新型节能窑炉技术交流
关键词:新型、节能、窑炉
一、前言
当前,能源的应用日趋紧张,而能源的价格不断上涨,节能已越来越成为国际窑炉技术的发展方向,它不仅可以降低成本,更能增加企业经济效益。陶瓷行业是一个高能耗行业,陶瓷窑炉的发展经历了从倒焰窑到装匣钵隧道窑再到辊道窑的过程,燃料也从烧煤到烧油再到烧气的过程,能源消耗大幅度下降,窑炉的能耗从20世纪80年代的占生产成本的40%~45%,降低到现在的30%左右,不但降低了生产成本,也提升了产品的市场竞争力。但和先进国家相比,还有很大的差距,由此可见,发展新型节能型窑炉势在必行。本文在对改进窑炉设计结构的同时调整工艺方面,进行了详细的探讨。
二、合理调整坯体干燥方式
在传统的坯体干燥基础上不断进行创新,采用独创的干燥技术,率先在同行业中采用"低温低湿、双面干燥、分段抽湿"的设计技术,彻底改变了传统干燥窑在高温高湿的干燥方式因供热量不够而增加大功率的热风炉,充分地利用了窑炉烟气和余热,冷却带的余热全部抽去干燥石膏模和半成品,排出的废烟气也可经过换热器,变成干净的热风再抽去干燥半成品,使窑炉的综合能耗大为降低。通过这一手段,每年不仅减少了大量的煤电消耗,更使企业节约大量的资金。
例如:干燥窑增加一台热风炉(2.5M3)补偿,热风炉烧咀功率为600Kw/h,同时增加一台热风炉引风机(30Kw)和一台热风炉助燃风机(4Kw),即一年增加使用成本为:
1、煤成本:600×831÷1250×24÷1000÷3.2×670×330=660000元;
2、电成本:(30+4)×24×0.05×330=13464元;
3、设备成本:80000元(风机、热风炉、风机平台等);
合计一年节约资金:753464元。
三、窑炉选用全轻质耐火保温材料
使用耐高温、导热系数小、规格尺寸准确的高质量耐火和保温材料,对于延长窑炉的使用寿命,减少散热损失至关重要。同时,窑体封闭严密,在辊棒内和辊孔砖处用相应温度的陶瓷纤维棉填充,减少了窑体热量损失,保证了窑内温度和气氛的稳定,提高了热效率,降低了能耗。根据实验,烧成带窑墙采用宜兴摩根热陶瓷公司的莫来石轻质砖,又使用了潮州华瑞科技有限公司的陶瓷纤维,因而保温性能良好,烧成带外表面最高温度为45℃,窑顶温度为78℃(测试时室内温度为24℃),大大地减少了热散失。采用高温型的硅酸铝耐火纤维,可提高陶瓷纤维抗粉化能力,又增加窑炉内传热效率,节能降耗,可使用多功能涂层材料,在高温阶段(900℃以上)将其涂在窑内壁耐火材料上,材料的辐射率由0.7升为0.96,可节能5%~8%。
据有关资料,轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比:质量轻、导热系数小、重量只有轻质材料的1/6、容重为传统耐火砖的1/25、蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30~1/10、窑外壁温度降到30~60℃。纤维节能方面,从总能耗的20.6%下降到9.02%,节能达到16.67%。另外,为提高陶瓷纤维抗粉化能力,增加窑炉内传热效率,节能降耗,可使用热辐射涂料材料,如热辐射涂料HRC。在高温阶段,将其涂在窑壁耐火材料上,材料的辐射率由0.7升为0.96,可节能138.3MJ/(m2·h);而在低温阶段涂上HRC后,窑壁辐射率从0.7升为0.97,可节能4547kCal/(m2·h)。虽然窑炉使用节能新材料、新技术在建设时投入大,但日后的运行成本低,总体上经济、合算。按照所测试P4窑散热损失21.98%的数据,现运行燃油消耗量为224kg/h,该窑炉如果使用节能新材料会增多50万元投资,但若按日后运行时因散热减少而降低12%的油耗算,则节油量为26.88kg/h,降低燃料成本约80元/h,故增加的投资只需260天即可收回。
应用轻质耐火材料可以解决热量损失占工业窑炉使用消耗24-25%的砌体蓄热损失和炉体表面的散热损失。以保证热工设备的经济效益,降低热能消耗保证窑炉的操作温度加速窑炉的周转期。
四、采用二级助燃结构
该系统通过空气中的各种气体高分子对膜的参透速率不同,从而分离出一定浓度氧气,提高窑内的氧气浓度,加快燃烧速度,缩短燃尽时间,促进燃烧完全,使自然风量及烟气量显著减少,火焰温度、辐射热随氧气比例的增加而显著提高,从根本上改变了火焰的普通燃烧方式,达到节能降耗的目的。经过数十家生产企业使用,证明能有效降低水煤气、柴油、重油等燃料成本,节能率达到10%以上,并提高了烧成质量,使中大型工业窑每年节能降耗可直接提高经济效益50万元至100万元。采用二级助燃结构,有效控制窑炉长度方向助燃风压力、温度和提高产品氧化效果,提高产品烧成合格率和优等率、缩短产品氧化时间,便于提高窑炉产量并达到节能降耗效果。
五、提高控制精度
窑炉方便和精确的控制是保证好的产品质量以及适应各种产品的关键,所有的操作全部采用工控机控制,自动化程度高;PC机可以编程和贮存数十条烧成曲线以便以后的生产;精确控制窑压,以保证温度的稳定,电脑控制烧成带微正压在2Pa左右的范围内;完善的安全保护设施和报警系统;同时为了减少断面温差,采用了新型的发散形碳化硅,同时对烧嘴位置的布置也经过了反复的推敲和验证。全新设计的高性能烧嘴和在烧成段精确的烧嘴布置新技术对提高产量和质量起到重要作用,并为更大规格产品烧制提供了可能性。采用计算机和仪表双重独立自动控制,仪表为PID功能的智能仪表,实行PLC连锁和管理,对全窑烧成情况进行有效监控。在全窑动力设备控制系统上,均设有变频调节装置,降低了电能的消耗。10kw以上的风机,辊道窑的传动系统,油泵,安装变频器,可节电10%~30%。
六、降低产品出窑温度,利用尾部产品热量助燃或干燥
由于采用了合理和充足的急冷,缓冷和抽热风系统,产品出窑温度只有66℃,显著改善了室内工作环境。窑炉的保温良好,散热小,产品出窑温度低,冷却带和废烟气的预热几乎全部利用,因此窑炉的热效率高达86.96%(其中烧成热效率为42.50%),达到了世界先进水平。如果能用窑炉的预热解决原料和半成品干燥,热风助燃,陶瓷的综合能耗可降低30%左右。中瓷窑炉有限公司为江西罗纳尔陶瓷厂设计投产的日产11000m2渗花抛光砖发生炉煤气辊道窑,把废烟气、冷却带的余热全部抽去利用,解决了原料的干燥,半成品铺贴后干燥,成品干燥,热空气助燃和职工洗热水澡的问题,全年可节约价值几百万元的燃料。
七、改善窑体结构
随着窑内高度增加,单位制品热耗和窑墙散热量也会增加,从节能角度讲,窑内高越低越好,使用液化石油气和天然气的窑炉内高可适当降低。随着窑内宽度增大,单位制品热耗和窑墙散热减少。一般来讲,瓷质砖的辊道窑,内宽为2.5m左右较好,釉面砖的辊道窑,内宽为2.8m左右较好。使用液化石油气、天然气,采用高速烧嘴和自控设备的内宽可适当加宽。当窑内宽和窑内高一定的情况下,随着窑长的增加,单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少。一般来讲,瓷质砖的辊道窑长在200~300m,釉面砖的辊道窑长在250~340m较好。采用高速烧嘴,提高气体流速是强化气体与制品之间传热的有效措施,一般可比传统烧嘴节约燃料10%~20%,目前高速烧嘴朝着高效节能低污染方向发展。例如,高效节能环保型蓄热式烧嘴,其优势在于当其中一个烧嘴工作时,另一个为排烟道并蓄热,以待其工作时预热空气,可以节约燃料10%~20%,降低废气的排放温度,达到节能高效低污染效果。
在节能环保方面走在了同行业的前列,做到了资源浪费最小化、社会效益最大化,在强调保一方净土、多一片蓝天,全社会动员,创造节能环保、节约型和谐社会的今天,在窑炉上也做到不惜投入,努力做着自己的贡献。
参考文献
谭绍祥等 陶瓷行业节能和发展循环经济的现状问题与对策(佛山)
谢炳豪 辊道窑热平衡测试数据分析及节能方向探讨(佛山)