陶瓷工業窯爐節能簡要分析

李克敬 王開放 劉繼武 權銳 朱瑞娟 李蕊 馮剛 楊帆

（1中國建材檢驗認證集團（陜西）有限公司；2國家建筑衛生陶瓷質量監督檢驗中心，陜西 西安 710116）

0 引言

近年來，我國建筑衛生陶瓷行業得到了空前發展，連續多年產量世界第一。然而，繁榮景象的背后還隱藏著很多問題，如建筑衛生陶瓷行業的高能耗、高污染及高消耗等。工業窯爐是建筑衛生陶瓷生產耗能最大的設備，占總能耗的60%～70%。然而，當前國內陶瓷工業窯爐的熱效率僅為28%左右，而發達國家的窯爐可以達到50%以上。由此可知，陶瓷工業窯爐的節能技術研究對進一步推動建筑衛生陶瓷行業綠色發展，縮小與發達國家節能技術的差距具有重要意義。

針對當前國內建筑衛生陶瓷行業高能耗、高污染、高消耗等問題，本文選定陶瓷工業窯爐為研究對象，以窯爐熱平衡體系為基礎，重點研究分析影響陶瓷工業窯爐能效的因素，如窯體結構、燃燒方式、燒成條件、能源供給和生產管理等，識別主要能效因子，為生產企業、節能監察機構等提供科學、客觀的陶瓷工業窯爐節能技術支持，促進行業綠色健康發展。

1 陶瓷工業窯爐節能因素分析

影響陶瓷工業窯爐節能的主要因素包括耐火材料的選擇、窯爐結構、燃燒技術、余熱利用、空氣過剩系數及其他如自動化控制、輔助設施等。圖1為窯爐節能的主要影響因素。

圖1 窯爐節能的主要影響因素

1.1 耐火材料與窯爐節能

窯爐材料的選擇在很大程度上影響窯爐的節能效果。陶瓷工業窯爐的主要構成材料是耐火材料，其主要用于窯車、窯具和窯墻。其中，窯墻應滿足相關標準要求如GB/T 16618，且應具備優異的保溫性、高溫穩定性及化學穩定性，如全耐火纖維或其他輕質低蓄熱材料砌筑型，以耐火纖維代替重質耐火磚，重量和蓄熱量均大幅降低，使得窯外壁溫度和散熱總能也有所下降，一定程度上能提高節能效果；窯車和窯具應具有輕量化、高強度、絕熱等特性，且應多層碼裝牢固、緊湊。

框架式窯具結構如圖2。

圖2 框架式窯具結構

1.2 窯爐結構

窯爐結構對節能性能具有較大影響，窯爐斷面寬度增加，有利于減小空氣阻力，一定程度上有助于提高節能效果，但寬體窯，若無結構優勢、無節能技術、調試不當、產品搭裝不合理，同樣不節能。此外，通過優化調節擋火板、擋火墻的組合型式，可以改變窯內熱氣流分布，調控寬斷面窯內截面溫差，有助于提高節能效果。

根據窯爐燒成產品的不同，設計窯內三帶長度比例，利用合理的分段能夠實現節能效果的提升。如燒成衛生瓷的隧道窯，適當減少預熱帶長度并加燒嘴以強制氣流攪動，可以提升窯爐節能效果。

圖3 寬體輥道窯

1.3 燃燒技術

燃燒技術對窯爐節能效果同樣具有較大的影響，應采用低空氣系數的燃燒方式。燒成氧化氣氛的窯爐應采用富氧、助燃風加熱的燃燒方式，在該方式下隨著氧濃度的增加，煙氣量會下降，鼓風或引風量也下降，既節電又可減少煙氣帶走熱。梭式窯和隧道窯應采用脈沖燃燒技術，該技術可以使窯內溫度變得均勻，減少窯內上下的溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。燒嘴是窯爐燃燒系統的核心部件，應采用燃燒充分并且不易結渣的節能燒嘴。

1.4 余熱利用

余熱回收利用是實現窯爐節能的主要途徑之一，通過熱管換熱器將高溫煙氣回收用于助燃風加熱，不僅提高了燃料的燃燒效率，而且改善了爐內熱工過程，實現窯爐節能效果的提升。此外，煙氣也可用于干燥工序，但直接將煙氣用于干燥，不符合環保相關要求。陶瓷輥道窯煙氣熱交換系統如圖4所示。

圖4 陶瓷輥道窯煙氣熱交換系統

1.5 空氣過剩系數

空氣過剩系數的數值對窯爐節能效果具有一定程度的影響。目前，空氣過剩系數測量位置包括煙囪和窯內燒成正壓區，在煙囪位置的測量相對簡便，但是干擾因素較多，如配風、漏風等，而在窯內燒成正壓區測量尚未形成相關測試方法標準。

1.6 其他

影響窯爐節能效果的其他因素還包括自動化控制、輔助設備調控及產量節能等，如陶瓷工業窯爐應配置完備的自動化控制和電腦系統，實現加熱、燃燒、產品運輸等過程自動控制；窯爐采用的風機、傳動裝置及其他重要機電設備宜采用變頻技術滿足相關節能標準，不得使用國家或有關部門發布的淘汰或禁止的裝備。

2 展望

隨著國內環保政策的持續加嚴，各地方政府陸續出臺相應的節能減排措施如煤改氣等，建筑衛生陶瓷產業作為典型的高耗能、高排放行業勢必首當其沖。陶瓷工業窯爐的節能技術研究工作有助于提升陶瓷行業資源能源高效循環利用效率，以及清潔環保水平，提升我國陶瓷產品的國際競爭力，為企業轉型升級提供思路和方向，對實施“節能、減排和降耗”戰略以及發展“低碳經濟”起到促進作用。