陶瓷辊道窑余热综合利用技术*

范新晖

(佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司 广东 佛山 528031)

前言

建筑陶瓷行业是我国能源消耗大户，节能减排、低碳环保是陶瓷行业永远的追求，技术节能具有广阔的发展空间。目前在陶瓷工业中使用的窑炉主要有：隧道窑、辊道窑和梭式窑3大类。其中，辊道窑具有产量大、质量好、能耗低、自动化程度高、操作方便、劳动强度低、占地面积小等优点，是当今陶瓷窑炉的发展方向。因此，对陶瓷辊道窑的余热进行综合利用具有非常重要的现实意义，将智能控制技术及装备技术应用在陶瓷辊道窑和其它耗热设备上，通过优化工艺和设备改进，实现能源高效利用是非常有意义的。

国内外对陶瓷窑炉余热利用的研究有很多，余热利用在国外也很受重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节。目前窑炉余热已利用的有高温烟气和冷却热风两部分，国外对烟气带走的热量和冷却物料消耗的热量(占总窑炉耗能的45%～70%)这一数量可观的余热利用较好。国外将余热主要用于干燥和加热助燃空气，目前欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置，进行余热的再回收利用。对于排烟废热的余热利用，亦采用换热器进行能量收集，并输送到所需场所。其综合节能的效果十分显著(热效率达到80%～90%)。

1 辊道窑余热利用途径

陶瓷行业是一个高能耗的行业，尤其是喷雾造粒，干燥和窑炉3个环节需要消耗大量的热能。随着燃料价格的不断上涨，各个陶瓷厂的生产成本节节高升。据建筑陶瓷厂提供的综合数据， 仅燃料成本一项差不多就占了整个陶瓷行业成本的 1/4～1/3，由于窑炉是高温烧成设备，其燃料消耗和排放居于首位。目前，国内外窑炉余热利用已经取得很成功的经验，窑炉余热已利用的有高温烟气和冷却热风两部分。高温烟气，主要用在干燥器上，或者将其利用在喷雾塔中进行喷雾干燥；冷却热风，主要利用途径有3种：用在干燥器上，用作窑炉助燃风，把干燥器上用不完的余热抽去喷雾塔使用(主要针对内墙砖二次烧成)。窑炉冷却热风、热烟气利用基本可满足坯体干燥的零燃料消耗。为了实现节能减排，现在各个陶瓷厂已经进行了各种各样的节能改造，但主要措施仍然集中在将排烟和冷却余热用于干燥坯体方面。下面仅对辊道窑余热利用的方案提出了几种模式，仅供技术人员结合企业自身实际情况参考使用。

1.1 多层强制对流快速干燥方法

利用多层干燥窑采用强制对流快速干燥方式对坯体进行干燥。其供热系统包括有供热风盒组件、吹风管、供热调节阀、供热连通管、热电偶，其中供热风盒组件为多组左右对称地安装在辊道干燥通道的辊棒上和辊棒下，吹风管装配在左右两边的多组供热风盒组件之间，且分别与左右两边的供热风盒组件相接；吹风管上设有均匀分布的吹风孔，且吹风孔覆盖了干燥窑的整个断面。热风通过吹风管上的吹风孔对砖坯上、下表面垂直喷射，实现砖坯的强制对流干燥和设备内砖坯的连续均匀受热、干燥。还有一边的供热风盒组件通过供热调节阀与供热连通管相连，且在供热连通管上安装有热电偶，用以反馈干燥窑温度控制信号。图1为多层干燥窑的供热系统。

图1 多层干燥窑的供热系统

1.2 辊道窑热风增压助燃技术

通过二级环回增压烧嘴，在高温烧成区或预热区窑炉左右两侧单管燃气喷枪的下方，均设有一组相同的双管组合喷枪，其由一支高压喷枪和一支低压喷枪横向或纵向排列，穿过双孔法兰管的管孔组合而成，其中短喷枪与单管燃气喷枪的枪管长度相同。

高压喷枪工作时，先进入一次空气(压力为200 MPa)，与煤气在一级混合区进行初次混合；然后二级高压助燃风进入(压力为100 MPa)，在其高压作用下，喷枪内的气流成为漩涡状，在二次混合区内和一次混合后的燃料进行第二次混合，使助燃风和燃料充分混合，其混合效果好，流速大。在窑炉宽度比较大时，增加一个低压喷枪，低压喷枪的流速约为30 m/s，而高压喷枪的喷速则能达到80～90 m/s，低压喷枪和高压喷枪的配合使用，能大大减小宽体窑炉中部与两边的温差。

二级环回增压技术的使用，将窑炉急冷后300 ℃以上的高温热风作为助燃风使用，改善了煤气与助燃风混合效果，使燃料的燃烧效果得到了提高，达到余热充分利用，而且避免了陶瓷砖产生色差和尺寸偏差，提高了产品质量及产品的烧成速度。

1.3 多层干燥窑余热循环利用方法

在干燥窑砖坯与热风进行热交换，将坯体内的自由水蒸发掉。热交换后的潮湿低温气体通过干燥通道的辊棒上、下的排湿风盒组件、排湿调节阀、排湿连通管排出。其中小部分潮湿低温气体通过连通的排湿主管、排湿风机、排湿烟囱排到设备外，大部分潮湿低温气体通过与循环风机入口连通的外来余热主管道打入的外来高温余热混合，通过循环风机打入供热连通管、供热风盒组件，热风通过吹风管的吹风孔对砖坯进行强制对流干燥；并且循环热风在设备内反复循环，保持恒温、恒湿、定量小排放，充分利用能源，减少排放，实现陶瓷砖坯快速干燥。图2为多层干燥窑的排湿系统和余热循环利用示意图。

图2 多层干燥窑的排湿系统和余热循环利用示意图

1.4 快冷区余热回收技术

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，但该领域的余热利用在行业中仍处于探索阶段。

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。

余热回收技术的原理为：陶瓷窑炉依次包括预热区、烧成区、急冷区、缓冷区、真空区和窑尾快冷区，其中缓冷区窑炉的上方设有2台串接的A风机，贯穿于缓冷区窑炉的上部(设有一条进气管)，每台A风机的下方进气口与进气管相通，每台A风机的上方排气口与一条排风管相通，排风管与烧成区窑炉相通，窑尾快冷区窑炉的上方横向设有一条热气进气总管，与窑尾快冷区窑炉相通，并经过2台串接的B风机后与缓冷区窑炉炉底的若干条下输气管垂直相连，所有下输气管均沿缓冷区窑炉炉底至预热区窑炉炉底的方向横向延伸；烧成区窑炉的上方设有一条与陶瓷干燥器相通的一级输出管，其下部与经过烧成区窑炉炉底的所有下输气管垂直相连；一级输出管上经过烧成区窑炉炉顶的部位，与若干条上输气管垂直相连，所有上输气管均沿烧成区窑炉炉顶至预热区窑炉炉顶的方向横向延伸；预热区窑炉起始处，设有一条二级输出管，其下部与所有下输气管的尾端垂直相连，其上部与所有上输气管垂直相连，所有上输气管的尾端经过串接的2组风机与陶瓷热风炉相通，每组风机包括2台并联的流量和压力相等的C 风机。由于可将窑尾快冷区及缓冷区窑炉的热气，通过若干条下输气管和上输气管，分别在炉底和炉顶进行输送，最后经一级输出管和二级输出管，分别输送到陶瓷干燥器和热风炉中增氧助燃，从而实现了良好的节能效果，热利用率可达60%～70%，整体节能率达15%～25%。

1.5 连续蓄热燃烧技术

陶瓷行业是广东省的支柱产业之一。随着陶瓷行业节能、环保压力的增大，如何利用陶瓷窑炉的烟气余热、降低生产过程中氮氧化合物排放等问题也被陶瓷企业提上工作日程。

辊道窑在陶瓷行业中由于产量大、连续生产，从而能源消耗居首位。因此，在遵循其生产工艺要求的前提下，合理回收余热，实现余热的梯级利用，利用连续蓄热燃烧技术优化炉膛内速度场、温度场和压力场，将有利于节能减排，提高产品的竞争力。采用连续蓄热燃烧技术，在对烧成段余热进行部分利用的同时，还可以有效的改善其速度场、温度场，提高炉膛的温度均匀性。

连续蓄热燃烧技术可以实现高温烟气余热的极限回收，可以向燃烧器连续提供高温空气，且高温烟气可以持续从炉膛的固定点排放。陶瓷生产过程中烟气的从高温段向低温段有序流动，在此过程中可将烟气的余热回收，对产品进行预热，可提高生产效率及热利用率。在辊道窑上应用连续蓄热燃烧技术，可以实现高温烟气余热的极限回收，可以向燃烧器连续提供高温空气，且高温烟气可以持续从炉膛的固定点排放。通过利用窑内烟气流动，改善炉膛内温度场分布，一方面从烧成段燃烧器对面的炉墙上抽取部分高温烟气，可以使窑内断面温度更加均匀，特别适用于宽体窑；另一方面通过连续蓄热方式提高助燃空气温度，可以达到缩小温差，提高热效率的目的，有利于提高产品质量和生产效率。

2 结语

实践证明,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。陶瓷辊道窑余热综合利用技术的运用，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。