枫溪瓷区燃气隧道窑热平衡测试结果分析

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摘要：本文对目前枫溪瓷区用于日用瓷、工艺瓷、卫生瓷生产的燃气隧道窑展开热平衡测试，对检测结果进行了综合分析，探讨了其节能途径。分析表明：目前枫溪瓷区燃气隧道窑单位产品烧成能耗在国内同行业中居于先进行列，但窑炉热效率和余热利用率还有待进一步提高，还需在余热回收、控制空气过剩系数、提高助燃空气温度、合理选择窑车耐火材料与加强窑体保温等方面加强节能。

关键词：隧道窑 热平衡 检测 节能 途径

1 引言

窑炉是陶瓷生产能耗最大的设备，一般陶瓷产品烧成能耗占整个陶瓷生产总能耗的70%～80%；在陶瓷生产成本构成中，产品烧成能耗成本占企业生产总成本的40%左右。窑炉的热平衡检测是对正常运行中窑炉的设备性能、烧成控制的综合评定。通过对进出隧道窑的物料、热量收支项目进行检测，客观反映出窑炉的单位产品能耗、窑炉的热效率、余热利用等技术指标，并通过热量分布情况为提高热效率、减少热损失、节约能源提供科学依据，对陶瓷烧成节能技术研究有着重要的指导作用。笔者在枫溪瓷区日用陶瓷、陈设工艺陶瓷和卫生陶瓷企业中各选择一条燃气隧道窑，展开系统的热平衡测试，并根据检测数据进行综合分析，探讨了其燃气隧道窑的节能途径。

2 测试方法及其设备

2.1测试的技术标准

依据《陶瓷工业窑炉热平衡、热效率测定与计算方法》（GB/T23459-2009）进行测试。

2.2计算单位

计算单位采用国家法定计量单位（SI），以环境温度为温度基准，物料基准为1K（产品）。

2.3测试使用的仪器设备

测试使用的仪器设备如表1所示。

3 测试结果

3.1窑炉主要技术参数

窑炉的主要技术参数见表2。

3.2热平衡测试结果

热平衡测试结果见表3。

4 热平衡测试结果讨论

4.1单位产品烧成能耗

日用瓷隧道窑单位产品烧成能耗为0.547Kce/K，烧成产品综合能耗0.684Kce/K，对照《日用陶瓷单位产品能耗限额》（DB44588-2009），低于现有日用陶瓷单位产品能耗限额。日用瓷一次烧成产品综合能耗≤0.8Kce/K的限额值，基本达到新建的日用陶瓷生产企业一次烧成产品综合能耗≤0.680Kce/K的准入值。

工艺瓷隧道窑单位产品烧成能耗为0.514Kce/K瓷,烧成产品综合能耗≤0.643Kce/K。工艺瓷是二次烧成产品，对照《陈设艺术陶瓷单位产品能源消耗限额》（DB44/587-2009），低于陈设艺术瓷二次烧成产品综合能耗≤0.9Kce/K的先进值。

卫生瓷隧道窑单位产品烧成能耗为0.163Kce/K瓷，烧成产品综合能耗为0.262Kce/K,即4767.47kJ/K瓷。对照《建筑卫生陶瓷单位产品能源消耗限额》（GB21252-2007），低于卫生陶瓷烧成产品综合能耗≤0.55Kce/K的先进值，达到先进国家卫生陶瓷单位产品烧成能耗3350～8370kJ/K瓷的先进水平。

从上述三种隧道窑烧成产品能耗对比结果看，日用瓷隧道窑属于中等节能型隧道窑；工艺瓷、卫生瓷隧道窑属于国内先进节能型隧道窑；卫生瓷隧道窑还达到国外先进隧道窑的水平。隧道窑的烧成能耗与枫溪瓷区陶瓷生产现状有着密切的关系:

（1） 采用清洁能源如液化石油气和天然气等，这些气体燃料具有热值高、污染小、烧成稳定等优点，有利于自动化控制;

（2） 采取一系列节能措施，不断吸收先进窑炉技术，开展窑炉节能技术改造;

（3） 采用裸装明燃烧成技术;

（4） 应用低温烧成技术，改进卫生瓷传统工艺配方，降低烧成温度，从原来1280℃下降为1210～1220℃。

4.2窑炉热效率

日用瓷隧道窑热效率为19.01%，工艺瓷隧道窑热效率为26.08%，与国内先进窑炉热效率28%～30%相比明显偏低。卫生瓷隧道窑热效率45.47%，居于国内先进行列。

影响热效率的主要原因分析如下：

（1） 烧成带燃气燃烧的空燃比不合理，空气过剩系数过大，造成燃料的浪费，降低了热效率增大了排烟热损失。经检测，日用瓷隧道窑烧成带平均空气过剩系数为1.45；工艺瓷隧道窑烧成带平均空气过剩系数为1.41；卫生瓷隧道窑烧成带平均空气过剩系数为1.28，比日用瓷和工艺瓷隧道窑低。

（2） 烟气温度高，排烟热损失就大。日用瓷隧道窑排烟温度为240℃，离窑带走的热量1374.47MJ/h，占热量总支出的31.22%；工艺瓷隧道窑排烟温度为155℃，离窑带走的热量1136.77MJ/h，占热量总支出26.86%；卫生瓷排烟温度为100℃，离窑带走的热量为1696.19MJ/h，占热量总支出25.93%。

（3） 燃料燃烧采用冷空气助燃，增加了加热空气的燃料量。

（4） 隧道窑窑体和窑车积热和散热大。带出的显热占热支出的比例分别是：日用瓷隧道窑窑体为13.68%，窑车为4.45%；工艺瓷隧道窑窑体为12.12%，窑车为7.41%；卫生瓷隧道窑窑体为16.27%，窑车为4.39%。

4.3余热利用率

隧道窑余热包括冷却带抽热风和排烟余热两大部分，是可利用余热，其中日用瓷隧道窑占66.44%,工艺瓷隧道窑占67.04%,卫生瓷隧道窑占53.43%。已利用余热利用率：日用瓷隧道窑占35.22%；工艺瓷隧道窑占39.69%；卫生瓷隧道窑占35.66%。占可利用余热的比例为：日用瓷隧道窑为53.01%；工艺瓷隧道窑为59.20%；卫生瓷隧道窑61.85%。

从热平衡测试中发现，隧道窑的余热利用非常有限，余热利用率低、热损失大的原因是企业在余热利用认识上产生了误区，认为冷却带抽热风用于湿坯和模具的干燥，就是余热利用，而烟气的排放是隧道窑中废气的正常排放，忽视了烟气中包含着大量的热量，不经处理直接排出不仅影响环境，也造成了能源的损失。

5 节能途径建议

通过上述综合分析，对燃气隧道窑建议从如下几个方面采取节能措施。

5.1采用自动化控制技术

采用自动化控制技术，是节能的有效方法之一。它通过对隧道窑的烧成制度进行自动化控制，合理调节助燃风压、风量及以及空燃比例，降低空气过剩系数，提高燃气燃烧效率、传热效率和窑炉热效率，减少排烟热损失，节约能源。

5.2充分回收利用烟气余热

利用烟气余热最常用的方法：采用换热器装置回收烟气余热。利用烟气的热量加热，通过换热器中的冷空气形成热风，可以用作搅拌风、助燃风，以及入窑前坯体干燥的热源，减小坯体的入窑水分，同时可以提高坯体的入窑温度，加快进车速度，提高烟气余热的利用率。

5.3提高抽出热风的余热利用率

冷却带的热风是干净的热源。在确保产品出窑质量不受影响的情况下，可通过增大进出冷风量和热风量以提高冷却带余热利用率。具体的做法是：通过压力控制急冷气幕与最后一对烧嘴之间的压力，使之处于微正压或微负压，一般压力控制在（±1~2）Pa之间，使进出冷风量与热风量平衡，加速冷风与产品之间的热传递速度，提高产品的冷却效果，降低出窑温度，改善工作环境。

5.4窑车轻型化

在砌筑窑车衬砖耐火材料的选用上，根据资料介绍，轻质砖的蓄热能力只有重质耐火砖的50%，用轻质砖代替重质耐火砖时，可以节能15%，若采用陶瓷纤维可节约35%。窑车的轻型化，低蓄热化，是窑车节能的主要途径。采用容量小、强度高、隔热性能好的轻质砖代替重质耐火砖，砌筑窑车衬砖热面；陶瓷纤维作为窑车中间层保温材料，可以轻化窑车，实现窑车的低蓄热化，减少窑车蓄热和散热损失。同时也有利于提高预热带下部温度，减少上下温差，提高产品质量。

5.5加强窑体保温

选用高效保温材料――陶瓷纤维加强窑体的保温，是提高窑体保温效果、降低窑体外表面温度、减少散热损失最有效的方法之一，一般陶瓷纤维厚度应大于40L。

5.6采用余热风代替助燃空气

利用冷却带抽出的热风代替助燃空气，可以减少因加热空气所需的燃料量。根据资料介绍，当助燃空气温度每提高100℃时，可以节约燃料5%；提高到300～400℃时，节能15%～20%。

6 结 语

根据热平衡测试分析结果，目前枫溪瓷区燃气隧道窑单位产品烧成能耗在国内同行业中居于先进行列。但窑炉热效率和余热利用率有待进一步提高。隧道窑的节能潜力还比较大，节能措施有：

（1） 充分回收利用余热；

（2） 合理控制空气过剩系数；

（3） 提高助燃空气温度；

（4） 合理选择窑车耐火材料；

（5） 加强窑体保温。

参考资料

[1] 曾令可,邓伟强等.陶瓷工业能耗的现状及节能技术措施[J].陶瓷学报,2006,1.

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[3] 潮州陶瓷工业公司企业能量平衡测试报告[R].