥窯排水的特性,使生坯入干燥窯后盡早達到高溫狀態但又不裂磚,有利于坯體內水分子內外拆散速度同步,達到快速干燥的效果。所以根據坯體“升速階段—等速階段—降速階段—坯體保溫階段”合理地對干燥窯進行分段,十分有利于提高干燥窯的熱能利用效率。
 
對于干燥窯,在保證陶瓷坯體干燥效果和干燥質量不受影響的情況下,熱能的有效利用率對整體節能很重要。干燥箱體內空增大,能減緩熱風介質的對流速度,從而降低局部表面排水過快導致的開裂可能性,但又會因散熱面積太大而增大熱能損失。所以,選擇多層自循環式(緩慢多次循環)提高了干燥窯內的熱風的重復有效利用,對干燥窯本身內部的節能是有益的,這也是從薩克米公司引進的五層干燥器被行業(特別是大產量微粉拋光磚的企業)認可并被國內窯爐公司吸收推廣的重要原因之一。
 

2、窯爐的內寬內高結構

同樣的窯爐長度,產品工藝特性一樣,窯爐控制手法相似的話,產量加大,則窯爐的單位能耗相對而言會降低,這是普遍共識,也是行業極力推廣和選擇使用寬體窯的動力所在。但寬體窯并非越寬越好,還取決于燃燒設備能否有效解決窯爐水平溫差的問題,取決于陶瓷輥棒能否有效解決窯內磚坯水平同步行進的問題。
 
同樣,窯爐內寬選擇,還得根據產品而定,如果同樣窯爐長度,同排走磚數量不變的情況下,內寬再加寬,自然就增大了窯頂和窯底的散熱面積,相應的能耗還是會增大。以此類推,如果同樣窯爐長度,同排走磚數量不變的情況下,內高再加高,自然增大了窯墻的散熱面積,相應的能耗也還是會增大的。
 
實踐總結,窯爐的內寬和內高選擇,就生產控制上來說,對燒成產品的質量和產量,都有明顯影響,但是又不得不重視,同樣的燒成制度下,特別是窯爐壓力恒定情況下,窯爐內寬內高的增加,勢必要增大供給窯內的燃料和助燃風量,這樣一來,也就增大了窯爐的能耗。
 

3、窯爐的管路配置

影響到窯爐能耗的窯爐管路主要是煤氣管路(注:因為目前大多數建陶企業是用自制水煤氣燒成,所以本文中泛指水煤氣管路)、助燃風管路和排煙管路、余熱風管路。如果煤氣管路設置管徑太小,煤氣中的酚水分離就難以進行,而被送入窯爐蒸發成水汽,因蒸發吸熱增加燃耗外,水汽也增大了煙氣量,保證同樣的壓力則勢必增大排煙風機抽力,也就增大了電耗。
 
如果煤氣管路和助燃風管路設置得太靠后,則窯頭預干段和氧化段的溫度難以有效達到,則勢必得增大排煙風機的抽力以將溫度強行拉往窯頭,但是這樣既增大了熱煙氣排走量,多損失了熱能,同時因預干段和氧化段的窯內負壓太大,一方面被吸入外界冷風而一定程度上降低窯頭段熱能的熱效率,另一方面該段各噴槍燒嘴內的負壓太大,火焰未完全燃燒就被從燃燒室抽走,造成煤氣不完全燃燒而浪費了燃料。
 
對于助燃風而言,窯前段的爐膛溫度要升起來以提高氧化效果,則窯前段噴槍的煤氣供給量要大(因為氧化過程吸熱),那么對應的助燃風供給量也得增大,否則極易造成弱還原甚至還原焰燃燒,達不到該段氧化效果提高的目的,反而浪費了煤氣量。對于窯前段的熱能利用效率來說,排煙風機的抽斗管徑設計和排煙抽斗位置分布,尤其是輥上抽斗與輥下抽斗的分布方式與比例,影響很關鍵。而窯爐的余熱管道設計,又直接影響到窯爐余熱利用效果,對整體能耗來說也至關重要。
 

4、窯爐的燃燒室與噴槍的配置

窯爐的噴槍燒嘴磚內的通道,形成輥道窯的噴槍燃燒室,燃燒室的有效空間和火焰出口,直接影響到窯爐各支噴槍的火焰燃燒狀況與火焰射程;同時,目前配置的燒嘴磚是重質材質,導熱性能好,所以散熱也就大。
 
由此推理,燒嘴磚面積越大,散熱面積也就越大,自然也就影響到窯爐的能耗控制。
 
窯爐設計上,碳化硅燒嘴套比傳統的方形燒嘴磚的散熱面積小,同時窯墻上不需要重質的燒嘴過橋磚,有利于窯體節能控制。
 
對于噴槍而言,噴槍上的槍桿長度、助燃風的配送方式、旋風片的結構以及噴槍頭的分氣孔的布置,也都在一定程度上影響到該燒嘴噴槍的燃燒效率和火焰剛度火焰長度。
 
根據窯爐各段的功能不同,所需要的噴槍燃燒也會有所區別,根據窯爐不同段分別配置不同的燒嘴燃燒室和噴槍,有利于窯爐節能控制。
 

5、窯爐的分段燃燒設置

窯爐分段精細化,各段的功能不同,所以對應區域的噴槍燃燒也應該不同,特別是對應大產量的長窯爐來說,全窯統一采用一種煤氣壓力控制或助燃風壓力控制,會造成局部地區空氣過剩系數太大而浪費能耗。所以采用分段燃燒設置技術,有利于整體節能。同時,分段燃燒技術,還有利于磚坯燒成特性的及時針對性調整,在保證質量的前提下提高產量。
 

6、窯爐的散熱面積與散熱通道:

窯爐的散熱面積越大,相應熱損失也就會越大,窯爐設計時必須盡可能地減少窯爐窯體、熱風管管路的散熱面積,尤其高導熱能力區域的散熱面積。同樣,相同的散熱面積,其散熱通道會影響到單位時間內的散熱量,即散熱通道越順暢,其受外界熱交換的速度也就越快,熱損失也就越大,能耗也就越高。

 

7、窯爐的框架牢固度

窯爐的框架牢固度,直接影響到窯體耐火材料砌筑的緊湊性和密封能力,同時影響到窯爐在升溫和降溫過程中熱脹冷縮應力吸收的同步性,從而決定了窯體耐火保溫材料的抗破壞力,進而影響到窯體的隔熱保溫周期。當窯體框架一旦變形或破壞,則耐火材料也就容易變形和斷裂,從而降低了窯體的耐火隔熱保溫性能,能耗相應開始增大。
 

8、窯體熱脹冷縮應力吸收的結構

前面說到窯體熱脹冷縮產生的應力會破壞窯體結構的完整性,所以,針對各類型耐火材料和鋼結構組合時的膨脹縫設計合理性相當重要。
 

9、燒成方式的設計

燒成方式,指隔焰燃燒還是明焰燃燒,兩種不同的燃燒方式,對能耗的影響非常大。早些年的建陶行業還存在隔焰燃燒的原始“土窯”,但隨著窯爐技術的進步,這樣的燒成方式已被徹底淘汰。
 

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