窯爐能耗調查數據分析及節能措施

謝炳豪

摘 要：本文從窯爐結構及其燃燒狀態控制與窯爐能耗的關系，以及熱風助燃與窯爐能耗的關系等方面，深入分析全國窯爐（陶瓷磚）能耗調查的64條窯爐的數據。通過分析，找出為什么在窯爐燒成過程中單位產品能耗相差較大，為什么窯爐要增大排煙，增加排煙熱損失，增大排煙風機電能消耗。希望通過此次分析，能給同行帶來一些實質性的幫助。

關鍵詞：窯爐；能耗調查；數據分析；關系

1 窯爐結構及其燃燒狀態控制與窯爐能耗的關系

全國窯爐（陶瓷磚）能耗調查，共對全國64條窯爐進行了熱平衡測試，窯爐能耗及其相關數據已在行業內公布（見“全國窯爐（陶瓷磚）能耗調查及節能減排技術匯編白皮書”）。能耗調查中，對22條生產拋光磚的窯爐進行了熱平衡測定，這部份窯爐的能耗數據平均熱耗為2776 kJ/kg瓷（664kCal/kg瓷），22條窯爐的能耗排名見表1。

從表中1可以看到，生產同樣的產品，單位產品燒成能耗范圍為558～837kCal/kg，平均為664kCal/kg。最低能耗的窯爐單位產品能耗僅為最高能耗的窯爐的66.67%，即三份之二！

為什么窯爐燒成過程單位產品能耗相差那么大呢？我們僅將表1中產量、燒成周期較接近的排名1、3的窯與排名15、16的四條窯爐進行數據分析，從中查找出造成能耗差距的主要原因。

筆者認為，這四條具有可比性的窯爐能耗相差大的原因與窯爐結構和窯爐使用中燃燒狀態的控制有很大的關系。以下是這四條窯爐的產量和排煙量對比數據。窯爐產量與排煙熱損失對比如圖1所示。

從圖1中可知，這四條窯爐的產量相差不大，排名第15、16的窯爐產量比排名1、3的窯爐多生產12.51%，而按窯爐的排煙量測試數據，則排名第15、16的窯爐比排名1、3的窯爐多排煙76.35%。在排煙溫度相差不大的情況下，因為排煙量增加，排名第15、16的窯爐比排名1、3的窯爐排出窯外的熱量大很多。生產單位產品排出排煙熱量為：排名第16的窯爐為1340.71（MJ/t），是排名第1的窯爐741.61（MJ/t）的1.81倍；排名第15的窯爐為1172.51（MJ/t），是排名第1的窯爐741.61（MJ/t）的1.58倍。據窯爐熱平衡計算，排煙熱損失占輸入熱量比例：排名第16的窯爐為44.51%，排名第15的窯爐為39.46%，而為排名第1的窯爐為30.99%。為了維持窯內溫度和完成燒成過程，第15、16的窯爐則需要補充更多的燃料燃燒，導致窯爐能耗增加。

據上述窯爐熱平衡測試數據分析，排煙熱損失增加（見表2），導致窯爐熱效率降低，是窯爐燒成單位產品生產能耗增加的重要原因。

由于排煙流量增加，也導致排煙風機電能消耗也增大。風機電能消耗測試數據如表3所示。由于排煙量增加，導致排煙風機電能消耗增大。排名15窯爐排煙風機電能消耗比排名1的窯爐排煙風機電能消耗增大61.24kW，增加71.46%；排名16窯爐排煙風機電能消耗比排名1的窯爐排煙風機電能消耗增大178.5kW，則更是排名1的窯爐排煙風機電能消耗的三倍以上。

為什么一些窯爐要增大排煙，增加排煙熱損失，增大排煙風機電能消耗，而導致其窯爐能耗增加呢？

筆者認為：一是窯爐結構設計原因。所設計制造的窯爐結構及燃燒系統不合理，迫使窯爐使用者需要開大排煙風機，需要這樣的燒成曲線，才能產出這樣產量的合格產品。比如：排名第16的窯爐，是窯長為406m、寬為2.6m的普通窯。其走磚輥速很快，增加了產量。但其燒成過程的實際運行中，讓燒成帶拉前才能適應窯內溫度曲線，使產品完成合格的燒成，迫使窯爐操作者需要開大排煙系統加以配合。

如何設計窯爐能在最優的燃燒狀態下產出更大產量的合格產品，這是需要窯爐的結構設計考慮的。窯內結構、風煙道布置、排煙管道尺寸的選擇等必須通過相關的熱工計算。

另外，從上表數據看到，同樣的產量，單純對比第15和第16的窯爐，單位產品熱耗相差24kCal/kg，則寬體窯爐也比長窯爐更具優點。

二是窯爐操作上的原因。對比排名第1的窯爐與排名第15的窯爐，很明顯，同樣為窯長相近的寬體窯，而且設計結構合理。排名第1的窯爐由于操作上能夠控制窯內合適的燃燒狀態，控制合適的燒成曲線，控制合適的助燃風量和排煙量，是能耗降低的原因。排名第15的窯爐在陶瓷企業人員的操作上，不適當地開大了排煙，致使窯爐負壓增加，排煙熱損失無端增大，致使能耗偏高。

因此，如何調試好窯爐，讓窯爐在最佳的燃燒狀態下運行，是十分需要考慮的問題。需要合適的助燃風量，合適的燃燒空氣系數，才是最佳的燃燒狀態。但是目前操作人員只憑“經驗”操作，無數據指導、監督。因此，目前行業內的輥道窯爐，需要補充的是燃燒狀態監控儀器儀表，以數據（如：窯內壓力、窯內煙氣成份、燃燒空氣系數、助燃風壓力、排煙壓力等）指導操作，從而提高操作人員的操作水平，才能保證窯內燃燒狀況最佳。

2 熱風助燃與窯爐能耗的關系

在全國窯爐能耗調查中，對窯爐采用助燃風加熱情況進行了調查。窯爐助燃風加熱情況見表4。窯爐熱風助燃與能耗相關數據如表5所示。

所測試的64條窯爐，有2條是直接從冷卻帶抽熱風供給助燃風使用，至燒嘴處的溫度約為280～300℃；有9條從冷卻帶抽熱風與常溫風混合后作為助燃風，混合后至燒嘴處溫度約為80～100℃。另外，有53條窯爐仍然未能利用冷卻帶熱風助燃。

在能耗測試中，筆者還發現有部分窯爐冷卻帶的抽熱因干燥器未能用完而直接排空，產生熱量浪費。對同一條窯爐、生產同樣產品和產量相同的情況下，如果通過助燃風回收窯爐排出的熱量，可以起到明顯的節能作用。較長的窯爐使用了前、后二級助燃風，但由于送風主管和燒嘴支管道都較小，不適應密度低、容積大的熱風輸送。當這些窯爐試圖加入冷卻帶熱風助燃時，由于助燃風壓力、風管、燒嘴結構不適應熱風，就造成窯內橫向溫差增大，最終只能放棄使用這一節能措施！在測試的這64條窯爐中，實現高溫助燃風的僅有2條，而大多數窯爐仍然采用常溫空氣作助燃風。

通過對比，可以分析助燃風溫度對窯爐能耗的影響。筆者測試了表2中編號1、2兩條生產同樣規格的外墻磚的窯爐。編號1完全采用抽取冷卻帶的熱風作為助燃風使用，其助燃風溫度達到326℃，通過助燃風送回入窯爐的熱量為3885.5 MJ/h，相當于供入窯爐燃料熱量的21.44%。測試的如表2中的編號3、4兩條生產同樣產量的釉面磚素燒的窯爐。編號3采用部分抽取冷卻帶的熱風，部分常溫風混合作為助燃風使用，其助燃風溫度達到96℃，通過助燃風送回入窯爐的熱量為1002.5 MJ/h，相當于供入窯爐燃料熱量的2.70%。

由于采取了熱風助燃，編號1窯爐的能耗為1001 kCal/kg，比編號2窯爐的能耗1374 kCal/kg，相差373 kCal/kg，節能率達27.14%。編號3窯爐的能耗為490 kCal/kg，比編號4窯爐的能耗534 kCal/kg，相差44 kCal/kg，節能率達8.24%。

3 窯爐節能的措施

要想窯爐有效地保障達到節能效果，使用高溫助燃風需要從以下幾個方面考慮。

（1） 使用高溫助燃風的窯爐，要保持助燃風的溫度穩定，這就要解決保證窯爐盡量不斷窯，通過助燃風間接加熱方式或調節部分抽熱與部分燃氣配搭的方式，以求窯爐燒成溫度的穩定，從而解決窯爐的斷面溫差引起的色差、尺碼問題。

（2） 使用助燃風提溫節能措施的窯爐，必需要貫徹一個新的燒成制度。這個新的燒成制度，是要使用窯者要改變以往一些在腦袋中凝固了的想法和做法，密切地配合對窯爐新措施的使用。如合適地調節窯爐的進、出風風量，調節窯內燃燒空氣系數，調整或稍改變原來的壓力、溫度曲線。不能認為不需調整就能采用新的節能措施，只要能保障產品產量、質量，這些調整對節能措施的應用都是必要的。

4 結語

窯爐節能是陶瓷企業一直關注的話題，本文從窯爐的結構、燃燒狀態控制、熱風助燃與窯爐能耗的關系進行了深入的分析。通過分析，獲得有效地保障窯爐達到節能方面的一些措施。希望企業能夠充分重視這些措施，對窯爐進行更換助燃風機、更換風管、更換燒嘴的系統改革，可以達到更好的節能效果。