浅谈陶瓷窑炉节能现状

浅谈陶瓷窑炉节能现状目前，建筑卫生陶瓷及其相关行业用窑炉大致有：隧道窑、轨道窑、梭式窑、推板窑、熔块窑等。个别产业还涉及到转窑、钟罩窑、电窑等其他窑炉等，但对于建筑卫生陶瓷的整体而言，相对数量占比有限，讨论时可以附带而不是作为专门的对象处理。但无论哪种窑炉都存在节能降耗的问题，尤其是我国现在面临的空气污染和建筑卫生陶瓷行业强制性污染排放标准等。01陶瓷窑炉节能的利益攸关方对于陶瓷窑炉的节能降耗行业内的呼声是一致的，没有像其他新技术、新工艺和煤改气那样反应的激烈和无休止的讨论。但从有陶瓷窑炉开始，行业内就不断地改造、讨论、设计、完善陶瓷窑炉，目前来看，陶瓷窑炉的节能空间仍然很大。为什么一直在改进经过了几十年还没有很大进步呢?是不是技术问题，是不是材料问题，是不是投入产出比问题等等，都有。真正要解决好和自愿解决好窑炉的节能问题，实事求是地摆出节能降耗和企业发展、和地方经济、和环保要求、和材料资源、和产品性价比等的关系，分析其中的阻碍因素并有效的解决这些困难或者因素才能扫清障碍，使节能减排达到自愿的良性循环，一味的靠高压政策是不长久也是不可靠的。陶瓷窑炉节能处理与地方环保政策和企业经济效益密切相关，要做好陶瓷窑炉节能，首先是企业愿意投入相应的资金进行改造，新建窑炉如果节能优异的话，其使用的材料、窑炉的设计、余热的利用以及新技术、新工艺都应该跟上，相对来说投资比较大，因此，地方政府应该给与一定的支持或补偿，根据排放量或者热利用率或者单位产品耗能都是很好的考核和补偿办法。庆幸的是建筑卫生陶瓷行业已经制定了节能的相关标准，单位产品能耗标准也已经完成，希望各方努力能够使陶瓷窑炉的节能效果提高到新的高度。02陶瓷窑炉节能的途径建筑卫生陶瓷的窑炉节能技术已经有相当多的讨论，总结起来主要有以下几种方案：①窑炉根据烧成产品的特性应合理设计;②窑炉用耐火材料的合理选择;③窑炉余热的有效利用;④新型燃烧技术的采用;⑤采用清洁能源。2.1、窑炉的合理设计窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗能最大的设备，但是窑炉能耗的水平，主要取决于窑炉的结构与烧成技术。其中窑炉的结构是根本，如果没有一个很好的设计，要想提高烧制技术在某种程度上是非常困难的，甚至于无能为力;相反，有了好的窑炉结构，也需要有更先进的烧成技术作保证，这是相互依存，缺一不可的;只有使以上两者合理的配合才能保证新型窑炉烧成质量的提高，又减少能源消耗。我国现在的建筑卫生陶瓷窑炉以隧道窑和辊道窑为主，两者具有相同的设计原理。在空间许可的情况下，陶瓷窑炉应在长、宽、高上尽量做到合理。什么是合理呢?在不同的场合不同的窑炉专家提出了不同的论点，有人说窑炉尽量长，有人说长了不好。窑宽也是一样，原来窑炉的宽度在1米多，现在已经达到了3米多。高度上讨论的不多，内部净高度以通过最大瓷件的高度(含窑车窑具)为依据进行设计。先说窑炉长短的问题，个人认为还是在相对情况下窑炉尽量长一些比较好，但无限制长会增加运营成本，如冷却段余热向预热段输送时会比较困难，采用多管输送造价相对提高，越长窑炉维修时压力越大，特别是隧道窑出现倒窑时处理更加麻烦等等。窑炉的宽度上也是一样，在燃烧器合理的燃烧范围内，窑宽以较宽为好，温差是设计窑宽的一个主要考虑因素，目前的窑炉都是两边燃烧，所以宽度上要和燃烧技术相结合进行考虑。至于陶瓷窑炉到底多宽最好，应该没有定论，完全看产品特性和产能状况来定。宽度上只要保证内部的温差不要太大就应该没有问题。另外，预热带和冷却带足够长对产品是有利的，特别是烧成产品频繁变换时，这一点尤其重要，相对来说窑炉的适应性更强一些，好比是买了一件大衣服，大个子小个子都好穿，而小衣服的适应性就差一些了。2.2、窑炉用耐火材料的合理选择窑炉的主体性能主要由耐火保温材料的技术经济性能决定，直接影响着窑炉的投资成本、工作性能、热效率、运行的能源消耗费用等。选择耐火保温材料的一般原则：①窑炉的性能与热工特点;②材料的安全使用温度、导热系统、高温强度、化学稳定性;③使用的寿命;④投资费用与运行的维护费用。一般而言，重质的耐火材料比较侧重某一技术性能指标，如高温稳定性、化学稳定性等;耐轻质保温材料更加注重投入与运行的综合技术经济指标。选用轻质保温材料时，一般是用保温材料的导热系数(λ)与每单位体积保温材料的费用(Ρ)来确定，“λΡ”的乘积值愈小愈好。导热系数值小，说明保温材料的隔热效果好，运行时的能源费用低。每单位体积保温材料的费用低说明投资费用低，具有好的投资经济效果。建筑卫生陶瓷窑炉用耐材包括窑炉的墙体和萱顶，一般分内外三层，内层为轻质保温棉、毡、板等，中层为重质或轻质保温砖，外层以红砖或低温保温砖为主。内层的轻质保温层近几年发展比较迅速，以低温莫来石纤维为主，兼顾了高温莫来石纤维、高铝莫来石纤维、含锆莫来石纤维等，温度从12000C~16000C的各个体系。在纤维制成工艺上采用了拉丝、甩丝、喷吹等工艺。内层也有用轻质莫来石、高铝等轻质砖或者板，以轻质氧化铝、莫来石等空心球砖为主体。中层的重质材料仍然采用低铝高硅、高铝低硅、莫来石与堇青石、焦宝石与莫来石等材料制成的重质材料为主。外层的低温耐火材料主要以铝矾土、焦宝石、粘土等制作而成，相对铝含量偏低，耐温性能较差但价格较低。窑车用耐火材料有窑车面、窑车支架、承烧板、匣钵等，除过组成窑车的基本架构面材料外，其余的材料统称为窑具材料。窑车用耐火材料和窑炉的墙体材料基本相同。窑具材料根据不同的情况有莫来石、高铝莫来石、堇青石、莫来石-堇青石、SiC、氧化物结合碳化硅、氮化硅结合碳化硅等。2.3、窑炉余热的有效利用生产陶瓷的一个重要过程是烧成，烧成是在窑炉中进行的。陶瓷生产的窑炉有连续式的隧道窑、辊道窑，也有间隙式的倒焰窑，目前绝大多数陶瓷企业使用这两种窑型，以前使用比较多的还有倒焰窑。热效率是考察一个窑炉好坏的关键指标之一，也是节能减排的重要考核指标。陶瓷窑炉的热效率好坏与窑炉的燃烧损失、散热损失、排烟损失密切相关。据资料介绍：烧成隧道窑废气带走的热量损失约占总热量的20%～40%，而倒焰窑废气带走的热量约占燃料消耗量的30%～50%。因之回收窑尾废气的热量加以利用是提高窑炉效率的关键。国内隧道窑排烟温度一般在200～3000C，也有高达4000C，个别倒焰窑的排烟温度可高达5600C。因此，余热的有效利用是企业增加效益的有效途径之一，也为节能减排做出了贡献。目前余热利用方式主要以加热空气用于干燥坯体，隧道窑、辊道窑余热回收主要用以加热空气作为烘干坯件的热源，也可作为助燃空气以提高窑炉本身的热效率，两者的选择可依据各工厂具体情况而定。不可否认，现在建筑卫生用陶瓷窑炉虽然余热得到了很大利用，但仍然存在着许多问题，比较严重的是余热利用率不高，表现在余热输送环节的热损失和余热利用后的二次余热利用等。同时，有些工厂在辊道窑后面加装蓄热室来进行余热利用也是不错的方法。总体来讲，余热利用无论对哪一个陶瓷企业都是一个综合工程，做得好、余热利用率高则该企业产品单耗会很好地降低，相应的综合成本也会降低。2.4、新型燃烧技术的采用陶瓷窑炉的燃烧效率是考核窑炉质量好坏的关键因素之一，有效地利用燃料自身的能量是陶瓷窑炉节能的主要方向。提高窑炉燃烧效率的措施主要包括：采用低空气系数的燃烧方式、富氧燃烧和提高助燃空气的温度等。同时，这几年微波烧成技术也不断发展，取得了可喜的成果。在实际生产条件下，为了保证燃料的完全燃烧，一般都要供给比计算出的理论空气需要量多一些的空气。实际供给的空气量与理论需要空气量的比值，称为过剩空气系数或叫空气系数，一般用n表示。低过剩空气系数法燃烧是在保证完全燃烧的基础上供给最低的空气量，通过调整燃烧配风，使燃烧过程在尽可能接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可抑制NOx的生成。一般可降低NOx排放15%~20%。实现低空气过剩系数的有效方法主要有采用富氧燃烧、纯氧燃烧等增加氧气浓度的方法和降低氮气含量的方法，如脱硫脱氮等技术，集中到一点就是尽量使燃烧过程中让空气中的氮气带走多余氧气和热量。微波烧成技术是一项新技术，在我国建筑卫生陶瓷窑炉中目前还没有成功的完全应用的报道。据陶城报报道：国外研究微波烧成陶瓷新技术，正在取得进展。采用微波烧成陶瓷，可以大大缩短烧成时间与产品生产周期，还可以大幅度降低能耗。微波烧成陶瓷的工作原理为：让陶瓷制品的坯体吸收2.45兆赫频率的微波之后，然后由陶瓷坯体自身散发出热量，将陶瓷半成品加热到预定的烧结温度，目前采用微波技术烧成的陶瓷窑炉已在美国、日本开发成功。这种窑炉的炉壁呈双层结构，由吸收微波陶瓷及隔热材料组成。它采用的微波烧成技术与现行通用的靠提升坯品表面温度烧成陶瓷的工艺技术不同。而是采用了由微波以内部加热的机理，可使陶瓷制品在烧制工程中温度均匀提升，从而减少陶瓷变形与色彩不均匀等缺陷，并且能够减少在陶瓷制品烧成中的二氧化碳、二氧化硫等废气的排放，减少对人类居住生活环境的污染。我国目前可见的是德化陶瓷窑炉微波辅助烧成节能系统已投入使用。据报道该技术攻克了大功率微波的适应性，解决了微波运用行业普遍存在的热失控问题。据悉，该技术由顺美公司开发，累计投入400多万元。利用微波加热方法对陶瓷烧成之前进行微波内加热的方式进行坯体预热应用，应用于陶瓷坯体小水分的快速排除、有机物的快速分解烧成，使坯体能够快速脱水且开裂率明显降低。经现场测算，使用该系统陶瓷产品的成品率可提高至99%。总体来看，在燃烧方面，陶瓷窑炉要立足降低空气过剩系数的燃烧技术和微波低能耗技术来进行，以期形成更好的热利用率。2.5、采用清洁能源清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污染程度小。清洁能源的准确定义应是：对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义有三点：第一、清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系;第二、清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性;第三、清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。从上述解释中不难看出，以前我们简单的认为天然气是清洁能源，煤、重油、焦化煤气等燃料不是清洁能源，这种理解有些偏差或者说片面。长期以来，建筑卫生陶瓷的窑炉燃烧物多采用煤转气，在煤转气的过程中产生了大量的硫化物、氮化物和碳化物等有害气体，煤渣已经能够得到有效利用，但这些有害气体对陶瓷集中区产生了大量的不良影响，当地的环境和大气都因此受害，居民也时有投诉。建筑卫生陶瓷要走得更远，就一定要收紧环保节能的紧箍咒，倒逼企业进行能源的清洁利用。从清洁能源的解释和定义来看，无论采用何种燃料都可以使之变为清洁能源，而不是单单是指天然气。天然气只是最方便的清洁能源，但是不是最经济对企业而言就不一定了。现在，新的技术在不断出现，脱硫脱硝技术、污染物自动测试技术等基本上都已经取得巨大进展，在技术不断发展的同时，煤、重油等以前认为非清洁能源的燃料，最终会通过技术改造使其成为清洁能源。当然，这种过程在一定程度上是痛苦的和艰难的。原则上采用清洁能源肯定增加烧成成本，这是不言的事实。但是，随着各地环保政策的日益收紧，采用清洁能源已经成为必然趋势。03深化陶瓷窑炉节能的条件深化陶瓷窑炉节能的条件从宏观角度讲只有三个方面：思想上重视、地方政府关心、银行给予支持。思想上重视是指建筑卫生陶瓷企业特别是企业一把手要充分认识到节能减排的重要性和紧迫性，这不但是经济效益的问题，是子孙后代能否继续安康的大事。企业无论做多大，个人无论多有钱，但离开了人类历史的延续和发展，企业和个人的那些东西就没有任何价值了。现在建筑卫生陶瓷企业有生产部、技术部、品管部、采购部等，但目前应该没有一家有能源资源部，这是不妥的，说明我们没有真正从思想上认识到能源的利用和节能减排对企业的重要性，说明重视还只是停留在口头上。建筑卫生陶瓷企业目前的经营现状并不乐观，虽然我们有将近100亿平方的建筑陶瓷产量，虽然我们有将近2亿件的卫生陶瓷产量，这些都只能说明我们产量很大，但需求呢，只能达到我们目前产量的50%-60%，建筑卫生陶瓷在拼什么?在拼价格、在拼成本。结果就是不重视环保和节能，这是造成目前建筑卫生陶瓷各地都不喜欢的