輥道窯不同助燃風(fēng)加熱方式節(jié)能效果分析

胡乃友

摘 要：陶瓷行業(yè)是一個能耗較高的行業(yè)，尤其是噴粉塔、干燥器和窯爐三個環(huán)節(jié)需要消耗大量的能源。隨著國家對環(huán)保壓力的增大以及燃料價格的不斷上漲，節(jié)能減排必將是陶瓷產(chǎn)業(yè)的大勢所趨，因此，生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)都要加以重視，才能保證生產(chǎn)總成本的降低，提高產(chǎn)品的市場競爭力。本文介紹了輥道窯主要的助燃風(fēng)加熱方式，以及節(jié)能效果分析。

關(guān)鍵詞：輥道窯;助燃風(fēng)加熱;節(jié)能降耗

1 引 言

建筑陶瓷行業(yè)是我國能源消耗大戶，節(jié)能減排、低碳環(huán)保是陶瓷行業(yè)永遠(yuǎn)的追求，技術(shù)節(jié)能具有廣闊的發(fā)展空間。目前在陶瓷工業(yè)中使用的窯爐主要有：隧道窯、 輥道窯和梭式窯3大類。其中，輥道窯具有燒成速度快、燒成周期短、燒成溫差小等特點，已成為國內(nèi)建筑陶瓷廣泛使用的燒成設(shè)備。

隨著我國產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，節(jié)約能源、降低能源消耗，在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中的意義重大。因此節(jié)能降耗受到了個陶瓷企業(yè)以及窯爐公司的重視。用窯爐的余熱作為助燃風(fēng)，對窯爐節(jié)能有著非常明顯的效果?？諝忸A(yù)熱溫度每提高100℃，即可節(jié)約燃料 5%。自然界遵守能量守恒定律，同樣輥道窯的工作狀態(tài)下也遵守能量守恒定律，瓷磚在燒成過程中，有吸熱和放熱兩個過程。輥道窯爐中提供給瓷磚的熱來源于燃料燃燒時釋放的熱能和燃料本身及助燃風(fēng)本身帶入的熱能。瓷磚輥道窯內(nèi)最高溫度點高達(dá)1220℃左右，那么進(jìn)入窯爐的所有氣體就同樣被加熱到了1220 ℃。在整個燒成過程中，助燃風(fēng)是通過噴槍或氣幕風(fēng)進(jìn)入到窯內(nèi)的。沒有加熱的助燃風(fēng)只是車間的室溫，也就是20℃左右。助燃風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)后，被加熱到爐內(nèi)溫度點（最高處 1220 ℃左右）時，也是要吸收窯內(nèi)熱量的。由此不難理解，當(dāng)助燃風(fēng)被加熱之后再打入窯內(nèi)，吸收窯內(nèi)熱量就會比沒有加熱的助燃風(fēng)少，也就是說會節(jié)省一部分這方面的能耗。理論上助燃風(fēng)打入窯內(nèi)之前被加熱的溫度越高，在窯內(nèi)消耗的熱量就越少，相對來說就越節(jié)能。

助燃風(fēng)經(jīng)預(yù)熱后，空氣體積膨脹， 必然導(dǎo)致密度降低從而單位體積內(nèi)的氧含量減少，以及動力粘性系數(shù)增大，流動阻力加大，如果不采取有效的技術(shù)措施，燒嘴的燃燒能力將會下降，要保持燒嘴的燃燒能力不變。

（1）提高燒嘴前的助燃空氣壓力，以保證有足夠的空氣參與燃燒;

（2）增大空氣的流通面積，減小壓力損失，使單位時間內(nèi)流過的助燃空氣質(zhì)量保持不變。

我司根據(jù)高溫預(yù)熱助燃空氣的特點，優(yōu)化了助燃風(fēng)管道，減小了風(fēng)道的壓力損失，設(shè)計出新型的可用高溫預(yù)熱空氣的燒嘴，產(chǎn)品的能耗得到了進(jìn)一步的降低！

2 助燃風(fēng)加熱方式及節(jié)能效果分析

計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

（1）產(chǎn)量：800mm×800mm拋釉磚，20000平方米/天;

（2）燃料：天然氣（NG）;

（3）產(chǎn)品能耗：500Kcal/Kg瓷;

（4）產(chǎn)品單重：26Kg/m2。

耗氣量Q氣=20000×26×500/8300=31325 立方米/天/24=1305 m3/h;

（1）采用抽熱風(fēng)機(jī)抽取緩冷段的高溫空氣，通過安裝管道把緩冷段的高溫空氣打進(jìn)助燃風(fēng)機(jī)入口（可設(shè)計成全使用或部分緩冷段熱風(fēng)），可使窯爐助燃風(fēng)主管的溫度提高至150℃左右，經(jīng)過助燃風(fēng)主管保溫再送到每個燒嘴的溫度約為120℃。

1）助燃風(fēng)質(zhì)量計算。

根據(jù)以下計算得出助燃風(fēng)量V1：

V1=Q氣×N×α×（T1+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空氣質(zhì)量與天然氣質(zhì)量之比，查表得N=9.52;

α-空氣過剩系數(shù)，取1.2;

T1-加熱后助燃風(fēng)溫度150℃;

T0-環(huán)境溫度20℃;

V1=1305×9.52×1.2×（120+273）÷（20+273）=19，996 m3/h。

助燃風(fēng)質(zhì)量：M1=ρ1 V1=0.898×19996=17，956kg/h

式中ρ1-120℃空氣的密度，查表得ρ1=0.898kg/m3

2）加熱后的助燃風(fēng)提供的熱量

每小時熱空氣帶入熱量按公式Q1=Cp1 M1ΔT：

式中： Q1-120℃熱空氣帶入的熱量，kcal/h;

Cp1 -平均溫度70℃空氣的比熱容， 查表換算為：0.241kcal/kg.℃;

M1-助燃風(fēng)質(zhì)量，kg/h;

ΔT-加熱后助燃風(fēng)溫度-環(huán)境溫度，℃。

Q1=0.241×17956×（120-20）=432，740kcal/h熱量

天然氣熱值約為8，300 Kcal/m3

相當(dāng)于天然氣量： 432740÷8300=52 m3/h

3）每年利用此助燃風(fēng)加熱方式可以節(jié)省的費(fèi)用。

天然氣價格按3.5元/立方米，每天按24小時，每年正常生產(chǎn)日按330天，則每年按照此助燃風(fēng)加熱方式可節(jié)?。?/p>

3.5×52×24×330=1，441，440元/年

（2）采用抽熱風(fēng)機(jī)抽取緩冷段的高溫空氣，經(jīng)過急冷帶的不銹鋼換熱管再次把高溫空氣加熱，可使窯爐助燃風(fēng)主管的溫度提高至230℃左右，經(jīng)過助燃風(fēng)主管保溫再送到每個燒嘴的溫度約為200℃。

1）根據(jù)以下計算得出助燃風(fēng)量V2：

V2=Q氣×N×α×（T2+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空氣質(zhì)量與天然氣質(zhì)量之比，查表得N=9.52;

α-空氣過剩系數(shù)，取1.2;

T2-加熱后助燃風(fēng)溫度200℃;

T0-環(huán)境溫度20℃;

V2=1305×9.52×1.2×（200+273）÷（20+273）=24， 067m3/h。

助燃風(fēng)質(zhì)量：M2=ρ2 V2=0.746×24067=17，960kg/h

式中ρ2-200℃空氣的密度，查表得ρ2=0.746kg/m3 ? ? 2）加熱后的助燃風(fēng)提供的熱量

每小時熱空氣帶入熱量按公式Q2=Cp2 M2ΔT：

式中： Q2-230℃熱空氣帶入的熱量，kcal/h;

Cp2-平均溫度110℃空氣的比熱容， 查表換算為：0.241kcal/kg.℃;

M2-助燃風(fēng)質(zhì)量，kg/h;

ΔT-加熱后助燃風(fēng)溫度-環(huán)境溫度，℃。

Q2=0.241×17960×（200-20）=779，133kcal/h熱量，

天然氣熱值約為8，300 Kcal/m3，

相當(dāng)于天然氣量： 779133÷8300=94 m3/h，

3）每年利用煙氣可以節(jié)省的費(fèi)用

天然氣價格按3.5元/m3，每天按24小時，每年正常生產(chǎn)日按330天，則每年按照此形式的加熱助燃風(fēng)可節(jié)?。?/p>

3.5×94×24×330=2，605，680元/年。

（3）通常情況尾冷處抽出的余熱風(fēng)只有110℃左右，無利用價值，一般是直接排空處理。我們摩德娜公司研發(fā)的RCH余熱回收再加熱系統(tǒng)可以將此余熱風(fēng)作為緩冷段冷卻用風(fēng)，通過緩冷段熱交換管加熱，再次經(jīng)過急冷帶的不銹鋼換熱管把高溫空氣加熱到300℃左右的高溫，經(jīng)過助燃風(fēng)主管保溫再送到每個燒嘴的溫度約為270℃。

1）根據(jù)以下計算得出助燃風(fēng)量V3：

V3=Q氣×N×α×（T3+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空氣質(zhì)量與天然氣質(zhì)量之比，查表得N=9.52，

α-空氣過剩系數(shù)，取1.2;

T3-加熱后助燃風(fēng)溫度270℃;

T0-環(huán)境溫度20℃;

V3=1305×9.52×1.2×（270+273）÷（20+273）=27，629 m3/h。

助燃風(fēng)質(zhì)量：M3=ρ3 V3=0.65×27629=17，960kg/h。

式中ρ3-270℃空氣的密度，查表得ρ3=0.65kg/m3 。

2）加熱后的助燃風(fēng)提供的熱量

每小時熱空氣帶入熱量按公式Q3=Cp3 M3ΔT：

式中： Q3-270℃熱空氣帶入的熱量，kcal/h;

Cp3-平均溫度145℃空氣的比熱容， 查表換算為：0.242kcal/kg.℃;

M3-助燃風(fēng)質(zhì)量，kg/h;

ΔT-加熱后助燃風(fēng)溫度-環(huán)境溫度，℃。

Q2=0.242×17960×（270-20）=1，086，620kcal/h熱量。

天然氣熱值約為8，300 Kcal/m3。

相當(dāng)于天然氣量： 1086620÷8300=130 m3/h。

3）每年利用煙氣可以節(jié)省的費(fèi)用

天然氣價格按3.5元/立方米，每天按24小時，每年正常生產(chǎn)日按330天，則每年按照此形式的加熱助燃風(fēng)可節(jié)?。?/p>

3.5×130×24×330=3，603，600元/年

通過以上計算可以清楚的看到，采用第三種，我們摩德娜公司研發(fā)的RCH余熱回收再加熱系統(tǒng)節(jié)能效果最好，經(jīng)濟(jì)效益也最高。

3 結(jié)論

在實際生產(chǎn)中，有的陶瓷廠直接聲明不要助燃風(fēng)加熱，即使設(shè)置了助燃風(fēng)加熱系統(tǒng)，操作人員也不愿意使用。其主要原因是，當(dāng)窯爐疏磚時，余熱溫度有變化，造成窯溫不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量。其實，從另一個角度來考慮，我們應(yīng)該想方設(shè)法保證生產(chǎn)線的運(yùn)行通暢，盡量減少窯爐疏磚。從生產(chǎn)實踐中可知，保持生產(chǎn)滿負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

余熱回收利用，對于窯爐的節(jié)能，提高窯爐的熱效率是一條很重要的途徑，最有效的是用做助燃風(fēng)，提高助燃風(fēng)溫度，有利于提高燃料的燃燒溫度，加快燃燒速度，穩(wěn)定窯內(nèi)燃燒，提高助燃空氣溫度，也有利于提高燃料的燃燒效率，促進(jìn)燃料的完全燃燒，可做到節(jié)能降耗。如果余熱利用系統(tǒng)設(shè)計合理，完全有充足的余熱風(fēng)作為助燃風(fēng)使用。我們摩德娜公司研發(fā)的RCH余熱回收再加熱系統(tǒng)以及相配套的新型的可用高溫預(yù)熱空氣的燒嘴，可以比常規(guī)節(jié)能12%以上，窯爐煙氣基本上做到了零排放。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄒小芳， 李真霖， 程昭華. 影響輥道窯節(jié)能效果的十大因素之六——窯爐和干燥窯的余熱利用方法與途徑對能耗的影響[J]. 佛山陶瓷， 2015， 25（10）：35-37.

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