某一級能耗日用瓷隧道窯熱平衡測試與節(jié)能分析

陳欽鴻，潘 明，楊 昭

（廣東省質(zhì)量監(jiān)督陶瓷燃?xì)飧G爐檢驗(yàn)站（潮州），廣東 潮州 521000）

2021年全國兩會，“碳達(dá)峰”和“碳中和”首次列入政府工作報(bào)告，陶瓷制品制造屬于非金屬礦物制品業(yè)，是高耗能行業(yè)。節(jié)能降耗不僅是提升產(chǎn)品競爭力的重要手段，更是“碳達(dá)峰”、“碳中和”和可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。

近年來，陶瓷燃?xì)飧G爐在潮州陶瓷產(chǎn)區(qū)應(yīng)用得越來越多，以隧道窯為代表，發(fā)展趨勢可用“寬體、薄殼、低蓄熱、強(qiáng)對流、高輻射、自動化、智能化”加以概括。窯爐制造水平不斷提升，窯爐能效水平不斷提高，燃耗日益降低。

推進(jìn)普遍性窯爐能效測試是推廣節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)，特別是通過熱平衡測試，能夠全面了解窯爐熱利用情況，進(jìn)行節(jié)能分析。雖然行業(yè)內(nèi)對窯爐能效測試的需求日益增加，但目前除了根據(jù)GB/T 23459-2009進(jìn)行熱平衡測試以外，尚缺乏統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對窯爐性能進(jìn)行節(jié)能評價(jià)。

因此，本文依據(jù)DB44/591-2009對隧道窯進(jìn)行能耗測試，篩選出能效最高的一級能效窯爐，依據(jù)GB/T 23459-2009進(jìn)行熱平衡測試及節(jié)能分析研究，旨在推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)及有益設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)做法。

1 能耗測試

1.1 參考技術(shù)依據(jù)

DB44/591-2009《日用陶瓷燃?xì)馑淼栏G能耗規(guī)范》。

1.2 測試中使用的計(jì)量器具與儀器

天然氣色譜儀、鉗形萬用表、臺秤等。

1.3 測試對象基本情況

68 m日用瓷隧道窯，基本情況見表1。

表1 隧道窯基本情況

1.4 能耗測試

表2 能耗測試

2 熱平衡測試

2.1 參考測試與評價(jià)依據(jù)

GB/T 23459-2009《陶瓷工業(yè)窯爐熱平衡熱效率測定與計(jì)算方法》。

GB/T 24565-2009《隧道窯節(jié)能監(jiān)測》。

2.2 測試中使用的計(jì)量器具與儀器

天然氣色譜儀、煙氣分析儀、紅外熱成像儀、手持式紅外測溫儀（400～2 000℃）、紅外測溫儀（30～500℃）、智能風(fēng)速儀、臺秤、卷尺等。

2.3 熱平衡測試

熱平衡測試評價(jià)主要指標(biāo)如表3所示，熱平衡計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3 熱平衡主要評價(jià)指標(biāo)

表4 熱平衡計(jì)算結(jié)果

3 熱平衡測試與節(jié)能分析

燒成帶產(chǎn)生熱量通過窯頭排煙引風(fēng)經(jīng)預(yù)熱帶、干燥帶對坯品進(jìn)行預(yù)加熱、烘干，熱量傳遞過程溫度逐步降低，而通過窯尾抽熱引風(fēng)進(jìn)行冷卻并充分利用抽熱余熱。

根據(jù)長期的實(shí)踐總結(jié)陶瓷窯設(shè)計(jì)根本原則，其中有兩條是：熱效率高、余熱利用好。

隧道窯不是單一的熱工設(shè)備，高效熱綜合利用取決于合理的排煙、抽熱引風(fēng)設(shè)置、窯爐內(nèi)部熱流動相互動態(tài)平衡。

根據(jù)表2各路拳法的應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)可知：1）沖拳和貫拳在比賽中使用的頻數(shù)較多，這也是諸多選手習(xí)慣操作和應(yīng)用最為廣泛的拳法技術(shù)，對于抄拳和鞭拳的應(yīng)用情況則相對較低，并且沖拳和貫拳的使用率占到拳法應(yīng)用總數(shù)的90%以上；2）對于各路拳法每局應(yīng)用的數(shù)量來看，沖拳占據(jù)明顯優(yōu)勢，然而出拳成功率卻較低，可見沖拳和貫拳戰(zhàn)術(shù)上屬于虛招，有利于配合其他技術(shù)動作的應(yīng)用和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)上的制衡；3）在各路拳法使用成功率上，鞭拳和抄拳的成功率是比較高的，可見這兩路拳法技術(shù)適合比賽中的關(guān)鍵制勝環(huán)節(jié)，對于戰(zhàn)勝對手取得比賽勝利有著決定性意義[8]。

3.1 熱流向與熱利用

通過測試發(fā)現(xiàn)：

（1）排煙風(fēng)機(jī)引風(fēng)在預(yù)熱帶進(jìn)行坯體干燥預(yù)熱，經(jīng)換熱后，排煙溫度僅為109.4℃，溫度較低，作為余熱繼續(xù)利用價(jià)值較低，煙氣直排，排煙散熱損失較小。

（2）從余熱利用來看，冷卻帶對產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，產(chǎn)品出窯溫度僅為55.9℃（見表5），冷卻換熱充分。

表5 相關(guān)參數(shù)

（3）該隧道窯總體熱流向偏向窯尾，通過抽取余熱氣體溫度高達(dá)365.7℃，具有極高利用價(jià)值，可作為余熱輸送至“干燥房”二次利用，大大提高余熱利用率及綜合熱效率。

（4）該隧道窯窯尾采用大風(fēng)量送風(fēng)，平均流速達(dá)37.47 m/s，氣體小時(shí)標(biāo)態(tài)流量高達(dá)6 214.48 m3/h（見表6），使冷卻帶熱量不易從窯尾出口處散失。

表6 窯爐各段引風(fēng)溫度、流量、熱量相關(guān)參數(shù)

3.2 節(jié)能分析與建議

3.2.1 預(yù)熱帶中煙氣換熱

預(yù)熱帶長度達(dá)21.20 m，通過排煙風(fēng)機(jī)引風(fēng)，抽取燒成帶釋放熱量，以預(yù)熱并干燥瓷坯中所含水分，需增加排煙風(fēng)機(jī)壓力。此時(shí)窯內(nèi)負(fù)壓增大，極可能導(dǎo)致窯頂與窯底產(chǎn)生溫差，有益做法是在此段內(nèi)側(cè)增設(shè)送風(fēng)氣幕朝燒成帶方向向下送風(fēng)。

一方面，窯頭送風(fēng)與煙氣交會，對煙氣產(chǎn)生行進(jìn)阻力，降低行進(jìn)速度，有利于煙氣熱量在預(yù)熱帶更為充分地進(jìn)行交換，充分預(yù)熱瓷坯排除瓷坯中的水蒸氣，最終排煙煙氣溫度僅為109.4℃，反映出煙氣換熱充分，直排熱量損失小。

另一方面，窯頭送風(fēng)使煙氣強(qiáng)制下行，降低窯頂部與窯底部間的溫差，提升窯內(nèi)溫度均勻性。此處分兩段測試預(yù)熱帶表面溫度，靠近窯頭部分由于送風(fēng)氣幕向下送風(fēng)的影響，窯墻與窯頂溫升達(dá)14.8℃，較靠近燒成帶部分溫升小，有利于煙氣直排前在預(yù)熱帶充分換熱，見表7。

表7 預(yù)熱帶窯體表面溫度 （℃）

3.2.2 冷卻帶中坯體換熱與余熱抽取

陶瓷燃?xì)飧G爐不是單一的熱工設(shè)備，其抽取余熱可輸送至干燥房，用于干燥模具、坯品等。

從結(jié)構(gòu)上來看，冷卻帶長26.4 m，較預(yù)熱帶（21.2 m）長5.2 m，使得產(chǎn)品可更為充分冷卻換熱，充分冷卻換熱后的產(chǎn)品出窯溫度僅為55.9℃，而抽取余熱溫度高達(dá)365.7℃。

其次，窯尾送風(fēng)采用大流速氣幕37.47 m/s，氣體小時(shí)標(biāo)態(tài)流量6 214.48 m3/h，僅次于排煙風(fēng)流量11 008.76 m3/h。一方面使熱量不易從窯尾出口處散失，另一方面增加冷卻帶中氣體擾動，提升冷卻換熱效果。

3.2.3 排煙溫度與產(chǎn)品出窯溫度

從排煙溫度與產(chǎn)品出窯溫度來看，該隧道窯在預(yù)熱帶與冷卻帶長度設(shè)計(jì)上較合理，排煙溫度與產(chǎn)品出窯溫度均反映出在窯內(nèi)已充分換熱，最終反映出熱效率與綜合熱效率均有所提升。即：排煙溫度低，熱效率高；產(chǎn)品出窯溫度低，余熱抽取多，綜合熱效率高。

4 總結(jié)

從隧道窯熱平衡測試結(jié)果分析來看，隧道窯熱主要來源于燒成帶中天然氣在燒嘴處燃燒釋放出來的熱量，隧道窯節(jié)能需要重點(diǎn)準(zhǔn)確把握兩個平衡，一個是預(yù)熱帶煙氣換熱平衡，另一個是冷卻帶成品冷卻換熱與余熱抽取的平衡。

4.1 合理的窯內(nèi)熱流向

隧道窯熱流向盡量以冷卻帶余熱抽取為主，排煙直排為輔，抽熱熱量可輸送至干燥房進(jìn)行二次利用。同時(shí)，預(yù)熱帶中干燥瓷坯水分所需熱量不應(yīng)全部依賴排煙引風(fēng)，可通過預(yù)熱帶燒嘴補(bǔ)熱補(bǔ)充熱量，避免因負(fù)壓過大，增加窯內(nèi)溫度波動。

4.2 合理的預(yù)熱帶、冷卻帶長度結(jié)構(gòu)

從測試結(jié)果來看，隧道窯應(yīng)合理匹配預(yù)熱帶及冷卻帶長度比例。增大冷卻帶長度，以提升余熱抽熱與成品換熱效率；減小預(yù)熱帶長度，避免因預(yù)熱帶、干燥帶長度過長，導(dǎo)致排煙引風(fēng)阻力增加，負(fù)壓增大，增加窯頂部與窯底部間的溫差。

4.3 在預(yù)熱帶中增設(shè)氣幕

在預(yù)熱帶中靠近窯頂內(nèi)側(cè)增設(shè)送風(fēng)氣幕，朝燒成帶方向向下送風(fēng)，強(qiáng)制煙氣下行，降低窯內(nèi)窯頂部與窯底部間的溫差，有利于煙氣熱量在預(yù)熱帶更為充分交換，干燥瓷坯中所含水分，降低排煙溫度，減少熱量散失。

4.4 在冷卻帶中增設(shè)大流速氣幕

在冷卻帶中增設(shè)往燒成帶方向大流速氣幕，一方面減少隧道窯出口處熱量散失，另一方面可提升窯內(nèi)氣體擾動，提升成品換熱效率，以增加抽取余熱溫度，提升綜合熱效率。