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如何控制窑炉、干燥窑能耗?从这9方面做起

如何控制窑炉、干燥窑能耗?从这9方面做起

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文:程昭华 李真霖
佛山市佳韵窑业技术有限公司/佛山市佳窑陶业技术有限公司
 
根据经验,一条生产线如果在结构设计上不合理,不仅会影响到日常的产质量达标与砖坯损耗,而且直接影响到窑炉的能耗控制。而窑炉干燥窑结构的合理性与否,直接影响节能效果,具体体现在以下方面:
 

1、窑炉或干燥窑的分段合理性与热介质循环利用率

窑炉传统的三带划分,是从“预热带—烧成带—冷却带”来粗略的划分。而现阶段,砖坯规格越来越大,压机成型压力越来越高,再加上产品工艺的特殊性(比如微粉砖、全抛釉、一次烧微晶砖、超平釉等),相比早期的单一坯料产品,砖坯入窑排水速度、氧化反应进行的速度都大大减慢,烧结瓷化完全通透难度增大,再加上大产量的要求,传统的三带划分方式设计的窑炉结构已达不到要求。所以现阶段的窑炉分9段结构设计,为 “预干段—氧化段—高温烧成前段—高温烧成后段—高火保温过渡段—急冷段—缓冷段—强冷段—直冷段(尾冷段)”,相对来说,大大延长了窑炉的烧成段,大大提高了各段热能的利用效率。相同条件下,在保证了质量的前提下提高了产量,促进单位能耗的降低,是有效的节能方法。
 
对于干燥窑来说,根据坯体干燥窑排水的特性,使生坯入干燥窑后尽早达到高温状态但又不裂砖,有利于坯体内水分子内外拆散速度同步,达到快速干燥的效果。所以根据坯体“升速阶段—等速阶段—降速阶段—坯体保温阶段”合理地对干燥窑进行分段,十分有利于提高干燥窑的热能利用效率。
 
对于干燥窑,在保证陶瓷坯体干燥效果和干燥质量不受影响的情况下,热能的有效利用率对整体节能很重要。干燥箱体内空增大,能减缓热风介质的对流速度,从而降低局部表面排水过快导致的开裂可能性,但又会因散热面积太大而增大热能损失。所以,选择多层自循环式(缓慢多次循环)提高了干燥窑内的热风的重复有效利用,对干燥窑本身内部的节能是有益的,这也是从萨克米公司引进的五层干燥器被行业(特别是大产量微粉抛光砖的企业)认可并被国内窑炉公司吸收推广的重要原因之一。
 

2、窑炉的内宽内高结构

同样的窑炉长度,产品工艺特性一样,窑炉控制手法相似的话,产量加大,则窑炉的单位能耗相对而言会降低,这是普遍共识,也是行业极力推广和选择使用宽体窑的动力所在。但宽体窑并非越宽越好,还取决于燃烧设备能否有效解决窑炉水平温差的问题,取决于陶瓷辊棒能否有效解决窑内砖坯水平同步行进的问题。
 
同样,窑炉内宽选择,还得根据产品而定,如果同样窑炉长度,同排走砖数量不变的情况下,内宽再加宽,自然就增大了窑顶和窑底的散热面积,相应的能耗还是会增大。以此类推,如果同样窑炉长度,同排走砖数量不变的情况下,内高再加高,自然增大了窑墙的散热面积,相应的能耗也还是会增大的。
 
实践总结,窑炉的内宽和内高选择,就生产控制上来说,对烧成产品的质量和产量,都有明显影响,但是又不得不重视,同样的烧成制度下,特别是窑炉压力恒定情况下,窑炉内宽内高的增加,势必要增大供给窑内的燃料和助燃风量,这样一来,也就增大了窑炉的能耗。
 

3、窑炉的管路配置

影响到窑炉能耗的窑炉管路主要是煤气管路(注:因为目前大多数建陶企业是用自制水煤气烧成,所以本文中泛指水煤气管路)、助燃风管路和排烟管路、余热风管路。如果煤气管路设置管径太小,煤气中的酚水分离就难以进行,而被送入窑炉蒸发成水汽,因蒸发吸热增加燃耗外,水汽也增大了烟气量,保证同样的压力则势必增大排烟风机抽力,也就增大了电耗。
 
如果煤气管路和助燃风管路设置得太靠后,则窑头预干段和氧化段的温度难以有效达到,则势必得增大排烟风机的抽力以将温度强行拉往窑头,但是这样既增大了热烟气排走量,多损失了热能,同时因预干段和氧化段的窑内负压太大,一方面被吸入外界冷风而一定程度上降低窑头段热能的热效率,另一方面该段各喷枪烧嘴内的负压太大,火焰未完全燃烧就被从燃烧室抽走,造成煤气不完全燃烧而浪费了燃料。
 
对于助燃风而言,窑前段的炉膛温度要升起来以提高氧化效果,则窑前段喷枪的煤气供给量要大(因为氧化过程吸热),那么对应的助燃风供给量也得增大,否则极易造成弱还原甚至还原焰燃烧,达不到该段氧化效果提高的目的,反而浪费了煤气量。对于窑前段的热能利用效率来说,排烟风机的抽斗管径设计和排烟抽斗位置分布,尤其是辊上抽斗与辊下抽斗的分布方式与比例,影响很关键。而窑炉的余热管道设计,又直接影响到窑炉余热利用效果,对整体能耗来说也至关重要。
 

4、窑炉的燃烧室与喷枪的配置

窑炉的喷枪烧嘴砖内的通道,形成辊道窑的喷枪燃烧室,燃烧室的有效空间和火焰出口,直接影响到窑炉各支喷枪的火焰燃烧状况与火焰射程;同时,目前配置的烧嘴砖是重质材质,导热性能好,所以散热也就大。
 
由此推理,烧嘴砖面积越大,散热面积也就越大,自然也就影响到窑炉的能耗控制。
 
窑炉设计上,碳化硅烧嘴套比传统的方形烧嘴砖的散热面积小,同时窑墙上不需要重质的烧嘴过桥砖,有利于窑体节能控制。
 
对于喷枪而言,喷枪上的枪杆长度、助燃风的配送方式、旋风片的结构以及喷枪头的分气孔的布置,也都在一定程度上影响到该烧嘴喷枪的燃烧效率和火焰刚度火焰长度。
 
根据窑炉各段的功能不同,所需要的喷枪燃烧也会有所区别,根据窑炉不同段分别配置不同的烧嘴燃烧室和喷枪,有利于窑炉节能控制。
 

5、窑炉的分段燃烧设置

窑炉分段精细化,各段的功能不同,所以对应区域的喷枪燃烧也应该不同,特别是对应大产量的长窑炉来说,全窑统一采用一种煤气压力控制或助燃风压力控制,会造成局部地区空气过剩系数太大而浪费能耗。所以采用分段燃烧设置技术,有利于整体节能。同时,分段燃烧技术,还有利于砖坯烧成特性的及时针对性调整,在保证质量的前提下提高产量。
 

6、窑炉的散热面积与散热通道:

窑炉的散热面积越大,相应热损失也就会越大,窑炉设计时必须尽可能地减少窑炉窑体、热风管管路的散热面积,尤其高导热能力区域的散热面积。同样,相同的散热面积,其散热通道会影响到单位时间内的散热量,即散热通道越顺畅,其受外界热交换的速度也就越快,热损失也就越大,能耗也就越高。

 

7、窑炉的框架牢固度

窑炉的框架牢固度,直接影响到窑体耐火材料砌筑的紧凑性和密封能力,同时影响到窑炉在升温和降温过程中热胀冷缩应力吸收的同步性,从而决定了窑体耐火保温材料的抗破坏力,进而影响到窑体的隔热保温周期。当窑体框架一旦变形或破坏,则耐火材料也就容易变形和断裂,从而降低了窑体的耐火隔热保温性能,能耗相应开始增大。
 

8、窑体热胀冷缩应力吸收的结构

前面说到窑体热胀冷缩产生的应力会破坏窑体结构的完整性,所以,针对各类型耐火材料和钢结构组合时的膨胀缝设计合理性相当重要。
 

9、烧成方式的设计

烧成方式,指隔焰燃烧还是明焰燃烧,两种不同的燃烧方式,对能耗的影响非常大。早些年的建陶行业还存在隔焰燃烧的原始“土窑”,但随着窑炉技术的进步,这样的烧成方式已被彻底淘汰。
 

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