淺談對硅酸鹽工業窯爐的改進

熊輝

摘 要 硅酸鹽工業在我國是能源消耗較多的一個種類，而硅酸鹽工業窯爐又是一種消耗能源最多且會產生大幅污染的設備。在提倡綠色生產的今天，對于硅酸鹽工業窯爐進行改造是十分有必要的，如何提高硅酸鹽工業窯爐的生產效率，以及防治硅酸鹽工業窯爐當中排出的難以處理的氮氧化物，都是我們所關注的課題。在本文中，筆者主要通過把握硅酸鹽工業窯爐的特點，來探析一些改進硅酸鹽工業窯爐的方法，以使這種設備在未來的生產當中能夠取得更好的工作成效。

關鍵詞 硅酸鹽工業 窯爐 改進

中圖分類號：TS3 文獻標識碼：A

我們知道，硅酸鹽工業在我國是能源消耗較多的一個種類，而硅酸鹽工業窯爐又是一種消耗能源最多且會產生大幅污染的設備。這種對能源的巨大消耗和對環境的嚴重污染已經迫使我們急需著手進行對硅酸鹽工業窯爐進行改造，以提高它的工作效率、節約能源、降低生產成本。下面我們將從實際出發，分析怎樣改進才能使窯爐更節能，減少環境污染。

目前據我們所知，硅酸鹽工業窯爐當中存在的問題之一是能源的有效利用率較低，而有效利用率低的主要原因則是能量具有量的守恒性和能質的不守恒性。只要解決了這個矛盾，我們的窯爐利用效率就能得到有效提高。對于解決這個矛盾，我們可以通過采用測試、統計、計算等方法，用熱平衡的各項技術指標來分析和掌握耗能狀況和用能水平，從而找出能源利用當中所存在的問題。但是，傳統的熱平衡分析法是以熱力學第一定律為基礎的，是從能量守恒的觀點來分析能量的利用程度。其觀點認為熱能的損失主要是煙氣帶走的熱和窯體散熱。它只分析了能量在轉化和傳遞過程中數量上的平衡，而沒有考慮能量在能質上的差異與變化。

針對以上這種狀況，我們可以采用有效能分析法進行對硅酸鹽工業窯爐效率的提升。所謂有效能，是指物系以完全可逆的方式變化到與環境處于熱力學平衡狀態時，物系對環境所作的功。它衡量的是物系所具有的能量的做功能力的大小。有效能分析法實質上是從過程推動力的觀點來考察能量的綜合利用情況，它不僅可以從能量的數量和質量的結合上來評價能量的品位，而且可對用熱過程和熱循環進行全面的熱力學分析。它關心的不僅是如何減少窯爐向外界泄漏和排放的能量，而且更注意如何減少窯爐內部各種因素和過程（如傳熱、傳質、燃燒、流動等）造成的能量損失。通過有效能分析法計算我們可以發現：硅酸鹽工業窯爐的最大熱能損失不在窯爐外部，而在窯爐內部。內部熱能損失，如燃燒過程和傳熱過程的損失高達50%以上。因此如何減少窯爐內部的能量損失才是節約能源的主攻方向。

有效能分析法應用了熱力學第一、第二定律，從能量的數量和質量的結合上評價窯爐的熱能利用情況，有效的克服了熱平衡分析法的不足，為窯爐的設計、操作和節能工作指出了方向與途徑。

硅酸鹽工業窯爐工作當中存在的另一個問題便是硅酸鹽工業窯爐中燃料燃燒引起的對大氣環境污染了，這其中危害最大且又難以處理的就是氮的氧化物了。而氮氧化物的生成主要是由以下幾個因素造成的：（1）燃料中氮化合物的含量。通過調查我們發現，氮化合物含量越高，氮氧化物的生成量就越多，如氣體燃料中氮化合物含量極少，故它燃燒時的生成的氮氧化物幾乎都是由空氣中氮轉化而來的；相反，固體燃料煤，特別是燃燒煤粉，煙氣中絕大部分的氮氧化物是由燃料固有氮化物轉化而來；而液體燃料則介于上述二者之間。（2）火焰溫度，即燃燒區的溫度。我們發現，所在的高溫下燃燒溫度愈高，氮氧化物越容易生成。（3）燃燒區中氧的濃度。該區氧的濃度增大，其生成速度就會增大。當氧含量合適時，燃燒溫度較高，更易生成氮氧化物；若空氣供應不足，氧含量減少時，則燃燒攝度下降，雖然這樣會使氮氧化物生成量減少，但會增多炭黑以及一氧化碳的生成量。如過?？諝饬枯^多，燃燒區中氧量與氮量雖然明顯增加，但由于此時燃燒溫度下降反而會導致氮氧化物生成量減少，同時氮氧化物濃度也被大量過?？諝馑♂尪陆怠?/p>

針對以上產生污染的因素我們可以具體采取以下措施：（1）從形成污染機理入手，改革燃燒室或窯爐的結構和形式。（2）高煙囪排放污染物。煙囪是窯（下轉第88頁）（上接第86頁）爐內煙氣的最后通道，其作用一是維持窯爐內正常的作業制度；二是將煙氣的有害物排放到高空，利用大氣的擴散和被自然界的吸收，從而減輕局部污染。這種方法最為簡單，投資小，無運行管理及制作問題。英國的建筑法規定，煙囪的高度為周圍最近構筑物高度的2.5 倍，是避免地面污染的最可靠煙囪設計方法?，F在我國國內設計煙囪的高度，除保證正常生產需要外，就是以有害物達到國家規定的排放標準考慮的。（3）煙氣再循環燃燒法。將一部分低溫排煙通過管道送入燃燒區的助燃空氣中與燃料一起混合燃燒，使燃燒區內氧氣相對濃度減少，便可以抑制氮氧化物的生成。（4）沸騰燃燒法。這種方法燃燒溫度比較低，氮的氧化反應進行的非常緩慢有利于抑制和防止氮氧化物的生成。

總之，如何提高硅酸鹽工業窯爐的生產效率，以及防治硅酸鹽工業窯爐當中排出的難以處理的氮氧化物，仍是一個值得我們進一步研究與開發的新課題。