淺談空氣過剩系數對窯爐操控及節能的影響

王業勤　吳文武

(蒙娜麗莎集團股份有限公司　廣東 佛山　528211)

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淺談空氣過剩系數對窯爐操控及節能的影響

王業勤吳文武

(蒙娜麗莎集團股份有限公司廣東 佛山528211)

據中國科學院一項調查顯示，我國是全世界自然資源浪費最嚴重的國家之一，在59個接受調查的國家中排名第56位。我國的能源使用效率僅為美國的26.9%，日本的11.5%[1]。因此，推進節能減排迫在眉睫。對于“耗能大戶”之一的建筑陶瓷行業，其燒成輥道窯是其熱能耗用的主要設備，而建筑陶瓷工藝決定其產品燒成過程采取的是弱氧化氣氛，所以燃燒系統中的氧化劑——空氣(氧氣)要相對過剩，但該部分過剩的空氣又會在燃燒后帶走燃燒產生的顯熱，這勢必造成熱能的浪費。通過將燃燒過程中的空氣過剩量(即“空氣過剩系數”[2])控制在合理的范圍內，可在滿足產品燒成工藝要求的同時又能最大限度的實現節能。

空氣過剩系數節能窯爐

前言

過?？諝庀禂?又稱爐膛過剩空氣系數)，通常以燃料燃燒的實際燃燒空氣量與理論燃燒空氣量之比來衡量過?？諝饬康亩嗌?，它選擇合理與否，直接影響窯爐的熱損失，影響窯爐的熱效率。

窯爐燃料在燃燒過程中，需要充足的空氣以完成猛烈的氧化反應，空氣系數對窯爐燃燒工況及熱效率有著重要的影響，空氣系數偏小，爐膛中空氣供應不足，燃燒不良，將使窯爐的熱損失增大，會降低窯爐的熱效率；空氣系數過大，會使窯爐排出的煙氣量增多，將使窯爐排煙熱損失增大，也會降低窯爐的熱效率。因此空氣系數選擇合理否，取決于窯爐型式、燃燒種類、燃燒方式等因素，空氣系數選擇合理，會使能量損失減少，獲取較高的窯爐熱效率。

燃燒是燃料的物理與化學反應，它產生大量的光和熱。但是燃燒需要一定的條件：燃料中的可燃成分和空氣中的氧氣需按一定比例呈分子狀態混合，參與反應的燃料分子在與空氣中的氧分子碰撞時必須具有破壞舊分子和生成新分子所需的能量，具有完成反應所需的時間，這是燃燒與燃燒過程的基本原理[3]。根據燃燒原理及燃燒的基本條件，通過改進傳統燃氣燃燒器，使燃燒中燃料的可燃成分與空氣中氧氣的加速碰撞，延長空氣和燃料的混合時間，從而保障燃燒速度與混合氣體輸出速度的平衡，使其達到充分燃燒和提高火焰強度，最終實現減少過剩空氣量，從而達到節能的目的。

1　國內燃燒器使用現狀

目前國內普遍使用的傳統燃氣燃燒器是后混式燃氣燃燒器。其混合原理是邊進風、邊噴氣、邊混合、邊燃燒。由于空氣與可燃氣體的比容、容重差異較大，無法在短時間內混合均勻，因此，其空氣過剩系數不得不加大，一般在1.6～1.8，甚至高達2以上，這勢必在燃燒時使煙氣中的氧含量提高，降低火焰溫度，廢煙氣量增大，由煙氣帶走的熱損失增大。通過燃燒器的改進(如采用預混式二次燃燒器)，在確保燃料充分燃燒的前提下可實現充分降低空氣過剩系數，將其控制在1.05～1.15。

2　更換燃燒器前后的效果對比情況

實驗組對我公司J窯的改造跟蹤情況如下：J窯生產300 mm×450 mm規格蝶韻石(瓷片類)產品,使用的燃料為發生爐煤氣，計劃對所有燃氣噴槍(280支)全部更換為預混式二次燃燒器。通過燃燒器的改進減少燃燒過程中鼓入的氧化劑——空氣(氧氣)來降低空氣過剩系數，從而實現穩定產量、質量的前提下達到窯爐節能。

2.1窯爐改造前工況

首先對J窯改造前10 d進行跟蹤監測，其結果見表1。

表1　改造前窯爐工況監測(10 d的平均值)

對應計算其空氣過剩系數約為1.75。對應改造前10 d窯爐的生產情況見表2。

表2　對應改造前10 d窯爐的生產情況

2.2窯爐改造后的工況

更換為目標燃燒器后因燃氣與空氣的預混效果好，對窯爐助燃風機的開度(電機頻率)適當調小，經配套調整后助燃風機的最終頻率穩定在30 Hz。對應此時的空氣過剩系數約為1.10。

實測改造穩定后10 d的窯爐平均工況，并與改造前進行對比，對比情況見表3。

由表3對比可知，在外界環境相差不大的前提下，隨著空氣過剩系數由1.75調低至1.10可以達到以下目的：

表3　窯爐工況改造前后的的對比

①抽濕風和抽熱風的氧含量明顯下降，抽濕風和抽熱風的溫度也有所降低，這說明燃燒后煙氣帶走的顯熱明顯減少，節約了能耗。②抽濕風的一氧化碳含量有所增加但仍在合理范圍，說明更換了目標燃燒器后目前的空氣過剩系數已接近其極限，再降低可能會改變燃燒的氣氛制度。

2.3改造前后的對比結果

表4　最后匯總對比改造前后的窯爐生產情況和耗氣情況

由表4對比可知：

1)改造前后的生產情況基本穩定，即通過對燃燒系統的改造，在確保生產線產量和質量穩定的前提下可適當降低燃燒過程中的空氣過剩系數(按目前試用的燃燒器可將其控制在1.10左右)。

2)通過適當調整空氣過剩系數(從1.75降低至1.10)，窯爐節能可達9.79%。

1武力超，陳曦，顧凌俊.我國“十一五”期間各省節能減排的成效及建議.環境經濟，2010(10)：29～34

2李家駒.陶瓷工藝學.北京：中國輕工業出版社，2003

3韓昭滄.燃料及燃燒.北京：冶金工業出版社，1994

蒙娜麗莎集團股份有限公司國家認定企業技術中心資助研究項目。

王業勤(1979-)，本科，燒成車間窯爐主管；主要從事陶瓷窯爐的研究與管理工作。

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1002-2872(2016)09-0038-02