浅谈对硅酸盐工业窑炉的改进

熊辉

摘 要 硅酸盐工业在我国是能源消耗较多的一个种类，而硅酸盐工业窑炉又是一种消耗能源最多且会产生大幅污染的设备。在提倡绿色生产的今天，对于硅酸盐工业窑炉进行改造是十分有必要的，如何提高硅酸盐工业窑炉的生产效率，以及防治硅酸盐工业窑炉当中排出的难以处理的氮氧化物，都是我们所关注的课题。在本文中，笔者主要通过把握硅酸盐工业窑炉的特点，来探析一些改进硅酸盐工业窑炉的方法，以使这种设备在未来的生产当中能够取得更好的工作成效。

关键词 硅酸盐工业 窑炉 改进

中图分类号：TS3 文献标识码：A

我们知道，硅酸盐工业在我国是能源消耗较多的一个种类，而硅酸盐工业窑炉又是一种消耗能源最多且会产生大幅污染的设备。这种对能源的巨大消耗和对环境的严重污染已经迫使我们急需着手进行对硅酸盐工业窑炉进行改造，以提高它的工作效率、节约能源、降低生产成本。下面我们将从实际出发，分析怎样改进才能使窑炉更节能，减少环境污染。

目前据我们所知，硅酸盐工业窑炉当中存在的问题之一是能源的有效利用率较低，而有效利用率低的主要原因则是能量具有量的守恒性和能质的不守恒性。只要解决了这个矛盾，我们的窑炉利用效率就能得到有效提高。对于解决这个矛盾，我们可以通过采用测试、统计、计算等方法，用热平衡的各项技术指标来分析和掌握耗能状况和用能水平，从而找出能源利用当中所存在的问题。但是，传统的热平衡分析法是以热力学第一定律为基础的，是从能量守恒的观点来分析能量的利用程度。其观点认为热能的损失主要是烟气带走的热和窑体散热。它只分析了能量在转化和传递过程中数量上的平衡，而没有考虑能量在能质上的差异与变化。

针对以上这种状况，我们可以采用有效能分析法进行对硅酸盐工业窑炉效率的提升。所谓有效能，是指物系以完全可逆的方式变化到与环境处于热力学平衡状态时，物系对环境所作的功。它衡量的是物系所具有的能量的做功能力的大小。有效能分析法实质上是从过程推动力的观点来考察能量的综合利用情况，它不仅可以从能量的数量和质量的结合上来评价能量的品位，而且可对用热过程和热循环进行全面的热力学分析。它关心的不仅是如何减少窑炉向外界泄漏和排放的能量，而且更注意如何减少窑炉内部各种因素和过程（如传热、传质、燃烧、流动等）造成的能量损失。通过有效能分析法计算我们可以发现：硅酸盐工业窑炉的最大热能损失不在窑炉外部，而在窑炉内部。内部热能损失，如燃烧过程和传热过程的损失高达50%以上。因此如何减少窑炉内部的能量损失才是节约能源的主攻方向。

有效能分析法应用了热力学第一、第二定律，从能量的数量和质量的结合上评价窑炉的热能利用情况，有效的克服了热平衡分析法的不足，为窑炉的设计、操作和节能工作指出了方向与途径。

硅酸盐工业窑炉工作当中存在的另一个问题便是硅酸盐工业窑炉中燃料燃烧引起的对大气环境污染了，这其中危害最大且又难以处理的就是氮的氧化物了。而氮氧化物的生成主要是由以下几个因素造成的：（1）燃料中氮化合物的含量。通过调查我们发现，氮化合物含量越高，氮氧化物的生成量就越多，如气体燃料中氮化合物含量极少，故它燃烧时的生成的氮氧化物几乎都是由空气中氮转化而来的；相反，固体燃料煤，特别是燃烧煤粉，烟气中绝大部分的氮氧化物是由燃料固有氮化物转化而来；而液体燃料则介于上述二者之间。（2）火焰温度，即燃烧区的温度。我们发现，所在的高温下燃烧温度愈高，氮氧化物越容易生成。（3）燃烧区中氧的浓度。该区氧的浓度增大，其生成速度就会增大。当氧含量合适时，燃烧温度较高，更易生成氮氧化物；若空气供应不足，氧含量减少时，则燃烧摄度下降，虽然这样会使氮氧化物生成量减少，但会增多炭黑以及一氧化碳的生成量。如过剩空气量较多，燃烧区中氧量与氮量虽然明显增加，但由于此时燃烧温度下降反而会导致氮氧化物生成量减少，同时氮氧化物浓度也被大量过剩空气所稀释而下降。

针对以上产生污染的因素我们可以具体采取以下措施：（1）从形成污染机理入手，改革燃烧室或窑炉的结构和形式。（2）高烟囱排放污染物。烟囱是窑（下转第88页）（上接第86页）炉内烟气的最后通道，其作用一是维持窑炉内正常的作业制度；二是将烟气的有害物排放到高空，利用大气的扩散和被自然界的吸收，从而减轻局部污染。这种方法最为简单，投资小，无运行管理及制作问题。英国的建筑法规定，烟囱的高度为周围最近构筑物高度的2.5 倍，是避免地面污染的最可靠烟囱设计方法。现在我国国内设计烟囱的高度，除保证正常生产需要外，就是以有害物达到国家规定的排放标准考虑的。（3）烟气再循环燃烧法。将一部分低温排烟通过管道送入燃烧区的助燃空气中与燃料一起混合燃烧，使燃烧区内氧气相对浓度减少，便可以抑制氮氧化物的生成。（4）沸腾燃烧法。这种方法燃烧温度比较低，氮的氧化反应进行的非常缓慢有利于抑制和防止氮氧化物的生成。

总之，如何提高硅酸盐工业窑炉的生产效率，以及防治硅酸盐工业窑炉当中排出的难以处理的氮氧化物，仍是一个值得我们进一步研究与开发的新课题。