辊道窑不同助燃风加热方式节能效果分析

胡乃友

摘 要：陶瓷行业是一个能耗较高的行业，尤其是喷粉塔、干燥器和窑炉三个环节需要消耗大量的能源。随着国家对环保压力的增大以及燃料价格的不断上涨，节能减排必将是陶瓷产业的大势所趋，因此，生产过程中的各个环节都要加以重视，才能保证生产总成本的降低，提高产品的市场竞争力。本文介绍了辊道窑主要的助燃风加热方式，以及节能效果分析。

关键词：辊道窑;助燃风加热;节能降耗

1 引 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，辊道窑具有烧成速度快、烧成周期短、烧成温差小等特点，已成为国内建筑陶瓷广泛使用的烧成设备。

随着我国产业政策的调整，节约能源、降低能源消耗，在陶瓷工业生产中的意义重大。因此节能降耗受到了个陶瓷企业以及窑炉公司的重视。用窑炉的余热作为助燃风，对窑炉节能有着非常明显的效果。空气预热温度每提高100℃，即可节约燃料 5%。自然界遵守能量守恒定律，同样辊道窑的工作状态下也遵守能量守恒定律，瓷砖在烧成过程中，有吸热和放热两个过程。辊道窑炉中提供给瓷砖的热来源于燃料燃烧时释放的热能和燃料本身及助燃风本身带入的热能。瓷砖辊道窑内最高温度点高达1220℃左右，那么进入窑炉的所有气体就同样被加热到了1220 ℃。在整个烧成过程中，助燃风是通过喷枪或气幕风进入到窑内的。没有加热的助燃风只是车间的室温，也就是20℃左右。助燃风进入窑内后，被加热到炉内温度点（最高处 1220 ℃左右）时，也是要吸收窑内热量的。由此不难理解，当助燃风被加热之后再打入窑内，吸收窑内热量就会比没有加热的助燃风少，也就是说会节省一部分这方面的能耗。理论上助燃风打入窑内之前被加热的温度越高，在窑内消耗的热量就越少，相对来说就越节能。

助燃风经预热后，空气体积膨胀， 必然导致密度降低从而单位体积内的氧含量减少，以及动力粘性系数增大，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下降，要保持烧嘴的燃烧能力不变。

（1）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;

（2）增大空气的流通面積，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。

我司根据高温预热助燃空气的特点，优化了助燃风管道，减小了风道的压力损失，设计出新型的可用高温预热空气的烧嘴，产品的能耗得到了进一步的降低！

2 助燃风加热方式及节能效果分析

计算基础数据：

（1）产量：800mm×800mm抛釉砖，20000平方米/天;

（2）燃料：天然气（NG）;

（3）产品能耗：500Kcal/Kg瓷;

（4）产品单重：26Kg/m2。

耗气量Q气=20000×26×500/8300=31325 立方米/天/24=1305 m3/h;

（1）采用抽热风机抽取缓冷段的高温空气，通过安装管道把缓冷段的高温空气打进助燃风机入口（可设计成全使用或部分缓冷段热风），可使窑炉助燃风主管的温度提高至150℃左右，经过助燃风主管保温再送到每个烧嘴的温度约为120℃。

1）助燃风质量计算。

根据以下计算得出助燃风量V1：

V1=Q气×N×α×（T1+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空气质量与天然气质量之比，查表得N=9.52;

α-空气过剩系数，取1.2;

T1-加热后助燃风温度150℃;

T0-环境温度20℃;

V1=1305×9.52×1.2×（120+273）÷（20+273）=19，996 m3/h。

助燃风质量：M1=ρ1 V1=0.898×19996=17，956kg/h

式中ρ1-120℃空气的密度，查表得ρ1=0.898kg/m3

2）加热后的助燃风提供的热量

每小时热空气带入热量按公式Q1=Cp1 M1ΔT：

式中： Q1-120℃热空气带入的热量，kcal/h;

Cp1 -平均温度70℃空气的比热容， 查表换算为：0.241kcal/kg.℃;

M1-助燃风质量，kg/h;

ΔT-加热后助燃风温度-环境温度，℃。

Q1=0.241×17956×（120-20）=432，740kcal/h热量

天然气热值约为8，300 Kcal/m3

相当于天然气量： 432740÷8300=52 m3/h

3）每年利用此助燃风加热方式可以节省的费用。

天然气价格按3.5元/立方米，每天按24小时，每年正常生产日按330天，则每年按照此助燃风加热方式可节省：

3.5×52×24×330=1，441，440元/年

（2）采用抽热风机抽取缓冷段的高温空气，经过急冷带的不锈钢换热管再次把高温空气加热，可使窑炉助燃风主管的温度提高至230℃左右，经过助燃风主管保温再送到每个烧嘴的温度约为200℃。

1）根据以下计算得出助燃风量V2：

V2=Q气×N×α×（T2+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空气质量与天然气质量之比，查表得N=9.52;

α-空气过剩系数，取1.2;

T2-加热后助燃风温度200℃;

T0-环境温度20℃;

V2=1305×9.52×1.2×（200+273）÷（20+273）=24， 067m3/h。

助燃风质量：M2=ρ2 V2=0.746×24067=17，960kg/h

式中ρ2-200℃空气的密度，查表得ρ2=0.746kg/m3     2）加热后的助燃风提供的热量

每小时热空气带入热量按公式Q2=Cp2 M2ΔT：

式中： Q2-230℃热空气带入的热量，kcal/h;

Cp2-平均温度110℃空气的比热容， 查表换算为：0.241kcal/kg.℃;

M2-助燃风质量，kg/h;

ΔT-加热后助燃风温度-环境温度，℃。

Q2=0.241×17960×（200-20）=779，133kcal/h热量，

天然气热值约为8，300 Kcal/m3，

相当于天然气量： 779133÷8300=94 m3/h，

3）每年利用烟气可以节省的费用

天然气价格按3.5元/m3，每天按24小时，每年正常生产日按330天，则每年按照此形式的加热助燃风可节省：

3.5×94×24×330=2，605，680元/年。

（3）通常情况尾冷处抽出的余热风只有110℃左右，无利用价值，一般是直接排空处理。我们摩德娜公司研发的RCH余热回收再加热系统可以将此余热风作为缓冷段冷却用风，通过缓冷段热交换管加热，再次经过急冷带的不锈钢换热管把高温空气加热到300℃左右的高温，经过助燃风主管保温再送到每个烧嘴的温度约为270℃。

1）根据以下计算得出助燃风量V3：

V3=Q气×N×α×（T3+273）÷（T0+273），

式中N-空燃比，即空气质量与天然气质量之比，查表得N=9.52，

α-空气過剩系数，取1.2;

T3-加热后助燃风温度270℃;

T0-环境温度20℃;

V3=1305×9.52×1.2×（270+273）÷（20+273）=27，629 m3/h。

助燃风质量：M3=ρ3 V3=0.65×27629=17，960kg/h。

式中ρ3-270℃空气的密度，查表得ρ3=0.65kg/m3 。

2）加热后的助燃风提供的热量

每小时热空气带入热量按公式Q3=Cp3 M3ΔT：

式中： Q3-270℃热空气带入的热量，kcal/h;

Cp3-平均温度145℃空气的比热容， 查表换算为：0.242kcal/kg.℃;

M3-助燃风质量，kg/h;

ΔT-加热后助燃风温度-环境温度，℃。

Q2=0.242×17960×（270-20）=1，086，620kcal/h热量。

天然气热值约为8，300 Kcal/m3。

相当于天然气量： 1086620÷8300=130 m3/h。

3）每年利用烟气可以节省的费用

天然气价格按3.5元/立方米，每天按24小时，每年正常生产日按330天，则每年按照此形式的加热助燃风可节省：

3.5×130×24×330=3，603，600元/年

通过以上计算可以清楚的看到，采用第三种，我们摩德娜公司研发的RCH余热回收再加热系统节能效果最好，经济效益也最高。

3 结论

在实际生产中，有的陶瓷厂直接声明不要助燃风加热，即使设置了助燃风加热系统，操作人员也不愿意使用。其主要原因是，当窑炉疏砖时，余热温度有变化，造成窑温不稳定，影响产品质量。其实，从另一个角度来考虑，我们应该想方设法保证生产线的运行通畅，尽量减少窑炉疏砖。从生产实践中可知，保持生产满负荷正常运转。

余热回收利用，对于窑炉的节能，提高窑炉的热效率是一条很重要的途径，最有效的是用做助燃风，提高助燃风温度，有利于提高燃料的燃烧温度，加快燃烧速度，稳定窑内燃烧，提高助燃空气温度，也有利于提高燃料的燃烧效率，促进燃料的完全燃烧，可做到节能降耗。如果余热利用系统设计合理，完全有充足的余热风作为助燃风使用。我们摩德娜公司研发的RCH余热回收再加热系统以及相配套的新型的可用高温预热空气的烧嘴，可以比常规节能12%以上，窑炉烟气基本上做到了零排放。

参考文献

[1] 邹小芳， 李真霖， 程昭华. 影响辊道窑节能效果的十大因素之六——窑炉和干燥窑的余热利用方法与途径对能耗的影响[J]. 佛山陶瓷， 2015， 25（10）：35-37.

[2] 范新晖. 陶瓷辊道窑余热综合利用技术[J]. 陶瓷， 2014， 000（009）：28-30.