关于辊道窑节能技术的思考

关于辊道窑节能技术的思考

黄俊初

黄俊初

（佛山市天禄智能装备科技有限公司）

摘要：对于建筑陶瓷及新兴的锂电行业来说，辊道窑是最大的耗能设备，因此，怎样进行辊道窑节能是所有相关企业最渴求的，本文从生产实践中探讨辊道窑的节能技术，供同行业参考。

关健词：辊道窑；节能；窑炉结构优化；余热利用

引言

目前我国雾霾污染严重而陶瓷产业又由过去的几大集中产业可扩大到全国各地区的陶瓷工业园化生产。新生产线的扩张，其产能是旧生产线几倍的增加，其能耗或污染排放物也随之增加。随着国家环保政策日趋严格执行。例如，2013年国务院大气治理"国十条"颁布以及国家发政委、国家能源局连续印发了文件，要求各地在发展“煤改气”成改用清洁能源天然气。全国各地陶瓷企业含污染物的烟气将由目前的自然排放或（简单处理）的排放，必须发展为强制治理达标后排放，否则，企业必将会被停业整顿或强制关停。

一、辊道窑炉的节能技术探讨

1.窑炉结构的改进

1.1窑炉加长加宽

对于新建窑炉来说，一般不再建传统的窄窑、短窑，而是建内宽在3.1m以上的宽体窑，长度一般超300m的长窑，从各企业的实际使用效果来说，这些窑炉的节能率一般可达20%以上。由于一般的老厂，受场地限制，实施难度较大，本文对此不做过多讨论。

1.2窑炉结构优化

对于陶瓷企业老厂来说，怎样在原来的厂房内，对辊道窑炉进行一系列的技改，达到节能的目标，是企业最渴望的。笔者在实践中摸索出以下几点供参考。

（1）窑体结构优化

在总窑长不能加长的情况下，可以优化窑炉的三带，即预热带、烧成带、冷却带的比例。这三带从设计上来说存在一定的分配比例，但不同的陶瓷企业，不同的产品配方，三带比例会有一定变化，不能太固化。对于老企业来说，窑炉的三带是否合适就是看产品的实际烧成效果，比如：如果产品难氧化，只要拉大产量就会出现氧化不好，黑心等缺陷，说明预热带偏短。烧成时，如果烧制温度非常高，产品容易后期变形，说明烧成区可能太短。如果产品出窑温度高，易风裂等，可能就是冷却带太短造成。重新调整三带比例后，窑炉总长度没有变，但产量往往可以提升，提升产量后，单位产品耗能就会下降。

调整好三带比例后，要评估原来窑炉空间是否合适，比如：有些窑炉原来设计时是生产600mm×1200mm产品的，竖进三件，内宽为2.5m，但后来实际生产时，只生产800mm×800mm及600mm×600mm产品规格，窑内浪费的空间大，完全可以考虑将内宽缩小至2.3m左右，燃耗会有较大下降。以下是一条生产抛光砖的辊道窑改造前后能耗对比，见表1。另外，窑体保温对节能也有较大影响，可以选用质量轻、导热系数小的新型节能保温材料，砌筑上取消传统的烧嘴砖，直接用标砖钻孔加碳化硅套筒的组合形式，可以达到减少窑炉散热的效果。窑内高温区内壁可以喷涂高温辐射涂料，也有一定的节能效果。窑炉外表面批一层保温层，也有较好的节能效果。

（2）供风、抽风系统优化

根据窑炉使用特点，如果要提产、节能就要想办法评估原供风、抽风系统管道是否合理，风机选型是否合造。一般对于老窑来说，往往原有的管路布局太疏、管径太小，抽风口太少等制约了产能的提升。这个时候可以适当加大供风管及抽风管。窑头段的抽烟口可适当加多几组，有利于更加灵活调节抽力。对于抽烟风机、抽热风机、冷却风机来说，可以考虑加大风机，选用流量大压力略低的风机并配用变频控制，不仅可以节电，也可以提升产能。另外冷却带效果不好也会制约产量的提升，可以在尾冷段加多几组供风口及抽风口，窑尾加些轴流风机进行强制冷却，对降低砖坯出窑温度效果较好。

（3）燃烧系统优化

窑炉节能的另一最重要的一块是燃烧系统的优化，对于老式窑炉来说，更换原有的普通喷枪为节能喷枪，视情况将有5~10%的节能效果。对于使用柴油、水煤气的陶瓷企业来说，可能觉得这些燃料质量较差，容易产生不完全燃烧从而造成燃料的浪费，具备节能潜能。但对于使用天然气的企业，可能会有一种误解：天然气是一种非常干净的燃料，燃烧效率几乎100%，还怎么节能。笔者做过测试，在同一条天然气辊道窑上，前后使用两种不同热值的天然气进行测试，第一种天然气高位热值为：37.02MJ/m3，窑炉的天然气单耗为：1.87m3/m2，在产品不变及烧成温度、周期等工况不变的前提下转用第二种天然气，这种天然气的高位热值为：39.01MJ/m3，窑炉的天然气单耗为：1.69m3/m2，经过对比，天然气热值增加了5.4%，但窑炉单耗却增加了9.6%，如果天然气完全充分燃烧，窑炉单耗应该增加在5.4%左右，事实上确变成了9.6%，很明显，天然气在窑炉使用中还存在不完全燃烧情况。

（4）窑炉余热利用

最早的辊道窑，窑头高温烟气、窑后段抽热风全部白白排入大气，造成热量的极大浪费。为了充分利用余热，目前的做法有：1）烟气、热气全部送往干燥器进行砖坯干燥。这是每一个企业会最先想到的节能技术，但注意的是，由于烟气中含有较多的水份，导致干燥器容易产生落脏缺陷，所有一般只用到一部份烟气，还有一部份烟气排入大气中，还是有热源的浪费。多余的烟气、热气也可以用于制冷、制冰，组建制冷通风系统供改善车间环境也有一定效果。2）有些企业将窑炉多余的热风通过保温性能良好的管道送至喷雾塔进行干燥。这项改造费用较大，对于余热较多的企业可以尝试，如果余热不多，经济性不佳。3）在窑炉冷却带加装换热管，通过热交换产生热水供员工用。此系统投资不大，但还是有一定的节能，要注意的是一般要加装电辅助系统，确保热水温度的稳定。4）窑炉助燃风进行加热。通过在冷却带加装换热管把空气加热后送往助燃风机，也有较好的节能效果。但要注意的是此项改造一般要加大助燃风管，风机也要更换成大流量耐高温的风机。

2.2配方、工艺改进

通过配方改进，降低烧成温度或缩短烧成周期也是一项较好的节能措施。企业通过配方攻关，提高钾含量，可以使烧成温度变宽，有利于快烧。另外，铝含量、钠含量对烧成温度影响较大，适当提高钠含量，降低铝含量有利于快烧，但同时也要考虑骨架的软硬，需通过试制找到最佳比例。另一方面，干燥器及辊道窑预热带排水速度的快慢对烧成周期有较大影响，在原材料的选择上，可以适当提高砂类用量，降低泥类用量，也有利于快烧。

二、辊道窑已取得可喜的进步

1.宽断面、长窑技术已日臻成熟

宽断面辊道窑不再只是把窑内宽扩大，更重要是研究和优化窑炉结构，配套相应的烧成技术和设备，其关键是缩小窑内各断面的温差，使烧成制品缺陷降低，加快烧成周期，减少制品带走的热量，降低能耗水平。经过十多年来的实践大家已产生共识：长窑、宽窑具有产量大、能耗低、综合效益好的优势，各大窑炉公司都在相互竞争。据统计数据表明宽体窑节能范围大概为１０～２０％，宽体窑炉与传统窑炉对比见表１。

2重视窑墙材料优化及纳米绝热保温材料的釆用

窑炉表面散热约占总热量的８～１５％。以轻质陶瓷纤维代替重质耐火砖，重量只有重质材料的１／６、容重为传统耐火砖的１／２５、蓄热量仅为砖砌式炉衬的１／３０～１／１０，窑外壁温度可降到３０℃～６０℃；可使散热总能耗从２０．６％下降到９．０２％，节能达到１６．６７％。

优质耐火材料的应用使窑墙结构发生革命性的变化；①减少窑墙的蓄散热；②减薄窑壁的厚度；③使窑壁的结构简单化。

3重视窑墙结构的创新及大规格辊棒的采用

利用挡火板、挡火墙的不同组合型式改变窑内热气流分布可以调控宽断面的截面温差。平顶、拱顶相结合除了有利于窑通道内气流搅拌外，用拱顶结构的设计燃烧空间增大，可有效增加截面中间部位辐射层厚度，增加传热能力；拱顶弧面有利于界面中部获得更多辐射传热；可更有效地克服平窑顶存在的界面热气流死角，大大改善截面的温度均匀性。另外，辊道窑烧成带中传热方式以辐射为主，占总传热的８０％左右，辐射传热的关键是温度和辐射层厚度，拱顶结构可增加辐射层厚度及温度均匀性。大规格高强辊棒功不可没。南海金刚新材料公司通过改进配方、工艺过程及设备，制备了大规格、超高温陶瓷棍棒及异型辊棒，除了减少在高温区断棒外，异型辊棒可以矫正砖坯的走向，使走砖平直，大大地提高烧成质量。

结束语

窑炉是陶瓷企业及锂电材料企业的高耗能设备，尤其是随着环保工作的要求越来越高，不少陶瓷企业开始改烧天然气，锂电材料企业窑炉使用电能，导致企业的生产成本会大幅上升，为了降低成本，在窑炉上进行攻关降低能源，会取得较好的经济效益。

参考文献：

[1]曾令可，陈凯，邹正红，等.陶瓷辊道窑节能空间分析[J].山东陶瓷，2015，

[2]刘涛，李萍，等.陶瓷窑炉的节能技术[J].中国陶瓷工业.2016

（上接第334页）

2.7建筑照明节能

建筑照明节能主要有两种途径，一是充分利用自然采光，以降低白天时人工照明对能源的消耗；二是采用绿色的照明产品和智能化的控制系统来提高能源的利用率和降低能耗总量。

2.8水资源的合理利用与节水

水资源短缺是目前人类所面临的最严峻的挑战之一，火电厂空冷技术的应用也是应对水资源短缺的途径之一，建筑中水的处理重复利用及雨水的汇流收集利用也是节水技术之一，同时也是建筑节能的重要组成部分。

电力系统是能源消耗企业，同时也是洁净能源提供企业，在用水上还要大力提倡节水器具的采购利用，以给社会节能做出表率。

2.9太阳能与建筑一体化技术

太阳能与建筑一体化技术是将太阳能技术融入到建筑设计中，同时继续保持建筑的文化特性，在应用中应从技术和美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合，做到整体外观的和谐统一，太阳能属于清洁能源，其利用前景应值得期待。

太阳能与建筑一体化技术，目前来看太阳能集热热水系统应用比较广泛，而建筑光伏一体化技术应用较少。

太阳能与建筑一体化技术在应用中要考虑同步设计、同步施工安装，以便节省建设成本。

3节能施工管理

国家在2007年已经出台了《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411—2007的规范标准，其内容主要包括对建筑节能材料设备的应用、施工过程控制及建筑节能工程的施工结果进行验收三部分。该规范突出了将建筑节能工程作为一个整体的分部工程纳入建筑工程验收体系，从设计、施工到验收形成一个闭合循环，统一了建筑节能工程施工质量验收标准，最终实现建筑节能工程的节能效果的提高。在节能施工管理中必须突出以下重点：

3.1施工图纸必须符合建筑节能要求，设计变更不得降低建筑节能效果。

3.2节能保温工程应选用经过技术鉴定并推广应用的建筑节能技术和产品以及其他性能可靠的建筑材料和产品，坚决杜绝采用命令淘汰的建筑材料和产品。在建筑节能分部工程验收前应进行现场实体检验，主要进行外窗气密性现场检测、围护结构墙体节能实体检验、系统功能检验。

3.3现场节能检测应请有资质的节能检测单位完成。

3.4加强冷热桥部位如外门窗周边，主厂房（锅炉房）柱与墙板连接部位、不同材料墙体连接部位等节点处保温隔热的施工管理及监督验收。

4火力发电厂建筑节能的现状及前景展望

我国的建筑节能工作迄今已开展了30多年，我国的建筑节能政策、标准及管理不断完善，技术水平逐年提高，但从行业及地域发展上来看，民用建筑行业好于工业建筑行业，北方寒冷地区好于南方夏热冬暖地区，而火力发电行业作为高耗能企业，在建筑节能方面的工作略显滞后，其主要表现对火电方面的设计院建筑专业人员配置较少，专业技术力量较民用建筑设计院偏弱，在建筑节能方面的专题研究基本是空白，使得主厂房、锅炉房、附属厂房等方面的建筑节能存在很多问题，目前虽然规划院牵头在编制火电厂建筑节能方面的导则，但由于投入较少，只限于借鉴消化民用建筑节能方面的一些做法，其深度和适用性还有待检验。另外，建筑节能在火电厂各个环节特别是建设单位、施工单位、监理单位、运行管理单位等方面的政策宣讲、知识普及、业务培训等方面还严重滞后。

5结束语

从发展的角度看，火电厂建筑节能的发展及应用还得从一定的高度来推动，从公司层面进行推动，业主单位引领支持，抓好设计、施工、检测、运行管理等各个环节的工作，最终推动火电厂向低碳节能环保的方向发展。

参考文献：

[1]龙惟定，武涌.建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]班广生.建筑围护结构节能设计与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.