陶瓷窑炉节能新技术应用及改造
林金宏
摘 要：珠江三角洲是我国经济发达地区，由于历史原因建成了数百家陶瓷企业，这些陶瓷企业既是耗能大户也是污染大户，所使用的多为煤、重油、工业柴油等含硫较高的燃料，燃烧产物是一个重要污染源。随着全民对环保的重视、环保政策日趋完善，改用天然气等清洁燃料是大势所趋、可持续发展之道，而价格偏高的燃料费用增加了生产成本，所以企业必须将提高能源利用效率，节能降耗、清洁生产工作放在首位，如何在现有基础设施上有效利用新技术、新设施实现低成本高收益的环保节能技术，一直是陶企技术人员关心、关注的事。
关健词：陶瓷窑炉；节能；新技术；应用
1 背景
国内经济的高速发展，环境污染问题日益凸显，节能环保越来越被重视。在热议之余，作为与陶瓷生产息息相关的上游设备——窑炉也逐渐加快了节能环保减排的步伐。随着佛山市2017年陶瓷行业大气污染深化整治方案的公布，当地政府要求区内所有以燃料油和煤作为燃料的陶瓷窑炉烟气要进行脱硫处理，或者必须严格将燃油的含硫量控制在0.4%以内，而市场上实际可购买到的燃油其含硫量基本都在0.8%以上，远远超标。如果加装环保设施，投资较大，运行费是一笔大开支。
基于上述因素，企业如何利用现有基础设施在更换燃料的同时如何进行一系列的节能改造工作，将窑炉的余热回收利用进行研发是陶企和窑炉公司持續改进提升的一项研究课题。
2 解决的思路和方法
（1）将烧成窑的高温烟气、热风引入到干燥窑，减少燃料消耗。
即通过大型风管和抽风系统，将烧成窑（辊道窑）排出的高温烟气、热风送入干燥窑进行陶瓷生坯干燥，实现余热循环再利用，减少甚至最终取消了干燥窑的燃耗。同时进行窑炉加宽改造和把单层干燥窑改成双层干燥窑，改造窑炉的保温结构，在窑炉炉膛喷涂热辐射材料，提高热效率。
（2）更换清洁燃料提高燃烧效率，降低能耗。
更换和改造原有柴油辊道窑炉的整个柴油供应与燃烧系统，重新设计和配置一套天然气减压输送和温度自动控制燃烧系统；把燃料更换成清洁高效的天然气。
（3）采用预混式燃烧器，控制最佳空燃比，减少排烟热损失。
将现有烧嘴更换成预混式燃烧器，以配合天然气的使用性能，并利用预混式燃烧器的燃料、空气预先混合后再喷入窑中燃烧的原理，降低空气过剩系数，提高燃烧效率，减少过多空气造成的排烟热损失，实现节能减排。
3 工艺流程和主要装置
3.1窑炉烟气余热利用的工艺流程和主要装置
通过大型风管和抽风系统，从烧成窑（辊道窑）的冷却带抽取热风送入干燥窑的后段，从预热带抽取烟气送入干燥窑前段，利用烧成窑的高温烟气、热风进行陶瓷生坯干燥，实现余热循环再利用，减少干燥窑的能耗。项目实施前，干燥窑和烧成窑各自有燃烧系统，烧成窑少量热风送至干燥窑，但供热量不足以满足干燥窑所需热能，仍需要干燥窑热风炉燃烧供热。见图1。
实施后，干燥窑取消了燃烧系统和配套热风机，烧成窑热风送至干燥窑后段，烟气送至干燥窑前段，废气分别从窑两端抽入烟囱排出大气。见图2。
3.2窑炉燃料更换的工艺流程和主要生产装置
更换和改造原有的柴油辊道窑的整个柴油供应与燃烧系统，重新设计和配置一套天然气减压输送和温度自动控制燃烧系统，窑炉上的240支燃油烧嘴全部改造更换，以适合天然气的使用要求。更换燃料后停用75 kW雾化风机和油泵，减少风机用电，并且不需设置脱硫设备，节约大量电能和运行费用。
实施前燃料流程从总油罐泵入各车间中转油罐，分二路输往烧成窑和干燥窑。具体如下图3。
项目实施后，生产工艺流程没有发生改变，燃料由柴油改为管道天然气，停用燃油雾化风机和油泵，同时由于燃烧效率提高、烟气量减少，也适当减少了排烟风机的电耗。
3.3快冷区余热回收利用
目前，辊道窑窑尾快冷区炉内热气温度一般为200 ～ 300℃，余热通常被浪费掉未能有效地加以利用，而在热风炉和干燥器煤气燃烧的过程中，都需要热风进行增氧助燃。
现今有部分企业在快冷区内的风机设置了2条风管，一条吸入窑内的热风，然后通过另一条风管将烟气喷回窑内，在风机的吸力和推力作用下，窑内的气体形成了一股搅拌的回旋风在窑内左右回旋。通过回旋风不断与砖坯接触，使空气与砖坯得到进一步的热交换，待烟气和砖坯得到充分的热交换后，使空气能将砖坯的热量带出，然后通过风机将烟气抽到干燥器中加以利用。砖坯余热回收技术的应用，可使产品出窑温度控制在150℃以下，不但让砖坯的余热得到进一步的利用，而且减少了产品的后期变形，改善了窑炉操作的工作环境。
3.4窑炉预混式燃烧系统项目的工艺流程和主要装置
窑炉传统上使用的是冷燃气扩散式燃烧器，存在着燃烧速度缓慢，不易点燃、易熄火，火焰射流喷射速度不够大，射程不够远，易脱火、离焰的缺陷。这些缺陷容易造成横向温差，造成色差、阴阳色等质量问题。为了解决这些质量问题，需加大助燃风流量，以提高火焰射流速度。但是加大助燃风量提高了窑炉正压，造成窑炉散热加大，同时排烟带走的烟气热量加大，造成耗气量、耗电量加大。而且窑炉正压大，容易造成炉体损坏。
为此，对窑炉采用新的预混式二次燃烧系统，采用部分空气与燃气的分流与旋流的动力原理喷入预混腔体混合后，再通过火焰喷头的内端碰撞后，从火焰喷头的若干个旋流孔喷出燃烧，再与二次助燃旋流分流孔的空气助燃燃烧。它可通过一次助燃空气、二次助燃空气的开关阀调整一次与二次的空气比例满足陶瓷窑炉的不同工艺要求。
预混式二次燃烧系统是由预混合装置、送气管道、扩散燃烧装置三大部件组成。其主要机理是将空气与燃气通过两条不同的输气管道采用分流旋流输入预混合装置的混合管腔体，在混合管腔体内造成可燃气体分子与助燃气体分子强制碰撞混合，再通过送气管道输送到燃烧装置，撞击混合管腔体出口喷头内端后，从喷头分流旋流口中喷出，此时的可燃气体已含有一定比例的空气，燃烧产生紫红色的短火焰，短火焰在炉膛中形成炉气，天然气再与二次空气分流旋流碰撞燃烧，同时二次助燃空气可利用墙砖内的热能提高助燃空气温度（预热助燃风）及降低燃烧器喷火头温度，可有效防止回火、脱火和烧损燃烧器；受二次空气喷射的推力，提高了炉气的喷射速度，并形成旋流，使烟气在炉膛中螺旋式推进，延长了烟气在炉膛中停留的时间，从而降低了排烟温度和减少烟气量，达到降低排烟热损失的目的，达到节能减排的效果。
其原理图及技改前后的主要生产装置如图4所示。
4 结束语
实践证明，陶瓷企业在现有设施基础上更换天然气作为燃料、将烧成窑的烟气引入到干燥窑、快冷区余热回收利用、采用预混式燃烧器等技术对陶瓷窑炉余热利用是可行的，充分利用陶瓷窑炉中的热量，既节约了能源，也对地球环境做出了一份贡献。上述几种节能方式已经在一些陶瓷企业采用，普遍反映取得了显著的节能效益，其节能率为18 ～ 35%，日耗燃煤可节约20 ～ 30%，CO2，SO2，NOX及粉尘等污染物的排放总量分别减少16%、16%、16%和25%以上。
陶瓷行业作为高能耗、高消耗的行业，通过节能技术的实施、研发新型节能技术及设备、发展循环经济和窑炉技术革新，都可以实现节能的目标，可为发展低碳经济发挥举足轻重的作用。陶瓷窑炉节能新技术的运用，将有力地推动陶瓷行业产业转型升级，加快发展低碳经济的步伐，从而为陶瓷企业建立节能、清洁、循环、低碳的新型生产方式提供强有力的科技支撑。
参考文献
[1] 范新晖. 陶瓷辊道窑余热综合利用技术[J]. 陶瓷， 2014（9）：28-30.
