工業窯爐節能減排技術優化及實踐

王逸飛

（廣東環境保護工程職業學院，廣東 佛山 528216）

1 工業窯爐生產特點

現階段，我國大多數工業窯爐在設備結構、燃燒系統、熱能使用、絕熱材料、熱量檢測以及環境保護等專業技術水平比較落后，長期以往會導致產品綜合能量損耗水平較高，嚴重污染自然環境。所以在工業窯爐制造行業中，大力推行工業窯爐節能減排技術具有十分重要的作用和現實意義。

以現代化陶瓷行業作為實際案例，雖然我國在陶瓷生產基礎產量位居世界第一位，但是在實際生產過程中，普遍存在著能量消耗高、資源損失大、綜合使用率低等問題，深入探索其主要原因則是由于工業窯爐節能減排技術水平較低。而在工業窯爐設備基礎能耗方面，現階段發達國家的基礎能源使用率已經超過50%，而我國能源使用效率則僅僅達到了28%～30%左右。

國家發改委所頒布的重大節能工程實施意見文件中明確規定，工業窯爐改造工程已經位居重點節能項目建設內容，由此可見，現有各種工業窯爐的改造工程已經成為節能發展目標的關鍵因素之一，加上工業窯爐節能減排技術的研究和應用能夠最大程度縮小冶金行業與發達國家的技術差距，減少能源消耗，降低自然環境污染、提高產品生產質量等目標。

2 工業窯爐節能減排技術價值

窯爐設備作為工業發展的核心條件，對于工業進步和成長具有十分重要的中作用和現實意義，該設備主要通過充分燃燒燃料從而產生熱能物質。

按照行業生產模式一般分為水泥窯爐、蒸汽爐、玻璃窯爐、裂解爐等方面，所以窯爐行業未來發展趨勢應側重在環保行業，對于窯爐自身的基礎保溫效果來說，增加窯爐基礎燃燒率、熱能使用率、減少窯爐基礎散熱、提升窯爐耐火性能同樣成為提高要爐設備節能水平的重要途徑。

對于工業窯爐來說，設備隔熱保溫材料對于設備使用質量和效果具有舉足輕重的作用，只有使用高水平保溫材料，才能從根本上解決設備使用過程中對于環保型的實際需求。技術人員針對窯爐設備長期跟進和管理最終發現，窯爐設備節能改造技術方式相對比較復雜，比如：使用全新燃燒嘴、調整炭燒嘴布置與設定、完善碼胚防止位置、安裝煙道、對于梭式窯爐進行熱量利用、選擇適合的溫度檢測位置點以及控制方法、增加窯爐隔熱保溫性能等。所以此種技術手段在窯爐節能方面能夠減少窯爐結構體熱量分散的10%～20%甚至更高，窯爐設備的隔熱保溫性能對于提升熱效應、節省能源使用率十分重要。

窯爐設備使用過程中，其設備內部溫度一般需要達到350 ℃以上，而高溫爐窯運行溫度則能夠達到200 ℃左右，由于窯爐設備的使用性能比較特殊，此種設備使用現狀要求窯爐自身內部結構與保溫性能水平較高，隨著世界各個國家工業不斷進步和發展，窯爐同樣向大型化、高效化以及合理化方向發展，最大程度提升窯爐設備的節能率，

現階段窯爐設備所使用技能技術方式主要為窯爐材料的輕型化，其中代表性則是全纖體維護，其中蓄熱式窯爐設備則需要在熱流作用下進行余熱回收，所以需要使用計算機集散控制方式不斷提升基礎控制精度，最大程度提升節能性，此種現狀則是自然資源管理形式以及專業技術全面發展的基礎需求。除此之外，窯爐設備內部所使用的保護涂料基礎生產工藝較高，其涂料基礎耐溫性最高能夠達到1 800 ℃左右，并且涂料物質耐酸性以及耐堿性同樣較高。因此在窯爐使用和運轉過程中，需要使用熱容較小的輕質材料進行結構保溫，以此不斷減少熱量儲存和分散損失。

3 工業窯爐節能減排技術現狀

目前，我國工業生產過程中所使用的窯爐設備種類十分復雜，主要包含：迥轉窯、石灰熱工窯爐、耐火材料熱工窯爐等，設備所產生的熱量效率一般控制在25%～50%之間，并且至少可以拓展30%的節能潛力。除此之外，我國窯爐運作模式還包含燃油物質，由此可見，工業窯爐設備在實際運轉環節上，普遍還存在能源使用效率降低、自然環境污染嚴重問題，已經成為了影響我國經濟社會發展的主要制約和限制因素。

而在窯爐實際開展工業生產過程中，煤炭燃燒不穩定、炭燒裝置不合理以及煤炭不匹配等問題都成為造成煤炭工業以及窯爐運轉效率降低的主要原因，深入探索其主要原因則是由于窯爐在狹小空間內燃燒導致復雜耦合。因此技術人員需要通過開展相關的技術研究和探索，積極開發出高效、環保以及節能的處理技術和配套系統，最大程度減少窯爐設備的基礎運動力量。

近幾年，我國大多數城市和地區均使用了熱量電力供應、集中供熱等專業技術，能夠有效緩解工業能源污染。隨著工業化以及城市化基礎建設的不斷發展與進步，工業窯爐數量以及基礎燃煤數量仍然較大，加上我國主要以煤炭生產為主，所以工業窯爐在未來發展環節上仍然將長期、大量的應用在各個領域中。現階段我國工業窯爐燃煤技術以及運行狀態已經明顯低于其他領域的工業專業技術水平，因此要爐設備低效率與高污染問題急需轉變，已經引起了政府管理部門、科學技術行業的極大關注和重視。

針對此種現狀，我國發改委在工業生產節能長期規劃方案中明確指出：在文件規劃實施環節上，已經將工業窯爐節能改造視作為重點節能建設工程之一，以此作為基礎條件制定出工程示范實施方案。

4 工業窯爐節能減排技術優化及實踐

4.1 技術優化關鍵點

工業窯爐生產過程中，節能減排技術成為現代化工業生產的熱點內容，因此在施工現場總線則需要將控制系統應用在現場控制單元以及控制系統，由于該技術從本質上來看是一種數字化、雙向分布式信息化、冶金石化等專業生產技術，所以技術在各個行業被廣泛使用。近幾年，我國相繼開展對窯爐燃燒設備和控制系統的技術探索和研究，最終取得良好的處理效果。如表1。

表1 陶瓷能量消耗信息統計表

4.1.1 能耗模型建立

在工業窯爐節能減排實施過程中，能量消耗模型的建立則成為工業窯爐重要因素之一，為此技術人員需要構建出數字化窯爐實驗裝置、多功能實驗平臺，以此為后續能量模型和實驗提供基礎的燃燒參數、實驗條件、測試環境等核心條件。因此工業窯爐實際開展熱量參考結構體系建立時，應詳細探索信息測試精準程度以及數學模型。

為了有效解決工業生產過程中，窯爐設備生產用戶所需要的基礎生產質量水平，為此需要積極引進各種類型的性能檢測設備以及專業操作技術手段，比如：多位置點測試設備儀器、溫度傳感設備以及系統控制設備等智能化系統儀表，除此之外，應使用系統CFD應用軟件窯爐內部操作溫度、設備壓力數據以及設備運轉環境等信息測試、系統模擬技術處理以及信息分析，構建出典型窯爐基礎能耗動態信息模型，以此作為基礎條件詳細研究工業窯爐設備具體運轉和能量分散情況，有效為后續窯爐設備節能情況提供理論技術指導。

以工業窯爐設備以及陶瓷零部件生產流程作為實際案例，整個陶瓷設備實際生產流程由以下幾個環節構成。比如：陶瓷胚料以及陶瓷胚胎制作流程、產品燒制流程以及成型流程，因此技術人員實際開展工業窯爐節能減排技術研究過程中，首先將產品胚體經過技術干燥、修整以及施釉等進行技術處理之后，并且針對產生熱量損耗進行詳細分析和探索，最大程度減少輔助系統所消耗的電能。

4.1.2 燃燒系統優化

燃燒系統想要正常開展，其內部結構優化應積極探索和研究系統脈沖控制，所以需要同歸利用旋轉氣流工技術方式，結合噴氣模式飛機內部燃燒室內原理，同時使用反求方案設計、CAD技術等系統軟件相互結合的設計模式，為了保證系統可以正常運轉，需要使用CAD系統軟件有效模擬出工業窯爐設備的核心燃燒阻力參數、空氣燃燒結構比例、工業窯爐設備生產現場溫度、壓力變化等基礎參數，詳細研究窯爐布陣的最佳施工模式，有效研究出節能噴嘴將數字化工業窯爐實驗裝置和設備，開展窯爐設備的內部結構設計。

4.1.3 窯爐結構優化

工業窯爐在生產工程中具有各種不同類型的用途，確保用戶能夠根據自己對產品生產要求制定相應的生產模式，比如：能量消耗、污染控制指標等。同時隨著產品多樣化、節能減排及實際需求，如果單純使用傳統生產模式選擇窯爐內部形態。結構模式等則無法滿足現代化窯爐生產需求。因此技術人員需要基于傳統窯爐設備生產模式，模擬熱工學以及材料學等多個學科的專業理論知識，結合計算機仿真處理技術進行綜合探索和技術研究，有效對用戶所要求的窯爐型號以及體積開展結構設計，比如：窯爐幾何尺寸數據、生產參數以及保溫材料的選擇等。

4.1.4 生產控制優化

在生產模式優化上，想要保證窯爐設備建設質量和效果，需要在窯爐設備不同燃料在不同溫度環境下選擇最佳的燃燒基礎條件，結合脈沖控制、比例調整以及全新節能燃燒控制系統等，全面優化產品生產質量水平。所以在窯爐設備設計環節上，需要基于圖像信息處理監控系統，積極探索溫度、壓力以及自然環境等多變耦合控制技術方式，積極探索工業窯爐大慣性、強制性等熱工參數預測和控制。

除此之外，在工業窯爐設備以及生產控制系統管理環節，其控制系統需要積極引進現場總線控制技術，積極探索和研究出總線管理模塊。以此作為基礎條件，詳細開發出企業生產和控制策略，探索窯爐生產廢棄物處理和預熱處理技術，因此相對窯爐生產來說，窯爐所產生的余熱主要利用循環系統實現煙氣的合理處理。由于窯爐冷卻循環系統在處理工程中所產生的熱力能量比較清潔并且基礎溫度較高，為此需要使用攪拌風及坯體干燥技術，由于窯爐所產生的煙氣物質中包含不完全燃燒成分以及濕氣成分，所以能夠直接作用在胚體干燥技術，針對潔凈空氣經過技術加熱之后再利用。

4.2 技術優化實踐價值

本次研究主以窯爐生產作為主要研究目標，并且使用理論分析、實驗以及工程調整等相結合的技術方式，通過工業窯爐各種生產相結合的操作技術，并且利用施工現場線路管理技術手段，結合以太網控制系統，從根本上完善和優化工業窯爐節能減排技術運轉水平，合理使用計算機系統以及流體力學，生產和制造出合理使用脈沖控制技術，最終生產出可行的窯爐生產燒嘴。

除此之外，技術人員還應該積極研究出工業窯爐生產以及管理系統，比如：火焰圖像處理模塊以及總線模塊的技術開發，同時在此基礎條件上構建出數字化實驗裝置以及多功能燃燒實驗平臺，確保始終在窯爐最佳燃燒條件下開展溫度環境測試、壓力測試等。同時想要保證工業窯爐節能減排技術合理規劃和應用，還需針對工業窯爐用戶群建立網絡平臺，積極研究出數字化的窯爐生產裝置以及多功能試驗平臺，為網絡平臺的完善提供基礎實驗條件與專業技術作為系統化支持。

針對此種現狀，技術人員需要以窯爐節能減排處理技術作為主要研究目標和對象，并且結合窯爐實際情況使用現場總線以及網絡控制等先進的管理與信息通信控制技術，結合窯爐使用特點開展節能減排技術探索，有效研究各種全新節能工業窯爐設備。針對現有的科學技術以及項目研究成果所形成的系統優化以及集成技術，窯爐生產企業以及節能減排管理部門應建立數字化的試驗設備和多功能試驗平臺，以此作為基礎條件研究出脈沖控制以及比例調整相結合的燃燒專業技術，同時應用CFD系統設備，探索出全新的燃燒實驗平臺實現窯爐內理想的氣氛和溫度分布，實現窯爐燃燒系統的整體優化；面向用戶需求，進行窯型和窯體結構的優化。

除此之外，窯爐設備的優化還需要通過控制和低成本嫁接技術的研究，經濟隱去現場總線以及以太網管理技術，開發出企業窯爐生產質量控制系統，并且根據窯爐用戶群體構建出可持續化技術支持的網絡平臺，完成窯爐用戶與生產企業之間的合理化溝通。

5 結語

由此可見，工業窯爐節能減排技術經過系統優化和完善之后，將其應用在工業生產行業上能夠最大程度確保污染水平有效控制，全面推進我國窯爐設備發展進程，從根本上緩解能源以及自然環境污染問題。