輥道窯熱平衡測試數據分析及節能方向探討

摘 要：通過對輥道窯的運行熱工數據及窯爐運行狀態的分析和考察，探討了其熱效率和熱能利用的水平，并給出了改進意見。

關鍵詞：輥道窯，數據分析，節能

1基本情況

輥道窯具有產量大、能耗低、自動化程度高、勞動強度低、操作方便等優點。近年來，國內外窯爐設備建造商致力于輥道窯砌筑材料、砌筑技術、窯爐自控技術、燃燒設備裝備技術的開發，在提高輥道窯燒成產品質量、產量、降低燃料消耗上，均取得了很大的成效。

為掌握相關窯爐的運行熱工數據、燃料消耗數據和窯爐的各項熱損失數據，以便為窯爐及燒成系統的節能改造提供依據，筆者開展了對部分輥道窯的熱平衡、熱效率的測試工作，對一系列運行中的輥道窯，以國家標準GB7915-87《陶瓷工業隧道窯熱平衡熱效率測定與計算方法》進行熱平衡測試。

現選取其中的12家陶瓷生產企業，以每家企業的一條典型的輥道窯測試所取得的窯爐熱效率、燃料單耗、產品燒成熱耗、產品出窯溫度及抽熱、排煙余熱利用和窯體散熱方面的數據作為依據進行分析。所選窯爐體現了現有一些企業的代表性產品和窯爐燒成的實際現狀。其燒成產品有三種類型，其中：生產外墻磚的兩家企業的窯爐（Y1～Y2），其使用的輥道窯，一家采用大輥棒墊板承載磚坯燒成（Y1窯），另一家為小輥棒無墊板燒成（Y2窯）；兩窯均使用重柴油燃料。

生產仿古磚的2家企業的窯爐（F1～F2），其窯爐長度和產品規格不相同，產量相近。二窯均使用重柴油燃料。

生產拋光磚或微粉磚的8家企業的8條窯爐（P1～P8），生產產品為600mm×600mm或800mm×800mm地磚。其窯爐長度不相同，產量差異也大。這些窯爐使用的燃料為重柴油或燃料油。

其主要檢測數據及計算結果見附表。

2綜合分析

以對上述窯爐的運行熱工數據及窯爐運行狀態的分析和考察為依據，分析其熱效率和熱能利用水平。

2.1 窯爐能耗方面

所測試的12條窯爐中，生產不同產品或生產同類型產品的不同廠家，在燃油單耗和熱耗上有所差別，其對比油耗和熱耗見圖1、圖2。以同類產品作對比：

生產外墻磚的兩廠家，產品單位燃油消耗量和熱耗均相差很大。原因是Y1窯爐采用墊板，墊板的熱損耗大，燒成產品熱耗高達5725kJ/kg；而Y2窯爐取消墊板，其產品出窯溫度和窯體散熱損失均較Y1窯低很多，窯爐熱效率相對高很多，燒成產品熱耗為2359kJ/kg，燒成能耗成本比Y1窯低得多。因此采用好的工藝和技術對窯爐能耗的影響很大，這要依靠企業的技術進步和技術改造。

生產仿古磚的2條窯的燃油消耗和燒成產品熱耗有較大差別：F1窯燒成產品熱耗為2943kJ/kg，而F2窯燒成產品熱耗為2154kJ/kg，相差很大。其原因是窯爐運行熱效率相距很大：F1窯的窯爐排煙損失和散熱損失都比F2窯大；F1窯應對窯爐燒成制度和熱利用進行調整，調節窯爐在最佳的狀態下運行；而F2窯仍可以通過對窯爐余熱利用的改造（如抽熱用于助燃風），進一步降低油耗。

生產拋光磚的8廠家，窯爐燃油消耗和燒成產品熱耗相差不大：最高的P3窯燒成產品熱耗為3215kJ/kg；最低的P2窯燒成產品熱耗為2370kJ/kg。8條窯平均熱耗為2809kJ/kg。這一數據，與行業內更新型、更先進的窯爐比較仍有不少差距。主要是由于這些窯爐均屬幾年前投產的窯爐，窯爐長度不足卻又加大了產量，使產品出窯溫度和排煙溫度偏高，不能達到有關節能考核標準；另外，一些窯爐存在散熱損失量較大、出磚溫度高的問題。

2.2 窯爐余熱利用方面

所測試的12條窯爐的冷卻帶余熱基本上是抽取至干燥窯作磚坯干燥熱源，大多數窯爐該項熱量占窯爐輸入熱量比例的16%左右，個別抽熱比例占30%以上。少部分窯的抽熱部分抽至干燥窯，部分排空。冷卻帶抽熱風量和熱量直接影響窯爐的出磚溫度和熱效率。

從這些窯爐的排煙熱量占窯爐輸入熱量比例、排煙熱量損失及排煙余熱利用考察，都不盡人意（部分陶瓷窯爐排煙熱量情況見圖3）。一方面，窯爐排煙熱量占入窯熱量的百分比，因窯爐燒成產品不同、廠家執行的燒成制度不同而差異很大。大多數窯爐，特別是生產拋光磚的窯爐其排煙熱量占入窯熱量的百分比高達40%。原因是這些窯爐普遍加大輥速，加大助燃風強制燃燒，為維持生產而開大排煙風機，致使排煙空氣系數超標，排煙溫度也升高，從而導致排煙熱量比例較高。另一方面，這些窯爐的排煙溫度有的高達300℃以上，低的也有200℃左右，但大多數的窯爐排煙余熱未能完全利用。測試的這12條窯爐，排煙熱量未能利用的有2條；部分利用的有7條；全部利用的有3條。窯爐未能全部利用或未利用排煙余熱的原因，有的是因為窯爐抽熱供給干燥已足夠；有的則認為抽取排煙供干燥會影響產品質量。

2.3 窯爐的散熱損失方面

12家企業的窯爐，不論產品種類、窯爐長度、燒成制度如何，其窯體的散熱損失占窯爐輸入熱量的百分比都相差較大：最低為Y2窯7.04%，最高為P4窯21.98%。圖4為部分陶瓷輥道窯的窯體表面散熱損失情況。對照所測試的窯爐窯體散熱數據，結合現場檢視的情況，筆者認為窯體表面散熱損失與窯爐結構和保溫措施有很大關系：一些多年前投產的窯爐，使用重質耐火磚或劣質纖維，由于年久失修，泄漏嚴重，或原設計很薄，致使散熱損失大。可見，對仍在使用的窯爐進行保溫設施改造，降低窯爐的散熱損失，應引起各企業重視。

2.4 使用助燃風的加熱情況

所測試的12條窯爐，只有4家企業采用抽取少量抽熱風作為提高助燃風的措施，其余仍以常溫入助燃風機。提高助燃風溫度取得的效果非常顯著，如Y2窯，助燃風達到100℃，按該窯助燃風量1622Nm³/h計，因助燃風從常溫的25℃提高至100℃，則實際降低窯爐燃油消耗量4.78%。

2.5 窯爐長度與產品出窯溫度

圖5給出了部分陶瓷窯爐的窯長與出窯磚的溫度情況。Y1、P1、P5窯長度不足，抽熱不夠導致出磚溫度很高，但廠家未適當加大產量，仍然依靠開大排煙來維持運行，但是加大了能耗，得不償失。窯爐長度與產能的關系是值得有關廠家考慮的問題，通過增加冷卻風量，在保證出窯磚質量的同時保證出窯磚溫度（標準要求為120℃），是降低窯爐能耗的一項措施。從P8窯的數據可見，窯爐較長，則有利于控制出磚溫度，也有利于控制抽熱風和排煙風量，減少窯爐排出熱損失。

2.6 燃燒效果

測試這些窯爐排煙處的過剩空氣系數，發現普遍存在偏高的情況。通過調整空氣系數，在提高燃燒溫度、降低氮氧化物的同時，使排煙量盡量減少，有利于節能效果的進一步提高。燃油輥道窯在目前燃油價高的形勢下，普遍采用重油燃料。所測試的窯爐中已有部分采用燃油加熱和乳化來提高燃油燃燒效率，特別對使用重油燃料的窯爐，這項措施對控制燃燒空氣系數有一定效果。

3幾點意見

3.1 樹立熱平衡概念，做到高效用能

從節能角度出發，衡量一座窯爐是否先進，重要的標準是其有沒有較好地利用余熱。從所測試窯爐的運行熱工數據來看，大多數窯爐冷卻帶抽熱和排煙帶走熱量二項合計占窯爐輸入熱量比例的50%～60%。正如前述分析，窯爐的這些余熱大部分供給坯體干燥使用，但實際情況是在窯爐設計時，在各企業使用情況中，以及用于不同產品燒制時，余熱利用的情況各異。確實，現行的窯爐余熱仍有相當部分未能利用。筆者認為，盲目開大排煙去干燥得不償失，應盡量多利用冷卻帶抽熱。控制單條窯爐盡量少抽、排出熱量（無論其排出后利用與否）才合理。

衡量一家陶瓷生產企業是否能完全、合理地利用能源，則要從整個陶瓷生產工序方面進行考慮。陶瓷生產企業設計建造時，由于種種原因往往不進行全廠的熱平衡設計、核算；燒成工序要建多少條窯，窯爐余熱供給干燥后是否足夠或剩余，多余的熱量用于何處；干燥坯體后排出的廢氣余熱是否能再利用等，都未進行認真的考慮，沒有一整套的全廠熱平衡數據。如果我們能夠自窯爐燒成中供入的燃料所產生的熱能開始，從窯爐-坯體干燥-粉料干燥，或窯爐多余熱量-粉料干燥上逐級利用熱能，將可做到最高效地利用能源。

3.2 改變觀念，降低窯爐的散熱損失

一些早期投產的窯爐，由于燃料成本較低，產品價高好銷，一些企業為節省投資，采用劣質廉價的材料或減少用料，致使窯體散熱嚴重，窯爐能耗增加。據有關資料，輕質陶瓷纖維與重質耐火磚相比：質量輕、導熱系數小、重量只有輕質材料的1/6、容重為傳統耐火磚的1/25、蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10、窯外壁溫度降到30～60℃。纖維節能方面，從總能耗的20.6%下降到9.02%，節能達到16.67%。另外，為提高陶瓷纖維抗粉化能力，增加窯爐內傳熱效率，節能降耗，可使用熱輻射涂料材料，如熱輻射涂料HRC。在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由0.7升為0.96，可節能138.3MJ／（m²·h）；而在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升為0.97，可節能4547kCal／（m²·h）。雖然窯爐使用節能新材料、新技術在建設時投入大，但日后的運行成本低，總體上經濟、合算。按照所測試P4窯散熱損失21.98%的數據，現運行燃油消耗量為224kg/h，該窯爐如果使用節能新材料會增多50萬元投資，但若按日后運行時因散熱減少而降低12%的油耗算，則節油量為26.88kg/h，降低燃料成本約80元/h，故增加的投資只需260天即可收回。

3.3 推動技術進步，采用助燃風加熱節能

從冷卻帶抽取熱風供給助燃風，是簡單、易行、有效的節能措施。提高助燃風溫度，不但可改善燃料的燃燒，提高了燃燒溫度，更是直接獲得節能效果的手段。目前需要解決的是燃油、燃氣燒嘴未能適應高溫助燃風的使用問題。

3.4 增設監控儀表，提高操作水平

當前我們的窯爐在操作制度、操作人員的意識、控制儀表的配置上，仍處于較低的監控水平。窯爐往往只具有溫度控制儀表，少部分窯爐具有依靠人工調節的窯壓控制，但也只是注意窯爐是否正壓而不管負壓多少。窯爐各帶的燃燒含氧量、煙氣出口處含氧量控制及儀表設置仍是空白，以上情況都需要加強。