窯壓與能耗關系探討

劉向東

摘 要：本文通過改變窯爐排煙抽力、助燃風量等方式，探討陶瓷輥道窯天然氣消耗量與窯壓的關系，為節能控制奠定理論基礎。

關鍵詞：窯壓；排煙；助燃風量；天然氣；燃耗

1 前言

陶瓷制品在燒制過程中，窯爐內壓力（以下簡稱窯壓）的大小直接決定了窯爐內氣流流向、窯爐斷面溫差、窯爐燒成氣氛，并進一步影響到燒制產品的產量、質量、色澤等。本文以一條能耗較大的窯爐為例，對這條窯爐的預熱帶及燒成區進行了窯壓測試并計算原始的能耗數據，與之后的能耗進行對比實驗。研究發現，窯爐能耗與窯壓關系緊密，通過改變窯壓曲線后，能耗下降比較明顯，達到10%以上。

2 實驗過程

2.1實驗說明

實驗所選窯爐為一條燒制二次布料微粉磚的輥道窯，窯爐內寬為2.5 m，窯長170 m，實驗時窯爐日均產量在6000~6100 m3，產量波動幅度在1%以內，燒成溫度面溫在1210~1211 ℃，底溫在1230~1231 ℃。

實驗測試的主要參數是窯壓，窯壓采用數字式微壓計，通過熱電偶檢測口插入窯內檢測。窯爐產量數據則是通過壓機沖壓數減去壓機工序及釉線損耗后計算得到，天然氣使用量則通過裝在窯爐供氣管路上的流量計抄表得到。測溫區指儀表房中熱電偶對應的區域，長度指相對于窯頭開始的窯爐長度數。

本次試驗共測試三天數據，第一天是未調試前的原始數據，第二天主要是調整排煙，通過減小總的排煙風機變頻，由原來的50 Hz調整至43 Hz來改變窯壓，第三天則是通過減少助燃風量，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%左右。

2.2實驗測試數據表及曲線圖

這三天窯爐的不同測溫區、長度方向、窯爐面槍區及窯爐底槍區窯壓情況見表1和圖1。

結合表1和圖1可以看出，實驗前，即第一天窯爐面槍區的零壓位位于第H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-32 Pa，燒成區最大正壓位于第H33~H35區，壓力為11 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐面槍區的零壓位基本不變，還是位于H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-26 Pa，燒成區最大正壓有所后移，位于第H35區，壓力提高較為顯著，從第一天的11 Pa提高到22 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及對預熱帶各支噴槍助燃風閘略微加大后，窯爐面槍區的零壓位明顯后移，預熱帶負壓減小，燒成區最大正壓區不變，還是第H35區，但壓力已經從22 Pa下降為19 Pa。

表2和圖2是窯爐底槍區窯壓變化情況。結合表2及圖2可以看出，實驗前，即第一天，窯爐底槍區的零壓位位于第H22，預熱帶負壓最大值為-49 Pa，燒成區最大正壓位于第H36區，壓力為6 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐底槍區的零壓位不變，還是位于H22區，預熱帶負壓最大值為-40 Pa，燒成區最大正壓還是第H36區，壓力提高較為顯著，從第一天的6 Pa提高到15 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及略微加大預熱帶噴槍助燃風閘后，窯爐底槍區的零壓位略微發生前移，從H22區前移至H22與H20之間，預熱帶負壓減小，最大負壓由-40 Pa變成-43 Pa，燒成區最大正壓區前移，由第H36區移至H30區，最大壓力從15 Pa下降為11 Pa。

表3是這三天的產量與能耗數據。從表3可以看出，這三天的窯爐產量基本一致，波動幅度在1%以內，最高燒成溫度面溫之間與底溫之間的差值在1 ℃左右，這種溫度及產量變化對能耗影響可忽略。變化最大的是單位燃耗，由第一天的3.68 M3/ m2下降到第三天的3.28 M3/m2，下降幅度達到10.87%。

從以上實驗數據可以計算出，在實驗第二天，把排煙風機變頻由50 Hz下降至43 Hz時，窯爐預熱帶負壓變小，高溫區正壓降低，燃耗下降率為6.79%。在第三天，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%后，相對第二天而言，預熱帶負壓略有增大，高溫區正壓減小，燃耗下降率為4.37%。

3 實驗分析

根據窯爐燒成原理，由于天然氣在燃燒過程中，總有一部份燃料未能完全燃燒，尤其是靠近窯頭的預熱帶處噴槍，當窯爐排煙量加大，天然氣在窯內停留時間縮短，不能燃燒的部份增多，造成浪費的燃料也增多；反之，窯爐排煙適當調小后（注意，過小反而不利于制品的氧化），天然氣在窯內停留時間相對較長，燃燒更加充分。此外，排煙減小后，煙氣溫度下降，煙氣帶走的熱量損失變小，也利于節約燃料。所以，窯爐排煙越小窯爐越節能。另一方面，天然氣需足夠的助燃風才能確保其充分燃燒，但如果助燃風過多，氧氣含量過剩嚴重，多余的氧氣（包括空氣中的氮氣）通過風機外排時會帶走大量熱量，造成燃料的浪費。從這一點上來說，控制好助燃風量，即控制好過氧系數對節能非常有利，可以借助煙氣分析儀測試煙氣中氧氣、一氧化碳濃度來分析氧氣是否過量或不足，為窯爐調試提供依據。

4 結論

對于使用天然氣的輥道窯爐而言，窯壓的大小對燃耗的影響是較大的，在調試窯爐時，應在確保產品質量前提下，適當降低燒成區助燃風量（預熱帶風量可略微加大），減少總的排煙量有利于節約燃料的使用量，提高窯爐熱利用率。體現在窯壓曲線上，不管是面槍區還是底槍區，預熱帶的負壓值不能太大，燒成區的正壓不應過低或過高，才能達到最佳節能效果。

需注意的是，本次試驗簡單驗證窯壓與節能之間存在的關系，為行業提供一種節能思路，但不能為了節能而盲目地把助燃風降低或調小排煙。因為窯爐調試是一個系統工程，控制窯壓的主要手段除了排煙、助燃風外還有閘板、擋火墻、抽熱風量、冷卻風量等。窯壓的大小與所燒制產品配方也存在較大關系，控制不好極易出現黑心、針孔、變形甚至后期變形等缺陷。

摘 要：本文通過改變窯爐排煙抽力、助燃風量等方式，探討陶瓷輥道窯天然氣消耗量與窯壓的關系，為節能控制奠定理論基礎。

關鍵詞：窯壓；排煙；助燃風量；天然氣；燃耗

1 前言

陶瓷制品在燒制過程中，窯爐內壓力（以下簡稱窯壓）的大小直接決定了窯爐內氣流流向、窯爐斷面溫差、窯爐燒成氣氛，并進一步影響到燒制產品的產量、質量、色澤等。本文以一條能耗較大的窯爐為例，對這條窯爐的預熱帶及燒成區進行了窯壓測試并計算原始的能耗數據，與之后的能耗進行對比實驗。研究發現，窯爐能耗與窯壓關系緊密，通過改變窯壓曲線后，能耗下降比較明顯，達到10%以上。

2 實驗過程

2.1實驗說明

實驗所選窯爐為一條燒制二次布料微粉磚的輥道窯，窯爐內寬為2.5 m，窯長170 m，實驗時窯爐日均產量在6000~6100 m3，產量波動幅度在1%以內，燒成溫度面溫在1210~1211 ℃，底溫在1230~1231 ℃。

實驗測試的主要參數是窯壓，窯壓采用數字式微壓計，通過熱電偶檢測口插入窯內檢測。窯爐產量數據則是通過壓機沖壓數減去壓機工序及釉線損耗后計算得到，天然氣使用量則通過裝在窯爐供氣管路上的流量計抄表得到。測溫區指儀表房中熱電偶對應的區域，長度指相對于窯頭開始的窯爐長度數。

本次試驗共測試三天數據，第一天是未調試前的原始數據，第二天主要是調整排煙，通過減小總的排煙風機變頻，由原來的50 Hz調整至43 Hz來改變窯壓，第三天則是通過減少助燃風量，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%左右。

2.2實驗測試數據表及曲線圖

這三天窯爐的不同測溫區、長度方向、窯爐面槍區及窯爐底槍區窯壓情況見表1和圖1。

結合表1和圖1可以看出，實驗前，即第一天窯爐面槍區的零壓位位于第H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-32 Pa，燒成區最大正壓位于第H33~H35區，壓力為11 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐面槍區的零壓位基本不變，還是位于H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-26 Pa，燒成區最大正壓有所后移，位于第H35區，壓力提高較為顯著，從第一天的11 Pa提高到22 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及對預熱帶各支噴槍助燃風閘略微加大后，窯爐面槍區的零壓位明顯后移，預熱帶負壓減小，燒成區最大正壓區不變，還是第H35區，但壓力已經從22 Pa下降為19 Pa。

表2和圖2是窯爐底槍區窯壓變化情況。結合表2及圖2可以看出，實驗前，即第一天，窯爐底槍區的零壓位位于第H22，預熱帶負壓最大值為-49 Pa，燒成區最大正壓位于第H36區，壓力為6 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐底槍區的零壓位不變，還是位于H22區，預熱帶負壓最大值為-40 Pa，燒成區最大正壓還是第H36區，壓力提高較為顯著，從第一天的6 Pa提高到15 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及略微加大預熱帶噴槍助燃風閘后，窯爐底槍區的零壓位略微發生前移，從H22區前移至H22與H20之間，預熱帶負壓減小，最大負壓由-40 Pa變成-43 Pa，燒成區最大正壓區前移，由第H36區移至H30區，最大壓力從15 Pa下降為11 Pa。

表3是這三天的產量與能耗數據。從表3可以看出，這三天的窯爐產量基本一致，波動幅度在1%以內，最高燒成溫度面溫之間與底溫之間的差值在1 ℃左右，這種溫度及產量變化對能耗影響可忽略。變化最大的是單位燃耗，由第一天的3.68 M3/ m2下降到第三天的3.28 M3/m2，下降幅度達到10.87%。

從以上實驗數據可以計算出，在實驗第二天，把排煙風機變頻由50 Hz下降至43 Hz時，窯爐預熱帶負壓變小，高溫區正壓降低，燃耗下降率為6.79%。在第三天，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%后，相對第二天而言，預熱帶負壓略有增大，高溫區正壓減小，燃耗下降率為4.37%。

3 實驗分析

根據窯爐燒成原理，由于天然氣在燃燒過程中，總有一部份燃料未能完全燃燒，尤其是靠近窯頭的預熱帶處噴槍，當窯爐排煙量加大，天然氣在窯內停留時間縮短，不能燃燒的部份增多，造成浪費的燃料也增多；反之，窯爐排煙適當調小后（注意，過小反而不利于制品的氧化），天然氣在窯內停留時間相對較長，燃燒更加充分。此外，排煙減小后，煙氣溫度下降，煙氣帶走的熱量損失變小，也利于節約燃料。所以，窯爐排煙越小窯爐越節能。另一方面，天然氣需足夠的助燃風才能確保其充分燃燒，但如果助燃風過多，氧氣含量過剩嚴重，多余的氧氣（包括空氣中的氮氣）通過風機外排時會帶走大量熱量，造成燃料的浪費。從這一點上來說，控制好助燃風量，即控制好過氧系數對節能非常有利，可以借助煙氣分析儀測試煙氣中氧氣、一氧化碳濃度來分析氧氣是否過量或不足，為窯爐調試提供依據。

4 結論

對于使用天然氣的輥道窯爐而言，窯壓的大小對燃耗的影響是較大的，在調試窯爐時，應在確保產品質量前提下，適當降低燒成區助燃風量（預熱帶風量可略微加大），減少總的排煙量有利于節約燃料的使用量，提高窯爐熱利用率。體現在窯壓曲線上，不管是面槍區還是底槍區，預熱帶的負壓值不能太大，燒成區的正壓不應過低或過高，才能達到最佳節能效果。

需注意的是，本次試驗簡單驗證窯壓與節能之間存在的關系，為行業提供一種節能思路，但不能為了節能而盲目地把助燃風降低或調小排煙。因為窯爐調試是一個系統工程，控制窯壓的主要手段除了排煙、助燃風外還有閘板、擋火墻、抽熱風量、冷卻風量等。窯壓的大小與所燒制產品配方也存在較大關系，控制不好極易出現黑心、針孔、變形甚至后期變形等缺陷。

摘 要：本文通過改變窯爐排煙抽力、助燃風量等方式，探討陶瓷輥道窯天然氣消耗量與窯壓的關系，為節能控制奠定理論基礎。

關鍵詞：窯壓；排煙；助燃風量；天然氣；燃耗

1 前言

陶瓷制品在燒制過程中，窯爐內壓力（以下簡稱窯壓）的大小直接決定了窯爐內氣流流向、窯爐斷面溫差、窯爐燒成氣氛，并進一步影響到燒制產品的產量、質量、色澤等。本文以一條能耗較大的窯爐為例，對這條窯爐的預熱帶及燒成區進行了窯壓測試并計算原始的能耗數據，與之后的能耗進行對比實驗。研究發現，窯爐能耗與窯壓關系緊密，通過改變窯壓曲線后，能耗下降比較明顯，達到10%以上。

2 實驗過程

2.1實驗說明

實驗所選窯爐為一條燒制二次布料微粉磚的輥道窯，窯爐內寬為2.5 m，窯長170 m，實驗時窯爐日均產量在6000~6100 m3，產量波動幅度在1%以內，燒成溫度面溫在1210~1211 ℃，底溫在1230~1231 ℃。

實驗測試的主要參數是窯壓，窯壓采用數字式微壓計，通過熱電偶檢測口插入窯內檢測。窯爐產量數據則是通過壓機沖壓數減去壓機工序及釉線損耗后計算得到，天然氣使用量則通過裝在窯爐供氣管路上的流量計抄表得到。測溫區指儀表房中熱電偶對應的區域，長度指相對于窯頭開始的窯爐長度數。

本次試驗共測試三天數據，第一天是未調試前的原始數據，第二天主要是調整排煙，通過減小總的排煙風機變頻，由原來的50 Hz調整至43 Hz來改變窯壓，第三天則是通過減少助燃風量，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%左右。

2.2實驗測試數據表及曲線圖

這三天窯爐的不同測溫區、長度方向、窯爐面槍區及窯爐底槍區窯壓情況見表1和圖1。

結合表1和圖1可以看出，實驗前，即第一天窯爐面槍區的零壓位位于第H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-32 Pa，燒成區最大正壓位于第H33~H35區，壓力為11 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐面槍區的零壓位基本不變，還是位于H19和H21之間，預熱帶負壓最大值為-26 Pa，燒成區最大正壓有所后移，位于第H35區，壓力提高較為顯著，從第一天的11 Pa提高到22 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及對預熱帶各支噴槍助燃風閘略微加大后，窯爐面槍區的零壓位明顯后移，預熱帶負壓減小，燒成區最大正壓區不變，還是第H35區，但壓力已經從22 Pa下降為19 Pa。

表2和圖2是窯爐底槍區窯壓變化情況。結合表2及圖2可以看出，實驗前，即第一天，窯爐底槍區的零壓位位于第H22，預熱帶負壓最大值為-49 Pa，燒成區最大正壓位于第H36區，壓力為6 Pa。第二天，即對排煙抽力減小后，窯爐底槍區的零壓位不變，還是位于H22區，預熱帶負壓最大值為-40 Pa，燒成區最大正壓還是第H36區，壓力提高較為顯著，從第一天的6 Pa提高到15 Pa。調試后的第三天，即通過減少總的助燃風機變頻及略微加大預熱帶噴槍助燃風閘后，窯爐底槍區的零壓位略微發生前移，從H22區前移至H22與H20之間，預熱帶負壓減小，最大負壓由-40 Pa變成-43 Pa，燒成區最大正壓區前移，由第H36區移至H30區，最大壓力從15 Pa下降為11 Pa。

表3是這三天的產量與能耗數據。從表3可以看出，這三天的窯爐產量基本一致，波動幅度在1%以內，最高燒成溫度面溫之間與底溫之間的差值在1 ℃左右，這種溫度及產量變化對能耗影響可忽略。變化最大的是單位燃耗，由第一天的3.68 M3/ m2下降到第三天的3.28 M3/m2，下降幅度達到10.87%。

從以上實驗數據可以計算出，在實驗第二天，把排煙風機變頻由50 Hz下降至43 Hz時，窯爐預熱帶負壓變小，高溫區正壓降低，燃耗下降率為6.79%。在第三天，助燃風機變頻由40 Hz下降為36 Hz，但略微加大預熱帶的噴槍助燃風閘開度，加大量在10%后，相對第二天而言，預熱帶負壓略有增大，高溫區正壓減小，燃耗下降率為4.37%。

3 實驗分析

根據窯爐燒成原理，由于天然氣在燃燒過程中，總有一部份燃料未能完全燃燒，尤其是靠近窯頭的預熱帶處噴槍，當窯爐排煙量加大，天然氣在窯內停留時間縮短，不能燃燒的部份增多，造成浪費的燃料也增多；反之，窯爐排煙適當調小后（注意，過小反而不利于制品的氧化），天然氣在窯內停留時間相對較長，燃燒更加充分。此外，排煙減小后，煙氣溫度下降，煙氣帶走的熱量損失變小，也利于節約燃料。所以，窯爐排煙越小窯爐越節能。另一方面，天然氣需足夠的助燃風才能確保其充分燃燒，但如果助燃風過多，氧氣含量過剩嚴重，多余的氧氣（包括空氣中的氮氣）通過風機外排時會帶走大量熱量，造成燃料的浪費。從這一點上來說，控制好助燃風量，即控制好過氧系數對節能非常有利，可以借助煙氣分析儀測試煙氣中氧氣、一氧化碳濃度來分析氧氣是否過量或不足，為窯爐調試提供依據。

4 結論

對于使用天然氣的輥道窯爐而言，窯壓的大小對燃耗的影響是較大的，在調試窯爐時，應在確保產品質量前提下，適當降低燒成區助燃風量（預熱帶風量可略微加大），減少總的排煙量有利于節約燃料的使用量，提高窯爐熱利用率。體現在窯壓曲線上，不管是面槍區還是底槍區，預熱帶的負壓值不能太大，燒成區的正壓不應過低或過高，才能達到最佳節能效果。

需注意的是，本次試驗簡單驗證窯壓與節能之間存在的關系，為行業提供一種節能思路，但不能為了節能而盲目地把助燃風降低或調小排煙。因為窯爐調試是一個系統工程，控制窯壓的主要手段除了排煙、助燃風外還有閘板、擋火墻、抽熱風量、冷卻風量等。窯壓的大小與所燒制產品配方也存在較大關系，控制不好極易出現黑心、針孔、變形甚至后期變形等缺陷。