楓溪瓷區燃氣隧道窯熱平衡測試結果分析

摘要：本文對目前楓溪瓷區用于日用瓷、工藝瓷、衛生瓷生產的燃氣隧道窯展開熱平衡測試，對檢測結果進行了綜合分析，探討了其節能途徑。分析表明：目前楓溪瓷區燃氣隧道窯單位產品燒成能耗在國內同行業中居于先進行列，但窯爐熱效率和余熱利用率還有待進一步提高，還需在余熱回收、控制空氣過剩系數、提高助燃空氣溫度、合理選擇窯車耐火材料與加強窯體保溫等方面加強節能。

關鍵詞：隧道窯 熱平衡 檢測 節能 途徑

1 引言

窯爐是陶瓷生產能耗最大的設備，一般陶瓷產品燒成能耗占整個陶瓷生產總能耗的70%～80%；在陶瓷生產成本構成中，產品燒成能耗成本占企業生產總成本的40%左右。窯爐的熱平衡檢測是對正常運行中窯爐的設備性能、燒成控制的綜合評定。通過對進出隧道窯的物料、熱量收支項目進行檢測，客觀反映出窯爐的單位產品能耗、窯爐的熱效率、余熱利用等技術指標，并通過熱量分布情況為提高熱效率、減少熱損失、節約能源提供科學依據，對陶瓷燒成節能技術研究有著重要的指導作用。筆者在楓溪瓷區日用陶瓷、陳設工藝陶瓷和衛生陶瓷企業中各選擇一條燃氣隧道窯，展開系統的熱平衡測試，并根據檢測數據進行綜合分析，探討了其燃氣隧道窯的節能途徑。

2 測試方法及其設備

2.1測試的技術標準

依據《陶瓷工業窯爐熱平衡、熱效率測定與計算方法》（GB/T23459-2009）進行測試。

2.2計算單位

計算單位采用國家法定計量單位（SI），以環境溫度為溫度基準，物料基準為1㎏（產品）。

2.3測試使用的儀器設備

測試使用的儀器設備如表1所示。

3 測試結果

3.1窯爐主要技術參數

窯爐的主要技術參數見表2。

3.2熱平衡測試結果

熱平衡測試結果見表3。

4 熱平衡測試結果討論

4.1單位產品燒成能耗

日用瓷隧道窯單位產品燒成能耗為0.547㎏ce/㎏，燒成產品綜合能耗0.684㎏ce/㎏，對照《日用陶瓷單位產品能耗限額》（DB44588-2009），低于現有日用陶瓷單位產品能耗限額。日用瓷一次燒成產品綜合能耗≤0.8㎏ce/㎏的限額值，基本達到新建的日用陶瓷生產企業一次燒成產品綜合能耗≤0.680㎏ce/㎏的準入值。

工藝瓷隧道窯單位產品燒成能耗為0.514㎏ce/㎏瓷，燒成產品綜合能耗≤0.643㎏ce/㎏。工藝瓷是二次燒成產品，對照《陳設藝術陶瓷單位產品能源消耗限額》（DB44/587-2009），低于陳設藝術瓷二次燒成產品綜合能耗≤0.9㎏ce/㎏的先進值。

衛生瓷隧道窯單位產品燒成能耗為0.163㎏ce/㎏瓷，燒成產品綜合能耗為0.262㎏ce/㎏，即4767.47kJ/㎏瓷。對照《建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額》（GB21252-2007），低于衛生陶瓷燒成產品綜合能耗≤0.55㎏ce/㎏的先進值，達到先進國家衛生陶瓷單位產品燒成能耗3350～8370kJ/㎏瓷的先進水平。

從上述三種隧道窯燒成產品能耗對比結果看，日用瓷隧道窯屬于中等節能型隧道窯；工藝瓷、衛生瓷隧道窯屬于國內先進節能型隧道窯；衛生瓷隧道窯還達到國外先進隧道窯的水平。隧道窯的燒成能耗與楓溪瓷區陶瓷生產現狀有著密切的關系:

（1） 采用清潔能源如液化石油氣和天然氣等，這些氣體燃料具有熱值高、污染小、燒成穩定等優點，有利于自動化控制;

（2） 采取一系列節能措施，不斷吸收先進窯爐技術，開展窯爐節能技術改造;

（3） 采用裸裝明燃燒成技術;

（4） 應用低溫燒成技術，改進衛生瓷傳統工藝配方，降低燒成溫度，從原來1280℃下降為1210～1220℃。

4.2窯爐熱效率

日用瓷隧道窯熱效率為19.01%，工藝瓷隧道窯熱效率為26.08%，與國內先進窯爐熱效率28%～30%相比明顯偏低。衛生瓷隧道窯熱效率45.47%，居于國內先進行列。

影響熱效率的主要原因分析如下：

（1） 燒成帶燃氣燃燒的空燃比不合理，空氣過剩系數過大，造成燃料的浪費，降低了熱效率增大了排煙熱損失。經檢測，日用瓷隧道窯燒成帶平均空氣過剩系數為1.45；工藝瓷隧道窯燒成帶平均空氣過剩系數為1.41；衛生瓷隧道窯燒成帶平均空氣過剩系數為1.28，比日用瓷和工藝瓷隧道窯低。

（2） 煙氣溫度高，排煙熱損失就大。日用瓷隧道窯排煙溫度為240℃，離窯帶走的熱量1374.47MJ/h，占熱量總支出的31.22%；工藝瓷隧道窯排煙溫度為155℃，離窯帶走的熱量1136.77MJ/h，占熱量總支出26.86%；衛生瓷排煙溫度為100℃，離窯帶走的熱量為1696.19MJ/h，占熱量總支出25.93%。

（3） 燃料燃燒采用冷空氣助燃，增加了加熱空氣的燃料量。

（4） 隧道窯窯體和窯車積熱和散熱大。帶出的顯熱占熱支出的比例分別是：日用瓷隧道窯窯體為13.68%，窯車為4.45%；工藝瓷隧道窯窯體為12.12%，窯車為7.41%；衛生瓷隧道窯窯體為16.27%，窯車為4.39%。

4.3余熱利用率

隧道窯余熱包括冷卻帶抽熱風和排煙余熱兩大部分，是可利用余熱，其中日用瓷隧道窯占66.44%，工藝瓷隧道窯占67.04%，衛生瓷隧道窯占53.43%。已利用余熱利用率：日用瓷隧道窯占35.22%；工藝瓷隧道窯占39.69%；衛生瓷隧道窯占35.66%。占可利用余熱的比例為：日用瓷隧道窯為53.01%；工藝瓷隧道窯為59.20%；衛生瓷隧道窯61.85%。

從熱平衡測試中發現，隧道窯的余熱利用非常有限，余熱利用率低、熱損失大的原因是企業在余熱利用認識上產生了誤區，認為冷卻帶抽熱風用于濕坯和模具的干燥，就是余熱利用，而煙氣的排放是隧道窯中廢氣的正常排放，忽視了煙氣中包含著大量的熱量，不經處理直接排出不僅影響環境，也造成了能源的損失。

5 節能途徑建議

通過上述綜合分析，對燃氣隧道窯建議從如下幾個方面采取節能措施。

5.1采用自動化控制技術

采用自動化控制技術，是節能的有效方法之一。它通過對隧道窯的燒成制度進行自動化控制，合理調節助燃風壓、風量及以及空燃比例，降低空氣過剩系數，提高燃氣燃燒效率、傳熱效率和窯爐熱效率，減少排煙熱損失，節約能源。

5.2充分回收利用煙氣余熱

利用煙氣余熱最常用的方法：采用換熱器裝置回收煙氣余熱。利用煙氣的熱量加熱，通過換熱器中的冷空氣形成熱風，可以用作攪拌風、助燃風，以及入窯前坯體干燥的熱源，減小坯體的入窯水分，同時可以提高坯體的入窯溫度，加快進車速度，提高煙氣余熱的利用率。

5.3提高抽出熱風的余熱利用率

冷卻帶的熱風是干凈的熱源。在確保產品出窯質量不受影響的情況下，可通過增大進出冷風量和熱風量以提高冷卻帶余熱利用率。具體的做法是：通過壓力控制急冷氣幕與最后一對燒嘴之間的壓力，使之處于微正壓或微負壓，一般壓力控制在（±1~2）Pa之間，使進出冷風量與熱風量平衡，加速冷風與產品之間的熱傳遞速度，提高產品的冷卻效果，降低出窯溫度，改善工作環境。

5.4窯車輕型化

在砌筑窯車襯磚耐火材料的選用上，根據資料介紹，輕質磚的蓄熱能力只有重質耐火磚的50%，用輕質磚代替重質耐火磚時，可以節能15%，若采用陶瓷纖維可節約35%。窯車的輕型化，低蓄熱化，是窯車節能的主要途徑。采用容量小、強度高、隔熱性能好的輕質磚代替重質耐火磚，砌筑窯車襯磚熱面；陶瓷纖維作為窯車中間層保溫材料，可以輕化窯車，實現窯車的低蓄熱化，減少窯車蓄熱和散熱損失。同時也有利于提高預熱帶下部溫度，減少上下溫差，提高產品質量。

5.5加強窯體保溫

選用高效保溫材料——陶瓷纖維加強窯體的保溫，是提高窯體保溫效果、降低窯體外表面溫度、減少散熱損失最有效的方法之一，一般陶瓷纖維厚度應大于40㎜。

5.6采用余熱風代替助燃空氣

利用冷卻帶抽出的熱風代替助燃空氣，可以減少因加熱空氣所需的燃料量。根據資料介紹，當助燃空氣溫度每提高100℃時，可以節約燃料5%；提高到300～400℃時，節能15%～20%。

6 結 語

根據熱平衡測試分析結果，目前楓溪瓷區燃氣隧道窯單位產品燒成能耗在國內同行業中居于先進行列。但窯爐熱效率和余熱利用率有待進一步提高。隧道窯的節能潛力還比較大，節能措施有：

（1） 充分回收利用余熱；

（2） 合理控制空氣過剩系數；

（3） 提高助燃空氣溫度；

（4） 合理選擇窯車耐火材料；

（5） 加強窯體保溫。

參考資料

[1] 曾令可，鄧偉強等.陶瓷工業能耗的現狀及節能技術措施[J].陶瓷學報，2006，1.

[2] 硅酸鹽工業熱工過程及設備[M].北京：清華大學出版社.

[3] 潮州陶瓷工業公司企業能量平衡測試報告[R].