陶瓷工业窑炉能耗现状及节能技术

陶瓷工业窑炉能耗现状及节能技术一．陶瓷工业窑炉概况陶瓷工业窑炉按样式分：辊道窑、隧道窑、梭式窑。按热源分：燃油窑、燃气窑、电窑、微波窑。陶瓷产品主要分为：建筑陶瓷、日用陶瓷、卫生陶瓷、特种陶瓷。建筑陶瓷具有薄、平、规则的特点，全部采用辊道窑快速烧成。日用陶瓷根据产品的各自特点，小而薄的可采用辊道窑烧成；大而不规则的则采用隧道窑烧成。卫生陶瓷大多体型大，不规则，厚度不一多采用隧道窑或梭式窑生产。特种陶瓷根据产品的样式以及物理化学要求大多采用电辊道窑、燃气梭式窑或微波窑烧成。二．能耗因素影响陶瓷窑炉能耗的因素有：1.窑炉样式。隧道窑、梭式窑的窑车具带走的热量占窑炉总耗热的20%左右。国内辊道窑能耗在450—1200Kcal/kg瓷，隧道窑的能耗在1000Kcal/Kg瓷以上。2.窑炉结构。窑墙的保温蓄热性能、窑顶结构对于气体流动的影响、各种管道分布的合理性及对热量的利用率的影响。3.窑炉尺寸。窑炉宽度增加1m，单位制品的能耗大概减少2.5%。窑炉越长，窑头排烟带走的热量就越少。窑炉越高，散热面积越大，能耗越大。4.窑炉燃料。同样的温度要求下，洁净燃料所需的空气量和产生的烟气量少，排烟带走的热量就少。微波、电热、燃气、燃油、燃煤窑炉的能耗依次增大。5.窑炉材料。窑体材料的热导率越低，窑体散热越少，材料越轻，窑体蓄热越少。6.窑炉控制。目前国内大多采用计算机自动监测控制系统，合理调节窑内温度、压力、气氛，从而减少燃料消耗；合理调节风机和传动电机频率，减少无用功。7.窑炉烧嘴。目前国内新建窑炉大多采用高速预混式节能烧嘴，该烧嘴可调节空气过量系数，高速，减少宽断面温差。8.窑炉余热的回收利用。目前国内陶瓷窑炉基本都采用直接热回收利用的方式，如：加热空气、干燥坯体等，动力回收的很少。9.产品。产品的原料、规格、性能的不同，烧成参数也不同，能耗自然也不同，产品烧成温度降低100℃,单位产品热耗可降低10%。目前广东外墙砖的能耗大概为530—1000Kcal/Kg瓷，仿古砖480—700Kcal/Kg瓷，抛光砖530—800Kcal/Kg瓷，日用卫生陶瓷大概为1000—2000Kcal/Kg瓷。三.几种常见窑炉的能耗或节能成果。辊道窑：辊道窑因其机械自动化程度高、结构简单、产量大深受企业欢迎。由于承载产品的辊棒温度局限，最高温一般在1300℃以下。目前国内在燃气辊道窑节能方面做的比较好的有：佛山中窑窑业发展有限公司、中鹏机械有限公司和中瓷窑炉有限公司以及具有意大利血统的摩德娜机械和萨克米机械。中窑目前最新型最节能的窑炉：超宽体低热值燃气节能型辊道窑。该窑长328m、内宽2.8m、有效宽度2.5m、最高烧成温度1220℃、能耗≦500-650Kcal/Kg瓷、产量12000—25000m2/d、窑炉表面温度≦50℃、产品：抛光砖和釉面砖、燃料：发生炉煤气。该窑与普通窑炉的区别：1.超宽，超长使单位能耗降低。2.烧成带和预热带采用拱顶结构，解决了断面温差问题。3.由PID系统控制窑炉各变频器和风机。中鹏目前的窑炉是在宽体窑炉的基础上进行小的局部改造。该公司发明的外侧墙带导流通道减少了窑炉辊棒两边的漏气现象。该公司在福建通达陶瓷厂建的彩釉砖辊道窑能耗为530Kcal/Kg瓷，达到了国内先进水平。摩德娜机械首先采用了国外最先进的纳米微孔保温板，极大的降低了窑体的散热损失。该公司在余热的综合回收利用方面做的非常出色，用窑头烟气供给喷雾干燥塔，尾冷余热风在急冷区通过热管加热后做助燃风，冷却热风和冷却抽热送于坯体干燥器。基本能实现烟气的零排放，平均能耗能达到450Kcal/Kg瓷。隧道窑：隧道窑历史悠久，在窑炉结构方面发展的已经相对比较完善，更新换代比较慢。新建的隧道窑基本都采用了辊道窑宽体、扁平、模块化的结构。在节能降耗方面基本和辊道窑一样，唯一的不同之处在于隧道窑采用窑车、窑具承载烧成，根据窑车具能够承受的温度，窑内最高温能够高达1800℃，但由于制品的装卸在窑外，窑车、窑具带走的热量非常多，占窑炉总耗热的20%左右，所以新型轻质低蓄热节能材料的应用对于隧道窑的节能效果是很明显的。国内隧道窑设计施工经验比较丰富的主要有：湖北中浩窑炉、唐山陶瓷集团设计院、佛山亚琛窑炉。梭式窑：传统梭式窑采用的拱顶，烟道埋于地下，通过烟囱排烟。新型燃气梭式窑吸收了新型隧道窑的窑体结构。由于梭式窑是静态间歇式烧成，烟道出口烟气最高温度只比窑内温度低200℃，所以烟气的热量非常大，占能耗的60%以上，目前普遍采用的是助燃空气间接加热回收烟气热量；窑墙和窑车具的蓄热占能耗的15%左右，所以窑体和窑车具的蓄热性能和烟气热量的回收多少直接决定了能耗的大小。由于梭式窑的使用间隙不同，窑体蓄热的利用率也不同，所以能耗的大小没有可比性，但远高于隧道窑。梭式窑的设计安装技术比较成熟，基本所有的窑炉生产企业都可以承包。工业电窑：工业电窑主要分为：电辊道窑、电推板窑和电梭式窑。电辊道窑和电推板窑主要用于小型高科技产品零部件的大批量生产；电梭式窑则用于体型大的，数量少的特种陶瓷生产。由于电窑不产生燃烧烟气，只有少量产品分解气体，所以一般不回收排解气的热量，直接排入大气。该窑的能源利用率非常高，只有少量的产品和分解气显热损失和窑体散热损失，温度可以高达1800℃以上，但在陶瓷行业最高温度控制在1200℃以下；同样的产品和工作条件下，电窑比燃气窑炉普遍节能20%以上，双通道电窑比单通道电窑单位产品能耗低25%左右。由于电窑采用的是电热棒发热，主要利用热棒的热幅射和空气的对流和传导加热产品，容易产生大的断面温差，所以产品离热棒不能太远，产品表面离热棒距离最好相等，因而严重制约了电窑的推广应用。国内技术比较成熟的电窑制造企业有江苏前锦企业集团等。微波窑：微波窑由于控制精准，基本不产生余热，加热快且均匀，能耗低而收欢迎。在同样产品和工作条件，微波窑比普通燃气窑节能50%以上，比电窑节电40%以上。微波辊道窑受辊道耐温条件的限制，工作温度一般在1300℃以下；微波推板窑和梭式窑温度则可高达2000℃以上。目前工业微波窑大多采用0.915GHz和2.45GHz的微波频率。微波在空气中的渗透深度：2.45GHz为12.2cm;0.915GHz为33.3cm，由于微波穿透力的局限，制约了窑内空间的大小，限制了产品的大小，通常微波窑主要用来加热粉末状材料或薄片产品，替代电窑。目前国内在微波工业化方面比较领先的有隆泰微波热工。四．结论：目前陶瓷行业的主力窑炉是燃气窑炉，燃气窑炉普遍窑体大、散热面积大，平均占能耗的8.5%；烟气多、烟气带走热量多，平均占能耗的28.16%，抽出的冷却余热平均占能耗的42.91%，风机功率大，节能空间广阔。五．建议：针对目前的陶瓷工业窑炉现状，节能方案大体分为7种：1.整体更换：根据陶瓷产品的规格、形状、性能、产量，更换新型节能燃气窑、电窑、微波窑或电气混合烧成窑、燃气微波混合烧成窑，淘汰落后窑炉。2.局部改造：改造窑墙结构；改善烧嘴、管道布局；控制系统改造，如温度控制系统、风机和传动控制系统等。3.采用新节能燃烧技术如:高温空气助燃技术、富氧燃烧技术、脉冲燃烧技术等，改造燃烧器。4.余热直接综合利用和动力回收。直接利用是指用冷却抽热或热烟气加热助燃空气、干燥坯体、加热泥浆、做喷雾塔热源等。助燃空气预热温度越高，越节能。助燃空气预热到400℃比预热到150℃可节能17%，预热到600℃可节能28%。动力回收指利用转换装置转换烟气热能，如余热发电机、余热制冷空调等。5.采用新型隔热保温材料制作窑体、窑车具和管道。轻质砖、轻质砖与硅酸铝耐火纤维复合和全硅酸铝耐火纤维做车衬时,单位产品热耗分别是传统重质耐火砖做车衬时的91%、79.5%～85.8%和59.1%～66.3%。6.应用保温隔热涂料，直接涂抹窑体、窑车具和管道。如热辐射涂料（HRC），在高温阶段涂在窑壁耐火材料上，材料的辐射率从0.7升至0.96，可节能33074kcal/m2·h；在低温阶段涂上HRC后，窑壁辐射率从0.7升至0.97，可节能4545kcal/m2·h。7.使用节能型通用风机产品，开发新型窑用高效节能风机，可变频的具有恒流量变风压特性的风机等，提高通用风机的效率。六．结束语：本报告只是粗略的介绍了陶瓷工业窑炉在节能方面的现状和发展方向，数据大多来源于行专业文稿和各公司产品技术参数。本文的能耗仅指单位产品烧成能耗。刘向阳2011-8-9