窯爐的熱平衡檢測工作對企業的意義

賈書雄 李 路 惠 濤 陳 鵬

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西咸陽 712000)

窯爐的熱平衡檢測工作對企業的意義

賈書雄 李 路 惠 濤 陳 鵬

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西咸陽 712000)

陶瓷窯爐的熱平衡檢測對于熱工設備的性能、效率的評定,是一個必要的手段。通過窯爐的熱平衡檢測,可以使企業更清楚地了解生產設備的耗能狀況,并根據熱收、支情況有效利用余熱,減少能耗。在能源日趨緊張,能源成本占生產成本越來越高以及國家限制NOX排放的現狀下,有著實際的經濟效益和社會效益。

熱平衡 檢測 能耗 節能

前言

近年來,根據可持續發展和國家節能減排政策的要求,建筑衛生陶瓷行業陸續發布了陶瓷生產的能耗控制標準和檢測標準,分別為 GB21252—2007《建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額》、GBΠT23459—2009《陶瓷工業窯爐熱平衡、熱效率測定與計算方法》。作為國家級行業的權威檢測機構,國家建筑材料工業陶瓷能耗測試中心已通過了國家認證、認可監督管理委員會的資質認定。今年以來,國家建筑材料工業陶瓷能耗測試中心先后對燒制澆鑄波形水晶板材及澆注水晶臺盆的電熱隧道窯、生產澆鑄壓延鑄石板材的新型氣燒輥道窯,墻地磚氣燒輥道窯作了幾次熱平衡檢測。筆者以墻地磚氣燒輥道窯熱平衡檢測過程為例,根據檢測內容及檢測結果分析探討熱平衡檢測對陶瓷生產企業的重要性。

1 被測墻地磚窯爐及產品的基本情況(見表1～表3)

被測窯爐生產的墻地磚產品為600㎜×600㎜,設計生產能力為400萬㎡,窯爐的環境溫度為26℃。窯爐所用燃料為發生爐煤氣,其熱值為5434kJΠm,轉換率為 3.5mΠkgce。

表1 被測窯爐的基本結構特點

表2 墻地磚產品入窯前后的基本狀況

表3 坯體的化學組成(質量%)

2 測試體系的劃分

本測試以輥道窯的進窯口為起點,緩冷段結束為終點,以此范圍內劃分測試體系,并進行熱平衡計算,如圖1所示。

圖1 測試體系

3 數據的檢測

3.1 燃料用量測算(見表4)

表4 燃料用量的測算(26℃)

3.2 發生爐煤氣成分及發熱量分析結果(見表5)

熱量的計算結果為:QDW=5434kJΠNm

表5 發生爐煤氣組成及發熱量分析結果

3.3 煙氣成分測試結果(見表6)

表6 煙氣成分測試結果

3.4 表面散熱測試

1)側墻(輥棒上)表面溫度(見表7)

2)側墻(輥棒下)表面溫度(見表8)。

3)側墻(輥棒口)表面溫度(略)。

4)輥棒表面溫度(略)。

5)窯頂(中)表面溫度(略)。

6)窯頂(側)表面溫度(略)。

表7 側墻(輥棒上)表面溫度(℃)

表8 側墻(輥棒下)表面溫度(℃)

3.5 排煙管道檢測數據(見表9)

表9 排煙管道檢測數據(直徑820㎜)

3.6 抽熱管道檢測數據(見表10)

表10 抽熱管道檢測數據(直徑820㎜)

4 數據處理

4.1 產量計算(見表11)

表11 產量計算

4.2 燃料消耗(見表12)

表12 燃料消耗

4.3 產品帶出物理熱(見表13)

表13 產品帶出物理熱

4.4 坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱(見表14)

表14 坯體水分蒸發和加熱水蒸氣耗熱

4.5 物化反應熱計算(見表15)

表15 物化反應熱計算

4.6 抽熱風管道顯熱計算(見表16)

表16 抽熱風管道顯熱計算

4.7 排煙管道顯熱計算(見表17)

表17 排煙管道顯熱計算

4.8 助燃風管道帶入熱量計算(見表18)

表18 助燃風管道帶入熱量計算

4.9 焙燒到最高燒成溫度耗熱(見表19)

表19 焙燒到最高燒成溫度耗熱

4.10 坯體吸附水分、結晶水分蒸發及水蒸汽加熱耗熱(見表20)

表20 坯體吸附水分、結晶水分蒸發及水蒸氣加熱耗熱

4.11 表面散熱計算(簡化)(見表21)

表21 表面散熱計算(環境溫度為26℃)

5 熱平衡計算表(見表22)

表22 窯爐熱平衡計算表

5.1 熱平衡計算結果(見表23)

表23 熱平衡計算結果

5.2 熱平衡檢測過程分析

1)從以上的熱平衡測試過程可以看出,一座窯爐的熱平衡檢測工作是一個系統的工程。根據理論分析,燒成過程的熱平衡不論從那個斷面算起,都存在平衡關系。但測試(考核)的體系劃分、體系界限對考核對象有何意義,需要結合專業的知識,科學地劃分。本次的熱平衡體系界限劃分以濕坯的入窯為起點,至緩冷段結束,考慮的是強制冷卻段至緩冷段的余熱進行了有效的回收,而回收的余熱應用于濕坯的干燥,所以盡管對燒成窯爐來講,沒有進行體系內的熱利用,但是廣泛的熱回收還是存在的。所以,以這一階段作為考核的終點是科學的。

2)熱平衡的檢測結果可以使用戶對生產過程的能源分配有詳盡的了解,對于節能潛力的挖掘做到心里有數。如本例中的煙氣排熱達到了總能耗的30%以上,排煙溫度達到367℃,對此部分熱就可以有效、合理的利用,避免造成熱量的浪費和對環境的污染。但據我們了解,大多數工廠對此部分的熱回收是很有限的,余熱利用的有效回收率最高的也不到50%,最終的排出溫度還在100℃以上,因此,從總量上來講,排煙的總損失在總量的15%以上,因此,排煙過程造成大量的能源浪費和環境污染。

3)在此窯爐的測試過程中還發現,體系內的余熱利用非常有限,甚至可以說基本沒有體系內的余熱利用。而現在的燃燒技術是可以對余熱在窯爐體系內的利用加以實施的,如助燃風的溫度提高,即可以大大降低單位產品的燒成能耗。而助燃風溫度的提高完全可以在體系內解決,如利用窯爐自身的散熱,提升助燃風溫度;也可以利用窯尾的余熱對助燃風進行升溫;還可以利用煙氣的換熱對助燃風進行升溫。如此,節能效果可以明顯提高。對于將窯爐的余熱引至干燥窯進行供熱利用,雖是余熱利用的一種方法,但由于現在的窯爐都很長,余熱的輸送管道也相應很長,管道輸送的熱損失是很大的。節能降耗的形勢下,企業降低成本的需求日趨強烈,為此這種大的熱損失一定要引起足夠的重視。

4)該測試對象的成品帶出熱達到總能量的10%以上,這部分的熱也是具備回收利用條件的,根據現有窯爐的設計特點,這部分的熱大多數廠家并沒有進行回收或回收利用的很少,所以造成大量的熱損失。

5)熱平衡的檢測工作需要專業的人員完成,測試的方法必須科學、有依據,測試采用的儀器需要經過計量、鑒定,測量的數據必須可靠,公正。測試過程中使用了十多臺套的儀器、儀表,個別項目的測試并采用了比對的方法進行數據的比對檢測,確保數據的準確。熱平衡的檢測工作是符合國家對節能減排的工作要求的,也是有標準可循的。通過熱平衡檢測,將對企業降低生產成本,加快技術進步帶來相當的益處。

1 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GBΠT23459—2009.陶瓷工業窯爐熱平衡、熱效率測定與計算方法.北京:中國標準出版社,2009-03-25

2 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GBΠT21252—2007建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額.北京:中國標準出版社,2007-12-03