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窯爐和干燥窯的余熱利用方法與途徑對能耗的影響

窯爐和干燥窯的余熱利用方法與途徑對能耗的影響

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2018/05/17 10:53
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  陶瓷輥道窯在實際生產操作過程中,均存在升溫燒成吸熱過程和冷卻定型放熱過程;在放熱過程中,在沒有能耗指標考核的企業里,有很多熱能容易被燒成技術人員操作所忽視而白白浪費了。不同的燒成控制人員,對陶瓷產品的燒成物理化學特性和陶瓷生產工藝流程的掌握度不一樣,體現出來的冷卻操控手法也不一樣,對冷卻過程中的余熱充分回收利用的效果也不同。那么在現實中確實體現出來對窯爐的能耗影響各不相同。本文我們重點探討“影響輥道窯節能效果的因素——窯爐和干燥窯的余熱利用方法與途徑對能耗的影響”。

  窯爐和干燥窯的余熱利用方法與途徑對能耗的影響

  干燥利用余熱的節能作用在筆者的記憶中,佛山陶瓷在90年代直至00年代初,那時的干燥窯結構還比較落后,對把窯爐冷卻余熱風利用到生坯的干燥過程的這種余熱利用率并不高,普遍存在單獨使用熱風爐來補充干燥熱風量的現象。就算是當時引進的國外立式干燥器,也是單獨設置有熱風爐的。整體來說,當時余熱利用效果很低。隨著燃料價格的不斷上漲,各陶瓷企業和窯爐公司才真正開始將節能降耗逐步擺上議事日程。干燥窯的分風管路結構、箱體內部結構以及保溫結構均在這一時間段發生了很大的改進。干燥窯開始充分接收窯爐排煙段和冷卻段分別送來的余熱,使生坯完全達到干燥效果,已經不成問題,自然原本配置的熱風爐也就關掉不再使用。到后來墻地磚生產線上的單層或雙層、甚至三層干燥窯設計時(注:現階段的寬體排管分風供熱式五層干燥窯另當另論,在本期后段作闡述),都不再考慮熱風爐的設計了,甚至于余熱風機進風口設計有吸冷風口和余熱風機出風口設計有熱風外排空煙囪。這一時間段的生產線節能效果取得了長足的進步。因為磚坯在輥道窯的冷卻段降溫所釋放的熱和對應產生的熱風,是比較干凈的熱源,所以應該盡可能輸送到干燥窯,是比較好的節能方案。當然,這里余熱利用節能效率如何, 取決于窯爐冷卻段的保溫蓄熱能力、窯爐冷卻段的氣密性、窯爐的余熱風機選型、余熱風抽風點的選擇、冷卻段擋火墻擋火板的設置和調節、余熱風管管徑的大小、余熱風管的氣密性和保溫隔熱性、余熱風管的沿程阻力大小、干燥窯接風落點、干燥窯的保溫密封性等等。干燥窯對余熱利用的節能方式,不僅只限于窯爐冷卻段的散熱過程中的余熱利用,還可以將從窯爐前段排煙風機抽走的熱煙氣,送往干燥窯的前段和中前段進行使用。這類煙氣溫度比較高,早些年有些企業熱工師傅擔心煙氣的含酸性物質具有腐蝕性,而且直接外排會造成嚴重的熱能浪費。因為排煙風機的熱煙氣流量大,風溫高,帶走的熱量比同條窯爐上的余熱風機帶走的熱能更多。到后來隨著節能降耗的需要和干燥窯設備結構技術的優化改良,排煙風機的煙氣熱也是絕大多數送到干燥窯去干燥生坯。因產品的生坯干燥特性需要和窯爐單位產量的提升,很多生產線上的干燥窯用不完窯爐排煙風機送來的熱煙氣。同理,由此在隨后的窯爐設計時窯爐排煙風機的進風口設計有進冷風調節閘板和排煙風機的出風口設計有外排空煙囪,并有閘板加以控制。同樣,這里煙氣余熱利用節能效率如何,取決于窯爐預熱段的保溫蓄熱能力、窯爐預熱段的氣密性、窯爐的排煙風機選型、熱煙氣抽風點的選擇、預熱段擋火墻擋火板的設置和調節、煙氣風管管徑的大小、煙氣風管的氣密性和保溫隔熱性、煙氣風管的沿程阻力大小、干燥窯接風落點、干燥窯的保溫密封性等等。總之,干燥窯盡可有的充分運用窯爐上的余熱,不讓排煙風機的熱煙氣和冷卻段的余熱風外排空,就會起來良好的節能作用。

  助燃風用余熱加熱的節能作用 助燃風用余熱風加熱,對窯爐節能有非常明顯的效果。陶瓷輥道窯的工作狀態下遵守能量守恒定律,瓷磚在燒成過程中,有吸熱和放熱兩個過程。在我們的氣體燃料輥道窯爐中提供給瓷磚的熱主要來源于燃料燃燒時釋放的熱能和燃料本身及助燃風本身帶入的熱能。窯爐內最高溫度點高達1200 ℃左右,那么進入窯爐的所有氣體就同樣被加熱到了1200 ℃。而在整個燒成過程中,近50%左右的時間段里有助燃風機通過噴槍或氣幕處打入助燃風進入窯內。通常這樣的助燃風只是車間的室溫,也就是20~40 ℃之間(冬天則更低溫)助燃風進入窯內后,被加熱到爐內溫度點(最高處1200 ℃左右)時,是要吸收很多的熱量的。由此不難理解,當助燃風被加熱之后再打入窯內,吸收窯內熱量就會比沒有加熱的助燃風少,也就是說會節省一部分這方面的能耗。理論上助燃風打入窯內之前被加熱的溫度越高,在窯內消耗的熱量就越少,相對來說就越節能,所以就有某些廠家將助燃風加熱到了400 ℃之多。但是不是助燃風加熱得越高溫越好呢?這就肯定不是了,因為窯爐是用來燒制產品的,產品燒制過程中是講究爐膛氣氛要求的,講究噴槍氣氛要求的,助燃風過高的溫度,必然導致密度降低從而單位體積內的氧含量減少,這是不利于氣氛要求的。在沒有產品質量和產量的前提下片面追求助燃風加熱節能,是沒有意義的。那么到底多高的助燃風溫度合適呢?這就要根據輥道窯燒制的產品的不同而不同。在這里,不作詳細討論。上述分析了對助燃風加熱,是肯定起到明顯節能作用的,那么助燃風如何加熱呢?這里我們主張對助燃進行分級加熱方式,充分利用到窯爐冷卻段的極有可能散失的余熱。主要從窯尾富氧的冷卻段抽取多余的熱風作為一級熱源,比如說緩冷段的間壁冷卻風;緩冷段的抽熱斗和輥棒下空間里抽出的熱風;強冷尾冷段里抽出的熱風。有了一級加熱了的助燃風熱源,再通過特定型號的助燃風機(助燃風加熱,則助燃風機必須特別定制)送到窯爐的比較高溫狀態的急冷段、高火保溫段,通過在這些區域內布置的回繞管道進行二級加熱,使助燃風溫度迅速提高,再通過嵌入窯墻內的助燃分支管路的設置,對通過各噴槍燒嘴進入窯內的助燃風三次加熱(或保溫),從而有效提高助燃風的溫度。在整個助燃風加熱過程中,必須服從產品燒制工藝特性的需要,對助燃風管路系統在管徑,走向、分支、接駁、保溫等等方面須詳細設計到位。

  原料車間用窯爐煙氣余熱的節能作用在陶瓷行業“環保處理”作為必修課之前,大多數陶瓷廠的窯爐煙氣通常只有兩種做法,一是送至傳統干燥窯作為干燥熱源之一,滿足了干燥窯的需求之外,多余的窯爐煙氣,一般采用外排空的方式直接對大氣釋放;第二種方式就是將窯爐煙氣直接對外界大氣釋放。窯爐煙氣外排,不僅給大氣造成嚴重污染,也是嚴重的能耗浪費。在2006年發展起來的寬體窯配套五層干燥窯的微粉拋光磚生產線上,不論是國外的薩克米窯爐還是國內某些窯爐公司設計的五層干燥,皆因窯爐煙氣濕度大容易導致五層干燥窯內分風排管孔堵塞而不使用窯爐煙氣作為五層干燥窯的熱源之一,取而代之是干燥窯另行采用煤氣燃燒機循環風干燥。這樣的生產線,因窯爐是寬體相對燒成窯單位能耗降低了,但熱煙氣外排的熱能損失也是相當大的,所以整體節能效果還是有待改進。從窯爐內抽出來的煙氣,溫度較高,特別是大產量的窯爐,有的排煙風機出風口的煙氣溫度達到400 ℃左右,這么高溫的煙氣任何的排空都是能耗浪費,如何充分利用這樣的余熱呢?有些廠家已經把這樣的熱煙氣通過大風管路引到原料車間,供噴霧塔作為熱源之一,這就是比較好的余熱利用方式。有的廠家對窯爐熱煙氣引到原料車間后進行間壁換熱器換熱使用,這也是很好的余熱利用方式。有的廠對集中脫硫的外排熱煙氣先進行換熱生產出生活用熱水,這也是余熱利用方式之一。總之,窯爐的熱煙氣在集中脫硫處理外排之前應當充分利用其余熱,可以起到進一步的節能降耗作用。

  尾熱用作生活用水加熱的節能作用窯爐的強冷段,產品出窯口,這些位置的熱風量充足,在生產實踐中,有不少的陶瓷廠家早已在這些位置自己加裝上了儲水箱,用這段的余熱來加熱水箱里的水,這樣的熱水送到職工生活區滿足于職員生活用熱水。這同樣是很好的節能措施之一。

  尾熱用作拋光烘干、包裝鋪貼的節能作用窯爐的強冷段、尾冷段,磚坯釋放出來的熱量形成的熱風,企業可用風機抽出送往拋光線進行拋光后成品磚坯的烘干;可以抽出送往瓷片的成品磚坯烘干;可以抽出送往外墻馬賽克鋪貼線上的烘干;可以抽出送往拋釉磚釉線生坯的烘干等等類似的余熱利用方式,都能起來很好的節能作用。

  尾熱用作蒸氣加熱驅動車間制冷設備的節能作用隨著對陶瓷企業窯爐冷卻過程的余熱熱能利用的研究,新的技術推出,將起了更加明顯的節能作用,比如:用尾熱風驅動車間的制冷設備,從而給崗位上員工的防暑降溫起到作用。又比如:用冷卻過程中多出的余熱抽出后集中驅動發電裝置,從而達到用余熱發電的節能降耗作用等等。

  結語輥道窯的節能降耗,是個永恒的主題;輥道窯的余熱利用,節能降耗,更有待于我們陶瓷生產的技術人員和管理人員不斷地總結經驗,不斷地深入摸索,不斷突破,在節能降耗方面做出更多的貢獻。

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