淺析內(nèi)寬２．９米雙層輥道窯的節(jié)能效果

摘要本文通過計(jì)算實(shí)例，介紹了內(nèi)寬2.9m的雙層輥道窯的節(jié)能效果。結(jié)果表明，與單層窯相比，該窯可以減少窯體散熱16%以上，每天可節(jié)省1090kg氣化用煤。如進(jìn)行簡單的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，將上層窯底和下層窯頂合二為一，可再減少窯體散熱37%，每天節(jié)省氣化煤2033kg。

關(guān)鍵詞雙層，節(jié)能，輥道窯，改進(jìn)

1引言

陶瓷工業(yè)是一個(gè)高耗能、低產(chǎn)出的行業(yè)，近幾年來，世界性的能源高價(jià)格帶來的沖擊使很多企業(yè)陷入困境。為了減弱能源高價(jià)格帶來的影響，除了開發(fā)新產(chǎn)品、提高產(chǎn)品檔次以外，降低能源消耗也是一個(gè)大方向。從河南的情況來看，不論是日用陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷還是工藝陶瓷，最大的生產(chǎn)成本就是能耗成本，有的甚至達(dá)到總生產(chǎn)成本的50%。可以說，如果能大幅度地降低能耗成本，就能顯著降低生產(chǎn)成本。

要降低能耗成本，僅僅依靠建廠以后的生產(chǎn)技術(shù)管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須在工廠設(shè)計(jì)時(shí)采取一系列的節(jié)能措施，如選用大噸位球磨機(jī)、節(jié)能壓機(jī)、噴霧塔和設(shè)計(jì)、使用節(jié)能窯爐等。本文將從使用狀況、熱工計(jì)算、必要的改進(jìn)等幾方面分析內(nèi)寬2.9m雙層輥道窯的節(jié)能效果。

2內(nèi)寬2.9m雙層輥道窯的節(jié)能效果

內(nèi)寬2.9m雙層窯能夠節(jié)能是顯而易見的，但要定量地說明它能夠降低多少能耗則必須進(jìn)行計(jì)算。下面以窯長199.5m、內(nèi)寬2.5m的單層窯(含干燥窯內(nèi)寬3.1m、長140m)和與其產(chǎn)量相當(dāng)?shù)碾p層寬體窯為例進(jìn)行說明。當(dāng)生產(chǎn)600mm×600mm和800mm×800mm的產(chǎn)品時(shí)，換算出雙層寬體窯的長度和內(nèi)寬應(yīng)分別為149.1m和2.90m，干燥窯的長度、內(nèi)寬則按相同標(biāo)準(zhǔn)考慮。

2.1 節(jié)能的評價(jià)方法

本文所講的節(jié)能主要是指減少窯爐工作時(shí)散發(fā)到空氣中的熱能及其運(yùn)行所消耗的電能。通過減少其散熱面積或者降低表面工作溫度，達(dá)到節(jié)約燃料的目的；減少正常運(yùn)行時(shí)工作電機(jī)數(shù)量、減少裝機(jī)容量或者降低電機(jī)工作轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)約電力的目的。燒成溫度、排煙溫度的高低；窯內(nèi)工作壓力的大小；助燃風(fēng)、霧化風(fēng)的配量是熱工調(diào)試內(nèi)容，不屬于這里討論的范圍。

本文采取對比的方法進(jìn)行評價(jià)，主要比較這兩種窯爐的散熱損失和電力消耗。需要說明以下幾點(diǎn)：

（1） 窯爐的散熱面積只計(jì)算燒成帶和預(yù)熱帶部分；

（2） 兩條干燥窯、燒成窯所用材料的厚度、材質(zhì)一樣，其熱工性能亦相同；

（3） 窯爐車間全年平均室溫按25℃計(jì)算；

（4） 煤的氣化率按1:3計(jì)算，煤氣熱值按5200J/m³計(jì)算。

2.2 節(jié)省燃料計(jì)算

2.2.1原始參數(shù)

進(jìn)行窯爐的熱工計(jì)算，必須確定其主要結(jié)構(gòu)尺寸和一些工藝參數(shù)，根據(jù)窯爐實(shí)例確定的主要尺寸和工藝參數(shù)列于表1中。

2.2.2窯爐的散熱面積

根據(jù)表1計(jì)算出的結(jié)果列于表2中。

2.2.3窯體各散熱面的散熱功率、散熱量

根據(jù)熱工公式:Q＝α₁(t_w1-t₁)

式中：

Q—— 窯體外壁的散熱功率，W/m²

α₁—— 窯體外壁與空氣之間的對流輻射換熱系數(shù)，W/（m²·℃）

t_w1-t₁ —— 窯體相對于周圍空氣的溫差，℃

根據(jù)窯體的外壁工作溫度、車間環(huán)境溫度和相關(guān)資料查知的α₁值如下(右下標(biāo)表示散熱方向和平均工作溫度)。

向上散熱面各工作溫度下的α₁值：

α_1上·75＝14.8W/（m²·℃）

α_1上·60＝14.0W/（m²·℃）

α_1上·50＝13.6W/（m²·℃）

向下散熱面各工作溫度下的α₁值：

α_1下·50＝12.1W/（m²·℃）

α_1下·60＝11.2W/（m²·℃）

α_1下·50＝10.2W/（m²·℃）

垂直散熱面各工作溫度下的α1值：

α_1垂·75＝13.1W/（m²·℃）

α_1垂·60＝12.2W/（m²·℃）

α_1垂·50＝11.4W/（m²·℃）

把它們分別代入上述公式中，即可求得向上散熱、向下散熱和垂直散熱時(shí)的散熱功率。按每天24h、1kWh等于3600J計(jì)算，并根據(jù)表2中的散熱面積，可以得出每天散失的熱量。單層燒成窯燒成帶向上散熱面的散熱功率和每天的散熱量可計(jì)算如下：

Q_{單·燒·上}= 14.8×(75-25)＝740W/m²

設(shè)散失的熱量為K，單位為J，則有：

K_{單·燒·上}= 740×24×319.66÷1000

= 5677.16kWh≈2.04×107J

其它的計(jì)算依此類推，計(jì)算結(jié)果列于表3中。

2.2.4 計(jì)算結(jié)果分析

上述計(jì)算結(jié)果表明，單層燒成窯和單層干燥窯每天散失的熱量為10.34×107J；內(nèi)寬2.9m雙層燒成窯和干燥窯每天散失的熱量為8.64×107J，兩者相差1.7×107J，而產(chǎn)生這些熱量大約需要消耗1090kg煤碳產(chǎn)生的煤氣。換句話說，后者比前者減少散熱16%以上，每天可以節(jié)約1090kg的氣化煤。

2.3 電能節(jié)省計(jì)算

節(jié)省電能主要表現(xiàn)在工作電機(jī)少、裝機(jī)容量小、控制系統(tǒng)簡單、使用電纜電線短等幾個(gè)方面。

2.3.1減少傳動電機(jī)

按每三單元一個(gè)傳動電機(jī)設(shè)置，當(dāng)使用單層窯時(shí)，需要32臺0.75kW的電機(jī)；當(dāng)使用雙層窯時(shí)，只需要25臺電機(jī)。根據(jù)實(shí)測，當(dāng)窯爐寬度增加0.5m時(shí)，傳動電機(jī)的工作電流沒有明顯變化，增加量不足4%。等于比一般單層窯少用了6臺0.75kW的電機(jī)。這6臺電機(jī)每天需要消耗的電能大約是72kWh。

2.3.2減小排煙風(fēng)機(jī)的功率消耗

把燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣從窯內(nèi)排出需要一定的抽力，而它的大小是煙囪高度或風(fēng)機(jī)功率的依據(jù)。只有當(dāng)抽力大于煙氣流動的阻力時(shí)，才能把它排出去。一般抽力可用下式計(jì)算：

式中：

h_抽力 —— 煙囪或風(fēng)機(jī)抽力，亦即克服從窯爐零壓位

至抽風(fēng)口處的總阻力，kg／m²

∑h —— 各種阻力的總和

Υ_空 —— 周圍空氣的平均密度，kg／m³

Υ_煙 —— 排出煙氣的平均密度，kg／m³

Υ_0煙 —— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)煙氣密度，kg／m³

W_0煙 —— 煙氣排出時(shí)的流速，m／s

g —— 重力加速度，m／s²

Υ_0空 —— 標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣密度，kg／m³

t —— 溫度，℃

CO₂、H₂0、N₂、O₂、SO₂為煙氣中各組分的體積百分含量本文只對公式中主要參數(shù)的影響進(jìn)行定性分析 。∑h越大，說明需要消耗的功率越大，其影響因素有產(chǎn)生廢氣量的多少、距離的遠(yuǎn)近、通道的大小等。因?yàn)?.9m內(nèi)寬雙層窯的廢氣移動距離比單層窯短33.6m，所以其∑h也小；另一項(xiàng)影響比較大的因素是煙氣從煙囪排出的速度，它們的函數(shù)關(guān)系不是線性的，而是呈兩次方的關(guān)系；環(huán)境溫度和排煙溫度高，也會增加動力消耗，當(dāng)然，排出煙氣溫度過高時(shí)，燃料消耗也要大些。

3改進(jìn)措施

3.1 改進(jìn)目的

對雙層窯進(jìn)行改進(jìn)的一個(gè)主要目的，就是降低輥棒中心高度，改善操作性能。雙層窯最大的缺點(diǎn)是輥棒中心高，不方便操作。要想大范圍普及雙層窯，必須盡量降低輥棒中心的高度。下面分析一下這種窯的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在使用的雙層窯絕大多數(shù)在上下層之間都留有空間，這個(gè)空間是為了放置上層窯下部的煤氣管道和助燃風(fēng)管道的。如果不留這個(gè)空間，至少可以降低輥棒中心高度約200mm，能把高度由目前通行的1500mm降低到1300mm，實(shí)際上只比一般單層窯高出200mm，基本上克服了操作不方便的缺陷。

3.2 改進(jìn)辦法

要取消上下層之間的空間，必須解決好從動側(cè)上層窯下部管道(包括燃?xì)狻⑷加凸艿馈⒅硷L(fēng)管道)、窯頭輥下排煙管道、輥下急冷風(fēng)管道和干燥窯的抽濕排潮管道的安裝這四個(gè)問題。因?yàn)檫@些管道通常都是由主動側(cè)從窯底傳到從動側(cè)的，取消這個(gè)空間，就無法按傳統(tǒng)方式設(shè)置。下面就這四個(gè)問題進(jìn)行簡單分析：

（1） 上層窯下部煤氣支管可以改為在從動邊由上部連接，與輥?zhàn)拥雀咛幨褂貌讳P鋼軟管，它能夠移動而不影響穿抽輥棒操作。這樣設(shè)計(jì)不太美觀，但不影響使用；

（2） 助燃風(fēng)管可以設(shè)置于窯底內(nèi)部，不占用外部空間。從動一側(cè)由上部接下來，與輥棒等高處設(shè)計(jì)成可拆式，需要穿抽輥棒時(shí)，把它拆下來。因?yàn)樗窃诔叵鹿ぷ鳎S時(shí)都可以拆裝；

（3） 窯頭下部排煙改為窯內(nèi)設(shè)置，因排煙溫度一般都不太高，只有200℃左右，使用耐熱鋼板制作，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)，做成比較復(fù)雜的形狀，完全可以滿足在兩側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)的使用要求；

（4） 輥下急冷風(fēng)管也改成從上部供風(fēng)，中間用軟管連接，或者設(shè)計(jì)成可拆形式，以便在需要時(shí)拆掉；

（5） 干燥窯窯頭抽濕排潮管道在設(shè)計(jì)安裝位置時(shí)和上層窯的下部排煙管道錯(cuò)開，按前述做法亦可。

3.3 改進(jìn)效果

把上層窯的底部和干燥窯的頂部合二為一，可以減少兩個(gè)散熱面。由表3可知，去掉這兩個(gè)散熱面后，每天可以減少散熱損失3.17×107J，減幅達(dá)37%。折成燃料，約可節(jié)省2033kg氣化用煤。

4結(jié)語

內(nèi)寬2.9m雙層輥道窯是一種節(jié)能效果較好的爐型，通過計(jì)算分析，與一般窯爐相比，這種爐型每天可以節(jié)省超過1t的煤耗，同時(shí)還可以減少電力消耗。至于它存在的輥棒中心高、不易操作和容易出現(xiàn)橫截面溫差的問題，只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)改進(jìn)，采取必要的技術(shù)對策，就可以把輥棒中心高度降低到1300mm左右，基本能滿足操作使用要求。如果把上層窯底和下層窯頂合二為一，每天能夠節(jié)省兩噸多的燃料消耗。

本文只就這種窯爐的節(jié)能性能進(jìn)行了論述，沒有對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行說明。根據(jù)筆者粗略估算，內(nèi)寬2.9m雙層輥道窯在減少工程投資方面也是很有優(yōu)勢的，一般可以節(jié)省投資費(fèi)用15%以上。