陶瓷窯爐節能新技術應用及改造

林金宏

摘 要：珠江三角洲是我國經濟發達地區，由于歷史原因建成了數百家陶瓷企業，這些陶瓷企業既是耗能大戶也是污染大戶，所使用的多為煤、重油、工業柴油等含硫較高的燃料，燃燒產物是一個重要污染源。隨著全民對環保的重視、環保政策日趨完善，改用天然氣等清潔燃料是大勢所趨、可持續發展之道，而價格偏高的燃料費用增加了生產成本，所以企業必須將提高能源利用效率，節能降耗、清潔生產工作放在首位，如何在現有基礎設施上有效利用新技術、新設施實現低成本高收益的環保節能技術，一直是陶企技術人員關心、關注的事。

關健詞：陶瓷窯爐；節能；新技術；應用

1 背景

國內經濟的高速發展，環境污染問題日益凸顯，節能環保越來越被重視。在熱議之余，作為與陶瓷生產息息相關的上游設備——窯爐也逐漸加快了節能環保減排的步伐。隨著佛山市2017年陶瓷行業大氣污染深化整治方案的公布，當地政府要求區內所有以燃料油和煤作為燃料的陶瓷窯爐煙氣要進行脫硫處理，或者必須嚴格將燃油的含硫量控制在0.4%以內，而市場上實際可購買到的燃油其含硫量基本都在0.8%以上，遠遠超標。如果加裝環保設施，投資較大，運行費是一筆大開支。

基于上述因素，企業如何利用現有基礎設施在更換燃料的同時如何進行一系列的節能改造工作，將窯爐的余熱回收利用進行研發是陶企和窯爐公司持續改進提升的一項研究課題。

2 解決的思路和方法

（1）將燒成窯的高溫煙氣、熱風引入到干燥窯，減少燃料消耗。

即通過大型風管和抽風系統，將燒成窯（輥道窯）排出的高溫煙氣、熱風送入干燥窯進行陶瓷生坯干燥，實現余熱循環再利用，減少甚至最終取消了干燥窯的燃耗。同時進行窯爐加寬改造和把單層干燥窯改成雙層干燥窯，改造窯爐的保溫結構，在窯爐爐膛噴涂熱輻射材料，提高熱效率。

（2）更換清潔燃料提高燃燒效率，降低能耗。

更換和改造原有柴油輥道窯爐的整個柴油供應與燃燒系統，重新設計和配置一套天然氣減壓輸送和溫度自動控制燃燒系統；把燃料更換成清潔高效的天然氣。

（3）采用預混式燃燒器，控制最佳空燃比，減少排煙熱損失。

將現有燒嘴更換成預混式燃燒器，以配合天然氣的使用性能，并利用預混式燃燒器的燃料、空氣預先混合后再噴入窯中燃燒的原理，降低空氣過剩系數，提高燃燒效率，減少過多空氣造成的排煙熱損失，實現節能減排。

3 工藝流程和主要裝置

3.1窯爐煙氣余熱利用的工藝流程和主要裝置

通過大型風管和抽風系統，從燒成窯（輥道窯）的冷卻帶抽取熱風送入干燥窯的后段，從預熱帶抽取煙氣送入干燥窯前段，利用燒成窯的高溫煙氣、熱風進行陶瓷生坯干燥，實現余熱循環再利用，減少干燥窯的能耗。項目實施前，干燥窯和燒成窯各自有燃燒系統，燒成窯少量熱風送至干燥窯，但供熱量不足以滿足干燥窯所需熱能，仍需要干燥窯熱風爐燃燒供熱。見圖1。

實施后，干燥窯取消了燃燒系統和配套熱風機，燒成窯熱風送至干燥窯后段，煙氣送至干燥窯前段，廢氣分別從窯兩端抽入煙囪排出大氣。見圖2。

3.2窯爐燃料更換的工藝流程和主要生產裝置

更換和改造原有的柴油輥道窯的整個柴油供應與燃燒系統，重新設計和配置一套天然氣減壓輸送和溫度自動控制燃燒系統，窯爐上的240支燃油燒嘴全部改造更換，以適合天然氣的使用要求。更換燃料后停用75 kW霧化風機和油泵，減少風機用電，并且不需設置脫硫設備，節約大量電能和運行費用。

實施前燃料流程從總油罐泵入各車間中轉油罐，分二路輸往燒成窯和干燥窯。具體如下圖3。

項目實施后，生產工藝流程沒有發生改變，燃料由柴油改為管道天然氣，停用燃油霧化風機和油泵，同時由于燃燒效率提高、煙氣量減少，也適當減少了排煙風機的電耗。

3.3快冷區余熱回收利用

目前，輥道窯窯尾快冷區爐內熱氣溫度一般為200 ～ 300℃，余熱通常被浪費掉未能有效地加以利用，而在熱風爐和干燥器煤氣燃燒的過程中，都需要熱風進行增氧助燃。

現今有部分企業在快冷區內的風機設置了2條風管，一條吸入窯內的熱風，然后通過另一條風管將煙氣噴回窯內，在風機的吸力和推力作用下，窯內的氣體形成了一股攪拌的回旋風在窯內左右回旋。通過回旋風不斷與磚坯接觸，使空氣與磚坯得到進一步的熱交換，待煙氣和磚坯得到充分的熱交換后，使空氣能將磚坯的熱量帶出，然后通過風機將煙氣抽到干燥器中加以利用。磚坯余熱回收技術的應用，可使產品出窯溫度控制在150℃以下，不但讓磚坯的余熱得到進一步的利用，而且減少了產品的后期變形，改善了窯爐操作的工作環境。

3.4窯爐預混式燃燒系統項目的工藝流程和主要裝置

窯爐傳統上使用的是冷燃氣擴散式燃燒器，存在著燃燒速度緩慢，不易點燃、易熄火，火焰射流噴射速度不夠大，射程不夠遠，易脫火、離焰的缺陷。這些缺陷容易造成橫向溫差，造成色差、陰陽色等質量問題。為了解決這些質量問題，需加大助燃風流量，以提高火焰射流速度。但是加大助燃風量提高了窯爐正壓，造成窯爐散熱加大，同時排煙帶走的煙氣熱量加大，造成耗氣量、耗電量加大。而且窯爐正壓大，容易造成爐體損壞。

為此，對窯爐采用新的預混式二次燃燒系統，采用部分空氣與燃氣的分流與旋流的動力原理噴入預混腔體混合后，再通過火焰噴頭的內端碰撞后，從火焰噴頭的若干個旋流孔噴出燃燒，再與二次助燃旋流分流孔的空氣助燃燃燒。它可通過一次助燃空氣、二次助燃空氣的開關閥調整一次與二次的空氣比例滿足陶瓷窯爐的不同工藝要求。

預混式二次燃燒系統是由預混合裝置、送氣管道、擴散燃燒裝置三大部件組成。其主要機理是將空氣與燃氣通過兩條不同的輸氣管道采用分流旋流輸入預混合裝置的混合管腔體，在混合管腔體內造成可燃氣體分子與助燃氣體分子強制碰撞混合，再通過送氣管道輸送到燃燒裝置，撞擊混合管腔體出口噴頭內端后，從噴頭分流旋流口中噴出，此時的可燃氣體已含有一定比例的空氣，燃燒產生紫紅色的短火焰，短火焰在爐膛中形成爐氣，天然氣再與二次空氣分流旋流碰撞燃燒，同時二次助燃空氣可利用墻磚內的熱能提高助燃空氣溫度（預熱助燃風）及降低燃燒器噴火頭溫度，可有效防止回火、脫火和燒損燃燒器；受二次空氣噴射的推力，提高了爐氣的噴射速度，并形成旋流，使煙氣在爐膛中螺旋式推進，延長了煙氣在爐膛中停留的時間，從而降低了排煙溫度和減少煙氣量，達到降低排煙熱損失的目的，達到節能減排的效果。

其原理圖及技改前后的主要生產裝置如圖4所示。

4 結束語

實踐證明，陶瓷企業在現有設施基礎上更換天然氣作為燃料、將燒成窯的煙氣引入到干燥窯、快冷區余熱回收利用、采用預混式燃燒器等技術對陶瓷窯爐余熱利用是可行的，充分利用陶瓷窯爐中的熱量，既節約了能源，也對地球環境做出了一份貢獻。上述幾種節能方式已經在一些陶瓷企業采用，普遍反映取得了顯著的節能效益，其節能率為18 ～ 35%，日耗燃煤可節約20 ～ 30%，CO2，SO2，NOX及粉塵等污染物的排放總量分別減少16%、16%、16%和25%以上。

陶瓷行業作為高能耗、高消耗的行業，通過節能技術的實施、研發新型節能技術及設備、發展循環經濟和窯爐技術革新，都可以實現節能的目標，可為發展低碳經濟發揮舉足輕重的作用。陶瓷窯爐節能新技術的運用，將有力地推動陶瓷行業產業轉型升級，加快發展低碳經濟的步伐，從而為陶瓷企業建立節能、清潔、循環、低碳的新型生產方式提供強有力的科技支撐。

參考文獻

[1] 范新暉. 陶瓷輥道窯余熱綜合利用技術[J]. 陶瓷， 2014（9）：28-30.