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窑炉提高助燃风温度实现节能

阳谷窑炉平台2018-06-27 22:52:18

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   为寻找企业的节能方向,挖掘设备的节能潜力,降低能源消耗和生产成本,提高企业经济效益一直是一个永恒的课题。从提高陶瓷企业窑炉的热能利用效率和节约能源的角度理解,目前陶瓷行业内普遍使用的辊道窑,其热能合理利用方面仍然存在如下的不足之处:

窑炉热能利用仍有不足

  窑炉余热未能完全利用。辊道窑无论其在热工设计及至实际运行中,其热能利用合理方面仍存在不尽人意之处。根据对一些较有代表的窑炉热平衡测定所取得的的热工数据来看,其冷却带抽热和排烟带走余热两项合计占窑炉输入热量的比例,大多数窑炉为50~60%。多年来,由于燃料成本比例增大因素的影响,为配合陶瓷生产工艺改革和干燥设备技术的进一步完善,在业内技术人员的努力之下,在窑炉烧成中产生的这些余热大部份是供给坯体干燥使用了。这在窑炉余热利用方面,确实取得了极大的进步。这一进步基本上使大多数企业不再需要使用燃料于干燥工序,这方面的成效是相当显著的。然而,在窑炉生产的实际使用中,或在窑炉设计时,或在各企业的具体操作使用时,或窑炉用于不同产品烧制时,窑炉的余热利用的情况在不同的企业中就各有差异了。

  通过我们对目前业内使用的窑炉余热的利用情况的调查,各种因素仍影响着窑炉的余热未能完全被利用。一是生产方面,部份企业窑炉排出的冷却带余热和排烟带走热量供给干燥窑存在多余情况,多余部份只采取向天空排空的方式;二是设备方面,部份企业窑炉太短,而又不适当地加大产量,致使出砖温度在200℃以上,造成了冷却余热的浪费;三是操作方面,一些企业为加大产量,拼命地加大燃烧量而不惜以加大排烟来解决窑炉正压,造成排烟损失大大增加;四是意识方面,一些企业的产值与成本间仍有空间,不在乎燃料成本,不自觉节能。上述分析表明,窑炉余热利用方面仍然存在很大的空间和有许多工作要做。

  助燃风升温难题未能解决。我们经常讲:如果提高助燃风温度可以使窑炉节省多少多少燃料,能够得到多少多少的效益。但是,这一节能措施仍未能实际使用。多年来我们所设计、建造的辊道窑,均是以9-26型风机(A传动方式)吸入大气送入助燃风管道系统,再进入燃油或燃气烧嘴燃烧。窑炉设备厂商也只是提供了适用于低温助燃风的烧嘴,陶瓷生产企业无奈也只能够习惯于使用此类设施。有企业曾尝试使用冷却带热风进入助燃风机入口,以期提高风温以节省燃料措施,但因助燃风机、管道系统及烧嘴不适应而放弃。笔者获悉,目前行业内使用此措施的极少数企业,也只是抽取极少量的冷却带热风给助燃风混合,或只简单利用窑体的少量散热来提高较低的温度,而全面利用窑炉余热来提高助燃风温度的技术和设备方面的问题,仍旧未能彻底得到解决。

  窑炉缺乏燃烧监控。一些辊道窑的烧成带燃烧空气系数高,致使排烟损失增大。通常,辊道窑在消耗燃料量和窑炉最高烧成温度一定的条件下,需要控制助燃空气量以及燃烧空气系数,使燃油工况的空气系数控制在α=1.4~1.6;燃煤气工况的空气系数应控制在α=1.2~1.3。通过调整空气系数,可提高燃烧温度,排烟量大大减少,热能的浪费也大大减少。由于大多数的窑炉都没有安装燃烧系统烟气氧量计,这方面的监控至目前仍是空白。这也造成目前窑炉余热不适当地增大。

 

提高助燃风温度节能效果明显


  提高助燃风温度可否使窑炉节能?助燃风温度提高后窑炉的节能效果有多大?通过以下的计算,我们可以得出结果。

 过量空气系数降低,可减少排烟热损失,节能量计算为:
 调节前窑炉内空气系数:α2 =1.75 (烟气含氧量平均值9%);
 调节后窑炉内空气系数:α1=1.45 (烟气含氧量平均值6.5%)。
 以一条产砖410m2/h的窑炉,用煤气量为Q= 5465 m3/ h来计算:
 理论空气量:L0=1.18Nm3/m3
 过量空气量为: L=(α2-α1)×L0×Q=1935 Nm3/h
 测试这条窑现行入窑助燃风量10220Nm3/ h,实际上应调节为:
 8285Nm3/ h。
 理论烟气量:V0=2.04Nm3/ m3
 增加了烟气量为:V =(α2-α1)×V0×Q= 3345Nm3/ h
 (排烟平均温度:355℃ ,烟气比热1.33kJ/Nm3)
 所增大的排烟量致排烟损失热量为:
 Q=3345×1.33×355 = 1579342kJ/ h
 增大的热损失相当于燃烧煤气量1579342/6075 = 260Nm3/h

  占入窑煤气的4.75%,即控制窑内空气系数从1.75降低至1.45,可节省4.75%的煤气。肇庆市永圣陶瓷有限公司在对6#窑炉进行燃烧助燃风配比调整之后,对窑炉内燃烧空气系数测试后得出了烟气含氧量变化曲线。

 

 

专用高温助燃风烧嘴必不可少


  由于助燃风经预热提高温度后,空气体积膨胀,动力粘性系数增大,流动阻力加大,如果不采取有效的技术措施,烧嘴的燃烧能力将会相应下降。为此,我们在实验炉中做了一个模拟试验:选取市面上5万大卡的液化气烧嘴和燃油烧嘴,燃烧室是一节辊道窑箱体,试验助燃空气加热至不同温度下的燃烧状况。当助燃风和燃气(燃油)的压力不变, 助燃风温度达到80℃时,火焰开始变红,证明因空气体积膨胀后含氧量不足。

  要保持烧嘴的燃烧能力不变,需要采取如下措施:

 ◆ 提高烧嘴前的助燃空气压力,以保证有足够的空气参与燃烧。所需压力可由下式求出:
 Pt= P0 ×(1+t/273)
 其中t———助燃空气预热温度
 Pt———助燃空气预热温度为t℃时烧嘴前压力
 P0———助燃空气未预热时烧嘴前压力
 ◆ 增大空气的流通面积,减小压力损失,使单位时间内流过的助燃空气质量保持不变。根据:
 Vt=V0[1+Av(t-t0)]
 Vt———温度为t时体积
 V0———常温t0时的体积
 Av———体积膨胀系数1/℃(空气=216)
 t———加热前助燃风温度
 t0 ———加热后助燃风温度
 若助燃空气从30℃加热到200℃时,得出:
 Vt=V0[1+(473-303)/216] = 1.78 V0

  即在不改变流速v的情况下管路的流通面积相应增大1.78倍,在实际应用中可选原管路截面积的1.5倍。根据上述原理,为了使辊道窑及其烧嘴能够适用于高温助燃风,我们根据预热助燃空气的特点,优化了助燃风通道,减小了风道的压力损失,并且设计出新型的可使用预热空气的专用烧嘴,其特点如下:

 1、燃烧完全,燃烧效率高(可达92%以上),空气消耗系数在1.2时,烟气的CO含量极低。
 2、燃烧稳定可靠,调节比达5:1。
 3、适用于200℃高温助燃风。
 4、燃烧火焰为淡蓝色透明,火焰长度300~500mm。
 5、烧嘴可电子点火,可配紫外线火焰监测探头。

    辊道窑通过更换此烧嘴及对风管管路相应加大,即能保障使用经余热回收提高温度之后的助燃风,从而使辊窑的节能措施得到实施。

 

窑炉内宽并非越宽越好


  使用高温助燃风需要从以下几个问题考虑,才能更有效地保障这一节能措施的长期实施。在窑炉设计、研制和建造方面,为解决窑炉的断面温差,一种新型的拱顶结构辊道窑已在行业内得到实际应用。拱顶结构窑炉的内部空间比吊顶窑炉大,窑内畜热量相对较多,保证了窑内温度均匀,调整了热辐射的角度,因此窑内断面各处温差较小,从而解决了宽断面辊道窑常见的断面温差难题。窑炉的排烟系统采用窑头集中排放方式,也为充分利用窑炉余热、降低能耗创造了条件。

  辊道窑的宽度问题,要从实际情况和实践来决定,不能越宽越好。窑炉的内宽要考虑采用的燃料质量,燃料质量较好,窑炉的内宽可以适当增加。另一方面,窑炉内宽增大,必然致使助燃风加大,从而使窑炉排烟也加大,窑炉排烟热损失增大了,使得窑炉的单位产品能耗增多。

  使用助燃风提温节能措施的窑炉,必须要贯彻一个新的烧成制度。这个新的烧成制度,是要使司窑者改变以往一些在脑袋中凝固了的想法和做法,密切地配合对窑炉新措施的使用。如合适地调节窑炉的进、出风风量,调节窑内燃烧空气系数,调整或稍改变原来的压力、温度曲线。不能认为不需调整就能采用新的节能措施,只要能保障产品产量、质量,这些调整对节能措施的应用都是必要的。

  为了贯彻落实国家节能减排的基本政策,加快节约型社会建设,强化企业的节能技术革新,实现“十一五”期间节能目标。从提高陶瓷企业窑炉的热能利用效率和节约能源提高效益方面出发,辊道窑热能合理利用方面必然会越来越好。通过采用高温助燃风烧嘴,并且对窑炉送风系统进行适当改造,烧成方式的改革等,提高窑炉助燃风温度节能措施,必然会在企业得到逐步应用,企业也能从中得到最佳的经济效益。

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