窑炉燃烧状态调整与监控

    谢炳豪

    摘 要：本文简单阐述了目前窑炉的燃烧状态与监控、窑炉燃烧状态的调试服务方式、对安装窑炉时温度、压力、气氛的实时监控，以及窑炉的测点布置等方面。通过对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，以期达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。希望能为陶瓷企业节能减排带来一定的帮助。

    关键词：窑炉燃烧状态；监控；调整；节能减排

    1 当前窑炉的燃烧状态

    与早期的窑炉比较，当前陶瓷生产企业均采取加长、加宽窑炉来达到提高生产能力、降低烧成能耗的目的。由于窑炉加长、加宽，助燃风机、排烟风机加大，风压加大，致使窑内燃烧状态较难调节。目前企业的窑炉基本上是烧煤制气，受所配套助燃风送风管道系统、选用烧嘴的性能、助燃风量风压等因素的影响，调节到最佳燃烧状态更加不容易。据对在陶瓷企业运行的辊道窑了解，目前窑炉只安装有热电偶监控窑炉各段的温度，一直没有安装压力计和氧量计，未能监控窑内压力和燃烧空气系数（烟气含氧量），窑炉操作者只凭经验去调节窑炉燃烧，对窑内燃烧是否良好，未能具有数据表达。由此造成窑内燃烧出现如下状况：

    （1） 烧成带助燃风量不足够，燃料（煤气）燃烧不完全。测试数据为窑内烟气含氧量低，CO含量高。出现这种情况是，煤气未能完全燃烧而浪费。

    （2） 烧成带中燃烧空气过量。测试数据为窑内烟气含氧量高、燃烧空气系数大。出现这种情况是：过量的空气燃烧为了保持窑内温度，就要过量燃料（煤气），也迫使窑炉的预热带（低温段）负压开得很大来适应窑炉运行。从而使排烟量增大，窑炉热损失增大。辊道窑在消耗燃料量和窑炉最高烧成温度一定的情况下，需要控制助燃空气量以及燃烧空气系数。通过调试合适的空气系数，可以提高燃烧温度，使排烟量大大减少，热能的浪费可以大大减小。

    （3） 窑炉排烟开得过大，窑炉低温区负压过大，烧成曲线不合理，对窑内压力无仪器仪表监控，由此排出了窑内大量的热量，反过来又需要增加煤气燃料对窑内燃烧的输入。操作者没能根据窑炉烧制不同产品或不同的产量而调节好烧成曲线。由此增加了窑炉不必要的热能浪费。

    （4） 窑炉所配套的烧嘴不适当，由于煤气热值较低，燃烧速度慢、所选择的烧嘴与助燃空气混合不充分、燃烧喷射速度不足、射程不远。而目前企业越来越多的采用内宽2.5m以上的宽体窑，而且普遍日产量较大。配套不适当的烧嘴的窑炉燃烧系统已经难以适应，造成窑炉中央温度较两侧温度偏低的横向温差，而造成产品色差、阴阳色等质量问题。为了解决该问题，企业又不得不通过加大助燃风来提高火焰喷射速度，而加大助燃风又带来了窑炉正压，只有采取同样地加大窑炉排烟量来处理。这样做法，都加大了窑炉的燃料消耗、加大了窑炉风机电耗，而窑炉正压运行又造成窑体容易损坏。

    （5） 窑内烟气闸板调节不适当，造成如急冷风带入至烧成带或预热带温度升温不适当的现象。也造成了窑内燃烧状况不良，热损失增加。

    2 窑炉燃烧状态监控、调试服务方式及效益

    2.1 窑炉燃烧状态的检测和调节

    通过对窑炉进行燃烧状态的检测，掌握窑内燃烧状况，从而根据所检测得的数据，对窑炉烧成温度曲线、压力曲线、气氛曲线进行适当的调节。调节窑炉燃烧在更加合适的状态，从而减少排烟的热损失，降低窑炉能耗。

    现以一条产砖量410m2/h，使用煤气量为Q=5465m3/h的窑炉对热工理论计算：

    通过降低燃烧过量空气系数，减少排烟热损失，节能量为：

    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%）；

    理论空气量：L0=1.18Nm3/m3

    过量空气量为：L=（α2-α1）×L0×Q=1935Nm3/h

    测试得这条窑现行入窑助燃风量10220Nm3/h，实际上应调节入窑助燃风量为：8285Nm3/h（只是原来的81%）。

    我们可按此计算节约煤气量：

    理论烟气量：V0=2.04Nm3/m3

    由于助燃风过量而所增加的烟气量为：

    V=（α2-α1）×V0×Q=3345Nm3/h

    （排烟平均温度：355℃，烟气比热1.33kJ/Nm3）

    所增大的排烟量致使增大该窑炉排烟损失的热量：

    Q=3345×1.33×355=1579342kJ/h

    所增大的热损失相当于燃烧煤气量：

    1579342/6075=260Nm3/h

    这增大的热损失占了入窑煤气总量的4.75%。即如果控制窑内空气系数从1.75降低至1.45，就可以节省4.75%的煤气。

    一个实际应用的例子是：

    某陶瓷有限公司通过对窑炉燃烧状态的调整，并结合采用高温助燃风措施，使窑炉产品单位煤耗从原来的4.6kg/m2下降至3.9kg/m2，降低能源消耗15%以上。

    该公司一座窑炉，窑长300m，共分有230区（仓），我们使用微压力计和烟气成份分析仪沿着窑长逐点逐点地从45区至208区的测试窑内压力和烟气成份变化数据，调节前后的含氧量和窑内压力变化如表1、表2所示。随窑炉烧成段所显示烟气含氧量变化曲线如图1所示，随窑炉烧成段所显示窑内压力变化曲线如图2所示。

    在对该窑炉的燃烧空气系数调节过程中，窑炉原来装置的烧嘴不适应所作的风量调节。在实施降低了窑炉助燃风时，出现窑内横向温差增大，影响产品尺寸、色差。后来，对全窑更换高效长焰烧嘴，达到减低助燃风合理配风仍能保证窑炉温度和产品质量。

    3 安装窑炉温度、压力、气氛的实时监控

    窑炉在线监控，根据窑炉烧成产品状况，气候环境变化、窑炉产量变化、产品原料的改变等因素，可按实际需要调节窑炉在最佳的燃烧状态下运行。窑炉需要在最佳的燃烧状态下运行，才能达到最低的烧成能耗。

    按了解，当前只有很个别的企业采用了在窑炉烧成带安装了以斜管压力计显示的窑内压力数据监测。企业内定期派出管理人员到现场观察所显示的各条窑炉内的压力状态，发现显示压力与所要求不一致，即与车间或窑炉主管协商调整。这一做法，对窑炉操作人员技术水平、操作也起到了监督、促进，对窑炉节能运行起了积极的作用。

    若需要随时地监控窑炉内压力变化和燃烧状态，则需要从窑炉烧成带测取窑内压力和氧含量，通过安装氧化锆氧量计探头、压力变送器和8通道无纸记录仪可随时地显示（监测）窑内压力变化数据，每区的压力变化能用曲线显示，并可配微型打印机打印记录！

    4 窑炉测点布置

    在急冷带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点1；在窑炉烧成带零压点上布置一个测压点2和一个烟气含氧量测点；在预热带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点3；在预热带中段布置一个测压点4；在预热带最前段近排烟处布置一个测压点5。测量窑内压力、气氛布点方案示意图如图3所示。测试所需要的设备如表3所示。

    5 结语

    目前，窑炉节能是陶瓷企业最为关心的问题，陶瓷企业对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，可以达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。此措施希望能为陶瓷企业节能减排带来帮助。

    摘 要：本文简单阐述了目前窑炉的燃烧状态与监控、窑炉燃烧状态的调试服务方式、对安装窑炉时温度、压力、气氛的实时监控，以及窑炉的测点布置等方面。通过对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，以期达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。希望能为陶瓷企业节能减排带来一定的帮助。

    关键词：窑炉燃烧状态；监控；调整；节能减排

    1 当前窑炉的燃烧状态

    与早期的窑炉比较，当前陶瓷生产企业均采取加长、加宽窑炉来达到提高生产能力、降低烧成能耗的目的。由于窑炉加长、加宽，助燃风机、排烟风机加大，风压加大，致使窑内燃烧状态较难调节。目前企业的窑炉基本上是烧煤制气，受所配套助燃风送风管道系统、选用烧嘴的性能、助燃风量风压等因素的影响，调节到最佳燃烧状态更加不容易。据对在陶瓷企业运行的辊道窑了解，目前窑炉只安装有热电偶监控窑炉各段的温度，一直没有安装压力计和氧量计，未能监控窑内压力和燃烧空气系数（烟气含氧量），窑炉操作者只凭经验去调节窑炉燃烧，对窑内燃烧是否良好，未能具有数据表达。由此造成窑内燃烧出现如下状况：

    （1） 烧成带助燃风量不足够，燃料（煤气）燃烧不完全。测试数据为窑内烟气含氧量低，CO含量高。出现这种情况是，煤气未能完全燃烧而浪费。

    （2） 烧成带中燃烧空气过量。测试数据为窑内烟气含氧量高、燃烧空气系数大。出现这种情况是：过量的空气燃烧为了保持窑内温度，就要过量燃料（煤气），也迫使窑炉的预热带（低温段）负压开得很大来适应窑炉运行。从而使排烟量增大，窑炉热损失增大。辊道窑在消耗燃料量和窑炉最高烧成温度一定的情况下，需要控制助燃空气量以及燃烧空气系数。通过调试合适的空气系数，可以提高燃烧温度，使排烟量大大减少，热能的浪费可以大大减小。

    （3） 窑炉排烟开得过大，窑炉低温区负压过大，烧成曲线不合理，对窑内压力无仪器仪表监控，由此排出了窑内大量的热量，反过来又需要增加煤气燃料对窑内燃烧的输入。操作者没能根据窑炉烧制不同产品或不同的产量而调节好烧成曲线。由此增加了窑炉不必要的热能浪费。

    （4） 窑炉所配套的烧嘴不适当，由于煤气热值较低，燃烧速度慢、所选择的烧嘴与助燃空气混合不充分、燃烧喷射速度不足、射程不远。而目前企业越来越多的采用内宽2.5m以上的宽体窑，而且普遍日产量较大。配套不适当的烧嘴的窑炉燃烧系统已经难以适应，造成窑炉中央温度较两侧温度偏低的横向温差，而造成产品色差、阴阳色等质量问题。为了解决该问题，企业又不得不通过加大助燃风来提高火焰喷射速度，而加大助燃风又带来了窑炉正压，只有采取同样地加大窑炉排烟量来处理。这样做法，都加大了窑炉的燃料消耗、加大了窑炉风机电耗，而窑炉正压运行又造成窑体容易损坏。

    （5） 窑内烟气闸板调节不适当，造成如急冷风带入至烧成带或预热带温度升温不适当的现象。也造成了窑内燃烧状况不良，热损失增加。

    2 窑炉燃烧状态监控、调试服务方式及效益

    2.1 窑炉燃烧状态的检测和调节

    通过对窑炉进行燃烧状态的检测，掌握窑内燃烧状况，从而根据所检测得的数据，对窑炉烧成温度曲线、压力曲线、气氛曲线进行适当的调节。调节窑炉燃烧在更加合适的状态，从而减少排烟的热损失，降低窑炉能耗。

    现以一条产砖量410m2/h，使用煤气量为Q=5465m3/h的窑炉对热工理论计算：

    通过降低燃烧过量空气系数，减少排烟热损失，节能量为：

    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%）；

    理论空气量：L0=1.18Nm3/m3

    过量空气量为：L=（α2-α1）×L0×Q=1935Nm3/h

    测试得这条窑现行入窑助燃风量10220Nm3/h，实际上应调节入窑助燃风量为：8285Nm3/h（只是原来的81%）。

    我们可按此计算节约煤气量：

    理论烟气量：V0=2.04Nm3/m3

    由于助燃风过量而所增加的烟气量为：

    V=（α2-α1）×V0×Q=3345Nm3/h

    （排烟平均温度：355℃，烟气比热1.33kJ/Nm3）

    所增大的排烟量致使增大该窑炉排烟损失的热量：

    Q=3345×1.33×355=1579342kJ/h

    所增大的热损失相当于燃烧煤气量：

    1579342/6075=260Nm3/h

    这增大的热损失占了入窑煤气总量的4.75%。即如果控制窑内空气系数从1.75降低至1.45，就可以节省4.75%的煤气。

    一个实际应用的例子是：

    某陶瓷有限公司通过对窑炉燃烧状态的调整，并结合采用高温助燃风措施，使窑炉产品单位煤耗从原来的4.6kg/m2下降至3.9kg/m2，降低能源消耗15%以上。

    该公司一座窑炉，窑长300m，共分有230区（仓），我们使用微压力计和烟气成份分析仪沿着窑长逐点逐点地从45区至208区的测试窑内压力和烟气成份变化数据，调节前后的含氧量和窑内压力变化如表1、表2所示。随窑炉烧成段所显示烟气含氧量变化曲线如图1所示，随窑炉烧成段所显示窑内压力变化曲线如图2所示。

    在对该窑炉的燃烧空气系数调节过程中，窑炉原来装置的烧嘴不适应所作的风量调节。在实施降低了窑炉助燃风时，出现窑内横向温差增大，影响产品尺寸、色差。后来，对全窑更换高效长焰烧嘴，达到减低助燃风合理配风仍能保证窑炉温度和产品质量。

    3 安装窑炉温度、压力、气氛的实时监控

    窑炉在线监控，根据窑炉烧成产品状况，气候环境变化、窑炉产量变化、产品原料的改变等因素，可按实际需要调节窑炉在最佳的燃烧状态下运行。窑炉需要在最佳的燃烧状态下运行，才能达到最低的烧成能耗。

    按了解，当前只有很个别的企业采用了在窑炉烧成带安装了以斜管压力计显示的窑内压力数据监测。企业内定期派出管理人员到现场观察所显示的各条窑炉内的压力状态，发现显示压力与所要求不一致，即与车间或窑炉主管协商调整。这一做法，对窑炉操作人员技术水平、操作也起到了监督、促进，对窑炉节能运行起了积极的作用。

    若需要随时地监控窑炉内压力变化和燃烧状态，则需要从窑炉烧成带测取窑内压力和氧含量，通过安装氧化锆氧量计探头、压力变送器和8通道无纸记录仪可随时地显示（监测）窑内压力变化数据，每区的压力变化能用曲线显示，并可配微型打印机打印记录！

    4 窑炉测点布置

    在急冷带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点1；在窑炉烧成带零压点上布置一个测压点2和一个烟气含氧量测点；在预热带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点3；在预热带中段布置一个测压点4；在预热带最前段近排烟处布置一个测压点5。测量窑内压力、气氛布点方案示意图如图3所示。测试所需要的设备如表3所示。

    5 结语

    目前，窑炉节能是陶瓷企业最为关心的问题，陶瓷企业对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，可以达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。此措施希望能为陶瓷企业节能减排带来帮助。

    摘 要：本文简单阐述了目前窑炉的燃烧状态与监控、窑炉燃烧状态的调试服务方式、对安装窑炉时温度、压力、气氛的实时监控，以及窑炉的测点布置等方面。通过对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，以期达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。希望能为陶瓷企业节能减排带来一定的帮助。

    关键词：窑炉燃烧状态；监控；调整；节能减排

    1 当前窑炉的燃烧状态

    与早期的窑炉比较，当前陶瓷生产企业均采取加长、加宽窑炉来达到提高生产能力、降低烧成能耗的目的。由于窑炉加长、加宽，助燃风机、排烟风机加大，风压加大，致使窑内燃烧状态较难调节。目前企业的窑炉基本上是烧煤制气，受所配套助燃风送风管道系统、选用烧嘴的性能、助燃风量风压等因素的影响，调节到最佳燃烧状态更加不容易。据对在陶瓷企业运行的辊道窑了解，目前窑炉只安装有热电偶监控窑炉各段的温度，一直没有安装压力计和氧量计，未能监控窑内压力和燃烧空气系数（烟气含氧量），窑炉操作者只凭经验去调节窑炉燃烧，对窑内燃烧是否良好，未能具有数据表达。由此造成窑内燃烧出现如下状况：

    （1） 烧成带助燃风量不足够，燃料（煤气）燃烧不完全。测试数据为窑内烟气含氧量低，CO含量高。出现这种情况是，煤气未能完全燃烧而浪费。

    （2） 烧成带中燃烧空气过量。测试数据为窑内烟气含氧量高、燃烧空气系数大。出现这种情况是：过量的空气燃烧为了保持窑内温度，就要过量燃料（煤气），也迫使窑炉的预热带（低温段）负压开得很大来适应窑炉运行。从而使排烟量增大，窑炉热损失增大。辊道窑在消耗燃料量和窑炉最高烧成温度一定的情况下，需要控制助燃空气量以及燃烧空气系数。通过调试合适的空气系数，可以提高燃烧温度，使排烟量大大减少，热能的浪费可以大大减小。

    （3） 窑炉排烟开得过大，窑炉低温区负压过大，烧成曲线不合理，对窑内压力无仪器仪表监控，由此排出了窑内大量的热量，反过来又需要增加煤气燃料对窑内燃烧的输入。操作者没能根据窑炉烧制不同产品或不同的产量而调节好烧成曲线。由此增加了窑炉不必要的热能浪费。

    （4） 窑炉所配套的烧嘴不适当，由于煤气热值较低，燃烧速度慢、所选择的烧嘴与助燃空气混合不充分、燃烧喷射速度不足、射程不远。而目前企业越来越多的采用内宽2.5m以上的宽体窑，而且普遍日产量较大。配套不适当的烧嘴的窑炉燃烧系统已经难以适应，造成窑炉中央温度较两侧温度偏低的横向温差，而造成产品色差、阴阳色等质量问题。为了解决该问题，企业又不得不通过加大助燃风来提高火焰喷射速度，而加大助燃风又带来了窑炉正压，只有采取同样地加大窑炉排烟量来处理。这样做法，都加大了窑炉的燃料消耗、加大了窑炉风机电耗，而窑炉正压运行又造成窑体容易损坏。

    （5） 窑内烟气闸板调节不适当，造成如急冷风带入至烧成带或预热带温度升温不适当的现象。也造成了窑内燃烧状况不良，热损失增加。

    2 窑炉燃烧状态监控、调试服务方式及效益

    2.1 窑炉燃烧状态的检测和调节

    通过对窑炉进行燃烧状态的检测，掌握窑内燃烧状况，从而根据所检测得的数据，对窑炉烧成温度曲线、压力曲线、气氛曲线进行适当的调节。调节窑炉燃烧在更加合适的状态，从而减少排烟的热损失，降低窑炉能耗。

    现以一条产砖量410m2/h，使用煤气量为Q=5465m3/h的窑炉对热工理论计算：

    通过降低燃烧过量空气系数，减少排烟热损失，节能量为：

    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%）；

    理论空气量：L0=1.18Nm3/m3

    过量空气量为：L=（α2-α1）×L0×Q=1935Nm3/h

    测试得这条窑现行入窑助燃风量10220Nm3/h，实际上应调节入窑助燃风量为：8285Nm3/h（只是原来的81%）。

    我们可按此计算节约煤气量：

    理论烟气量：V0=2.04Nm3/m3

    由于助燃风过量而所增加的烟气量为：

    V=（α2-α1）×V0×Q=3345Nm3/h

    （排烟平均温度：355℃，烟气比热1.33kJ/Nm3）

    所增大的排烟量致使增大该窑炉排烟损失的热量：

    Q=3345×1.33×355=1579342kJ/h

    所增大的热损失相当于燃烧煤气量：

    1579342/6075=260Nm3/h

    这增大的热损失占了入窑煤气总量的4.75%。即如果控制窑内空气系数从1.75降低至1.45，就可以节省4.75%的煤气。

    一个实际应用的例子是：

    某陶瓷有限公司通过对窑炉燃烧状态的调整，并结合采用高温助燃风措施，使窑炉产品单位煤耗从原来的4.6kg/m2下降至3.9kg/m2，降低能源消耗15%以上。

    该公司一座窑炉，窑长300m，共分有230区（仓），我们使用微压力计和烟气成份分析仪沿着窑长逐点逐点地从45区至208区的测试窑内压力和烟气成份变化数据，调节前后的含氧量和窑内压力变化如表1、表2所示。随窑炉烧成段所显示烟气含氧量变化曲线如图1所示，随窑炉烧成段所显示窑内压力变化曲线如图2所示。

    在对该窑炉的燃烧空气系数调节过程中，窑炉原来装置的烧嘴不适应所作的风量调节。在实施降低了窑炉助燃风时，出现窑内横向温差增大，影响产品尺寸、色差。后来，对全窑更换高效长焰烧嘴，达到减低助燃风合理配风仍能保证窑炉温度和产品质量。

    3 安装窑炉温度、压力、气氛的实时监控

    窑炉在线监控，根据窑炉烧成产品状况，气候环境变化、窑炉产量变化、产品原料的改变等因素，可按实际需要调节窑炉在最佳的燃烧状态下运行。窑炉需要在最佳的燃烧状态下运行，才能达到最低的烧成能耗。

    按了解，当前只有很个别的企业采用了在窑炉烧成带安装了以斜管压力计显示的窑内压力数据监测。企业内定期派出管理人员到现场观察所显示的各条窑炉内的压力状态，发现显示压力与所要求不一致，即与车间或窑炉主管协商调整。这一做法，对窑炉操作人员技术水平、操作也起到了监督、促进，对窑炉节能运行起了积极的作用。

    若需要随时地监控窑炉内压力变化和燃烧状态，则需要从窑炉烧成带测取窑内压力和氧含量，通过安装氧化锆氧量计探头、压力变送器和8通道无纸记录仪可随时地显示（监测）窑内压力变化数据，每区的压力变化能用曲线显示，并可配微型打印机打印记录！

    4 窑炉测点布置

    在急冷带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点1；在窑炉烧成带零压点上布置一个测压点2和一个烟气含氧量测点；在预热带与烧成带之间闸板之下靠烧成带一侧窑炉上布置一个测压点3；在预热带中段布置一个测压点4；在预热带最前段近排烟处布置一个测压点5。测量窑内压力、气氛布点方案示意图如图3所示。测试所需要的设备如表3所示。

    5 结语

    目前，窑炉节能是陶瓷企业最为关心的问题，陶瓷企业对窑炉的燃烧状态进行监控与调节，可以达到减少排烟的热损失，降低窑炉能耗的目的。此措施希望能为陶瓷企业节能减排带来帮助。