兩次燒內墻磚生產窯爐余熱利用現狀的剖析

摘 要：本文是筆者對某工廠窯爐的結構及窯爐余熱利用方面存在的問題進行了詳細的梳理與分析，以及提出了相關的修改意見，供大家參考。希望對法庫以至全國的陶瓷行業節能減排起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：兩次燒；內墻磚；窯爐；余熱利用

1 前言

筆者在去年下半年有幸在沈陽法庫工作較長時間，由于工作的方便使筆者深入了解了法庫陶瓷產業園兩次燒內墻磚在生產中窯爐的結構及窯爐余熱的利用情況。本文是筆者對法庫某工廠窯爐的結構及窯爐余熱利用方面存在的問題進行了詳細的梳理與分析，以及提出了相關的修改意見，供大家參考。希望對法庫以至全國的陶瓷行業節能減排起到拋磚引玉的作用。

2 某陶瓷廠窯爐的使用現狀

（1） 兩次燒內墻磚的產量：日產20000m2；

（2） 產品規格：300mm×450mm、300mm×600mm；

（3） 素燒干燥器：長88.35m、內寬2.9m、干燥周期15min；

（4） 釉燒干燥器：長67.425m、內寬2.9m、干燥周期12min；

（5） 素燒窯爐：長195.75m、內寬2.9m、燒成周期33min；

（6） 釉燒窯爐：長214.35m、內寬2.9m、燒成周期36min；

（7） 窯爐模段長：素、釉燒窯爐均有燒嘴區為1.875m、無燒嘴區為2.325m；

（8） 燒成溫度：素燒1100℃、釉燒1150℃；

（9） 輥棒Ф55、輥棒中心距75mm；

（10） 能耗情況：每天用煤72t；

（11） 余熱利用情況：素、釉干燥器用的均是窯爐冷卻帶的余熱，兩條窯的排煙余熱全部排空，釉燒窯冷卻帶余熱除供釉燒干燥外，還有素燒干燥器。除余熱外，兩條干燥器都點有管式燃燒器，素燒干燥器使用15支，釉燒干燥器使用5支。窯爐冷卻帶的余熱含有急冷風、間接冷卻風、尾冷風三項，其由一個引風機送往干燥器。余熱管的布置形式如圖1所示；

（12） 素、釉燒窯的冷卻帶均占窯爐總長的40%；

（13） 未設助燃風加熱系統；

（14） 燒嘴燃燒室出口直徑為Ф60mm；

（15） 剩余的（未使用的）燒嘴很多。尤其是上燒嘴，素燒窯設置240支，實際使用144支；釉燒窯設置240支，實際使用72支；

（16） 釉燒窯爐排煙和干燥器排濕均為頂抽。

2 法庫某陶瓷廠窯爐的使用現狀分析

2.1 素、釉燒干燥周期長

該地區內墻磚的燒成工藝為低溫素燒、高溫釉燒。目前，該廠素燒干燥器長為88.35m，干燥周期為15min；釉燒干燥器長為67.425m，釉燒干燥周期為12min，與國內較為成熟的工藝相比，其干燥周期偏長。例如，山東地區其素燒干燥周期僅用10min，釉燒干燥周期僅用5min。在實際生產中，并不是干燥器越長越好，因為余熱量有限，如果將有限的熱量進入到較大的空間里，溫度會很快降下來。干燥器越長，需要一定溫度的風量越大，相應的排濕風機型號也大。如果量跟不上，溫度便提不起來，干燥效果就差。因此，該廠的使用現狀也說明了這一點，這就是為什么這么長的干燥器，還要使用大量管式燃燒器。需要消耗大量的燃料，才能保證干燥效果的原因之一。

2.2 釉燒窯的排煙余熱未利用

為什么要使用釉燒窯的煙氣，而不使用素燒窯的煙氣？這是因為釉燒窯煙氣水分低，燒成工藝采用高溫釉燒，煙氣溫度比素燒窯高。也就是說，釉燒窯的排煙水分低、溫度高，當然干燥效果就好，所以建議使用釉燒窯的煙氣。排煙風機的位置離素燒干燥器很近，送過去管路短，熱量不易散發，這部分余熱不利用將可惜。如果這部分余熱被充分利用，就會少使用一部分管式燃燒器，將節約很多的燃料。

2.3 供干燥器的余熱不應加入尾冷風

尾冷風溫度很低，大約為80℃，而緩冷區余熱的溫度可達250℃，如果將兩股余熱合起來，余熱溫度大約為180℃，經過近200m的距離輸送，到干燥器后僅剩下150℃左右了。因此，此溫度不夠干燥器使用，只能采用燃燒器提高溫度。如果去掉尾冷風，熱風溫度有250℃左右，送到干燥器后，至少還有220℃左右，此溫度將較夠用。

供干燥器的熱風需具備兩個重要條件，即應有充足的溫度和足夠的風量。在實際生產中，我們往往只考慮其一。當干燥器干燥效果不好時，我們一定要仔細分析，是因為量不夠，還是因為溫度不夠造成的，需對癥下藥，才能有好效果。否則，會適得其反。例如，因為溫度不夠影響了干燥效果，有人認為是熱風的量不夠，就想辦法加大余熱風的量，尾冷風也摻進來，其結果是余熱溫度降下來，干燥效果更差。另外，如果余熱風量很大，可能造成排濕風機排不出大風量，而使干燥器內熱風的流動性差，從而影響干燥效果。目前的窯爐設計是干燥器的余熱都不摻尾冷風，只有少部分的窯爐供應商還這樣做。例如，以前SACMI公司的窯爐冷卻帶所有的余熱利用一個風機抽出，近年也改為尾冷和緩冷風單獨排出的形式。

2.4 燒嘴區全部是短窯段

該廠的素、釉燒窯的燒嘴區均為短窯段，目的是加密燒嘴，而燒嘴加密相當于每個燒嘴的熱量變小。相對而言，燒嘴火焰的噴射距離變短，造成窯爐斷面溫差加大，尤其是寬體窯，后果更加明顯。此時調試人員就有可能采取加大助燃風的方法，將火焰打到窯爐中心，而助燃風量加大，會引起能耗增高。

我們知道，在實際生產中，窯爐的預熱帶所使用的熱量，比燒成帶要多，從這個角度來講，預熱區燒嘴加密，比較合理。而燒成區燒嘴加密，較不合理，會導致斷面溫差大。目前的長窯，其氧化區負壓大、溫度難升，所以加密這個區域的燒嘴，可緩解溫度難升的問題。但筆者建議，寧可用加大單個燒嘴熱功率的方法，也不要加密燒嘴，因為氧化區窯內負壓高，更容易造成斷面溫差。當然，設置短窯段，并不是該地區的普遍現象，但目前全國還有相當一部分人熱衷于這樣的設計。

2.5 冷卻帶的比例偏小

該廠的素、釉燒窯的冷卻帶均占窯爐總長的40%，如果是燒制拋光磚或普通一次燒釉面地磚，這個比例較合理，如果是燒制兩次燒內墻磚就會偏小。因為兩次燒內墻磚的燒成周期為30min左右，冷卻帶40%的冷卻時間為12min左右，冷卻效果很差。其實窯爐的分區是否合理，也會影響到窯爐的能耗。筆者從實踐得出，兩次燒內墻磚的窯爐，尤其是低溫素燒工藝，冷卻帶完全可加長，其好處為：第一，可達到節能的目的。如果冷卻帶增長，相應的預熱和燒成區就會變短，這樣點燃的燒嘴可以變少，可達到節能的目的；第二，可提高排煙余熱風的溫度。因為預熱和燒成區變短，排煙溫度會增高，也就是說去干燥器的余熱溫度變高，對干燥器的升溫有好處；第三，可以保證產品出窯的冷卻效果。

2.6 沒有助燃風加熱措施

其實助燃風加熱是窯爐最有效的節能措施，近兩年已被大多數陶瓷廠所接受。兩次燒內墻磚有兩條窯的余熱可用，干燥器熱風的用量又沒有拋光磚那么多，如果余熱利用系統設計合理，完全有充足的余熱風作為助燃風使用。有的陶瓷廠直接聲明不要助燃風加熱，在實際生產中，即使設置了助燃風加熱系統，操作人員也不愿意使用。其主要原因是，當窯爐疏磚時，余熱溫度有變化，造成窯溫不穩定，影響產品質量。其實，從另一個角度來考慮，我們應該想方設法保證生產線的運行通暢，盡量減少窯爐疏磚。從生產實踐中可知，保持生產滿負荷正常運轉，是助燃風加熱利用的必要條件。

2.7 燒嘴燃燒室出口直徑偏大

燒嘴燃燒室出口直徑如果偏大，會引起斷面溫差，也會引起能耗增高，尤其是寬體窯。因為出口偏大時，火焰噴射的距離相對較小，有可能達不到窯爐中間，此時調試人員不得不加大助燃風量使火焰達到窯爐中間，其結果造成能耗提高。

2.8 輥上燒嘴閑置太多

太多的多余燒嘴，不僅增加成本，而且對窯爐的使用也沒有好處。因為一般多余的燒嘴分布在預熱區，而這個區域負壓比較大，不用的燒嘴處，就會在負壓作用下往窯里漏冷風，造成預熱區溫度難升和預熱區的斷面溫差加大的現象。

2.9 釉燒窯爐排煙和干燥器排濕均為頂抽

實踐證明，釉燒窯爐排煙管路和干燥器排濕管路設計為頂抽，是導致釉面落臟的原因之一。因為，坯體帶進的坯粉會積聚在排煙口附近，在煙氣里的水汽和焦油作用下粘結成塊，在一定條件下會掉落在坯體上，形成燒成缺陷。

3 陶瓷廠窯爐的余熱利用措施

3.1 合理布置余熱風管

實踐可知，如果合理布置余熱風管路，兩次燒內墻磚窯爐的余熱足夠干燥器使用，并且還可以有剩余，剩余的可以用來加熱助燃風，不需要浪費燃料，完全可以去掉管式燃燒器，估計可節約煤氣10%左右。有人說，使用管式燃燒器是因為北方天氣冷的原因，其實，不僅在北方，就是在南方的福建、廣東等地區也有很多廠的干燥器在使用管式燃燒器。其實，筆者在與陶瓷廠談配置時，無論在北方還是南方，都發現有客戶要求干燥器設置管式燃燒器的例子，所有這些廠在筆者的說服下，都取消了這個想法，而這些干燥器在后來的實際生產中，也都很正常。因此，建議低溫素燒工藝時，將余熱管路布置成如圖2的形式。

3.2 對窯爐結構進行優化設計

建議素釉燒兩條窯爐的冷卻帶余熱用一根大的管子引去干燥器，而不要用兩根小的管子引去干燥器，因為一根管子相對散熱面積小，阻力也小。例如，兩種直徑余熱管效果的比較如圖3所示。兩根Ф700的風管的截面積相當于一根Ф1000風管的截面積，而兩根Ф700的風管的散熱面積是一根Ф1000風管的1.4倍，所以兩根Ф700風管余熱的溫度降得更快，所用材料也是一根Ф1000風管的1.4倍，較不合算。所以，兩條窯的冷卻帶余熱管，用兩條Ф700的風管，不如用一條Ф1000的風管，保溫效果又好，成本又低。

3.3 干燥器的長度要與干燥工藝要求相匹配

從以上分析可以看出，如果干燥器太長，導致占地面積大、投資成本高、干燥效果差。因此，需要根據該廠干燥器現在的長度和實際需要的長度綜合考慮，進行設計，其具體詳情見表1。

3.4 高溫區不要設計短窯段

高溫區不要設計短窯段，尤其是寬體窯。如果燒成區燒嘴加密的窯爐已建好，結構已無法改變，可以采取每個控制組關閉一對燒嘴的方法，來抵消因加密燒嘴帶來的不利因素。（下轉第36頁）

3.5 建議增加助燃風

實踐證明，助燃風提高100℃，可節能4%。

3.6 選用合適的燒嘴燃燒室出口

設計人員應不斷總結經驗，根據不同的窯寬，設計不同的燒嘴燃燒室出口尺寸。

3.7 配置合適的燒嘴數量

設計人員應深入生產實踐，了解不同的燒成工藝實際使用的燒嘴數量。

4 結語

從法庫內墻磚生產中窯爐的結構和余熱的利用情況來看，存在問題還較大，能耗的損失較多。如果加以改進，可有效降低13%的能耗。因此，建議窯爐設計工作者，應該深入了解不同燒成工藝窯爐的實際使用情況，設計出合理的窯爐結構和合理的余熱利用方式，不斷取長補短、總結經驗，才能使窯爐能耗降至更低。