付海丹 馮青 汪和平 吳衛(wèi)兵

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333403；2.江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院九江分院，江西九江332000）

0前言

近年來，我國陶瓷工業(yè)得到飛速發(fā)展。從2004年的建筑瓷磚年產(chǎn)量30億m2（約占世界總產(chǎn)量的50％），日用瓷產(chǎn)量130億件（約占世界總產(chǎn)量的6成）[1]，到2006年的建筑陶瓷磚年產(chǎn)量約為35億m2（約占世界總產(chǎn)量的55％），日用陶瓷產(chǎn)量高達170億件（約占世界總產(chǎn)量的65％）[2]。這些驚人的天文數(shù)字讓中國名副其實地成為世界陶瓷生產(chǎn)和消費的第一大國。而在我國建筑陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)過程中，存在能源消耗大、污染較大、勞動生產(chǎn)率較低、集約化和科技含量較低、管理水平較低等問題，特別是能量利用效率有巨大的潛力可挖。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有建筑陶瓷企業(yè)4300余家，其中國有集體企業(yè)700余家，民營及外資企業(yè)3600多家，建筑陶瓷輥道窯約8000條，耗能巨大，熱能利用率僅25％左右[3]。窯爐余熱利用率也低，據(jù)國內(nèi)外各種窯型窯爐的資料分析及計算，可回收的余熱大多數(shù)用于制品的干燥，有的也用于燒嘴的助燃，但經(jīng)過配溫，助燃風(fēng)溫度在70℃～150℃之間，余熱利用率很低，沒有將可回收的較高溫度余熱有效利用[4]。

近幾年來，由于廣大科技工作者的共同努力，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，使其生產(chǎn)能耗有了大幅度的降低，有的已經(jīng)接近國際水平。余熱利用方面也取得了突出的成績，進行了多項節(jié)能技術(shù)的研究，如輥道窯節(jié)能管屏余熱利用技術(shù)的應(yīng)用、急冷區(qū)域預(yù)熱助燃風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用、煙氣余熱干燥技術(shù)的應(yīng)用、煙氣回助燃在建筑陶瓷工業(yè)窯爐上的應(yīng)用、建筑陶瓷工業(yè)窯爐余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用等。但是在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，有些節(jié)能技術(shù)的改造會影響窯內(nèi)的燒成制度，很難實現(xiàn)窯爐各段之間的壓力平衡，未能達到預(yù)期的節(jié)能效果。

為了回收利用較高溫度余熱，穩(wěn)定實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的改造，本文基于輥道窯冷卻帶，創(chuàng)新地提出一種余熱利用的新技術(shù)--急冷差壓補壓技術(shù)，消除或減輕窯爐冷卻帶各段之間、冷卻帶和燒成帶之間的壓力不平衡現(xiàn)象，提高助燃風(fēng)溫度，提高燃料的燃燒效率，實現(xiàn)能量的高效高用，節(jié)約能源、減輕污染、降低生產(chǎn)成本以及提高經(jīng)濟效益。

1 急冷差壓補壓技術(shù)簡介

以輥道窯、干燥窯組成的熱系統(tǒng)為研究對象，應(yīng)用獨立自主技術(shù)改造輥道窯，開發(fā)應(yīng)用窯爐冷卻帶余熱供至燒成帶助燃風(fēng)系統(tǒng)，并通過對建陶耗能整線進行在線控制，將整套生產(chǎn)裝備作為一個系統(tǒng)，在最優(yōu)工況下運行，提高助燃風(fēng)溫度、燃料的燃燒溫度和速度，進而提高燃燒效率，從而實現(xiàn)能量的高效高用，達到節(jié)約資源、降低能耗的目的。

圖1 輥道窯急冷抽熱風(fēng)做助燃風(fēng)示意圖Fig.1 Extracting hotw ind from urgent cooling as combustion-assistance w ind in the roller kiln

本技術(shù)具體內(nèi)容為：在輥道窯冷卻帶安裝急冷差壓補壓余熱利用系統(tǒng)，由輥道窯急冷段最末端抽出熱風(fēng)至助燃風(fēng)機入口，作為二次助燃空氣，直接與燃料進行混合燃燒，具體混合燃燒示意圖如圖1所示；由于抽熱風(fēng)的緣故，急冷段壓力會出現(xiàn)下降，為了防止因急冷段的壓力減少導(dǎo)致燒成帶內(nèi)的煙氣倒流至急冷段，保證窯爐的穩(wěn)定運行，由緩冷抽熱風(fēng)至急冷段，迅速補充急冷段的差壓。多余的緩冷熱風(fēng)抽至干燥窯內(nèi)，起干燥坯體作用。本技術(shù)不影響窯爐生產(chǎn)，更不消耗系統(tǒng)以外的能量，大大提高了燃料的熱利用率。輥道窯冷卻帶具體余熱利用系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 熱系統(tǒng)余熱利用示意圖Fig.2 Use ofwaste heat in the thermalsystem

2 急冷差壓補壓技術(shù)原理

窯爐冷卻帶余熱特點是數(shù)量比較大，純凈無雜質(zhì)，不含水分，亦不含CO2、N2等阻礙燃燒的氣體，把它用作窯爐助燃風(fēng)是比較合適的，也是非常簡單的。其根據(jù)有三點：（1）因為助燃風(fēng)的需求量比較多，節(jié)能空間大；（2）對溫度的高低沒有特殊要求，多少都可以；（3）需用點相距較近，投資不大，便于利用[5]。

企業(yè)中有著豐富的余熱資源，按溫度水平可將余熱分為三個檔次：溫度高于650℃時為高溫余熱；溫度為230～650℃是為中溫余熱；溫度低于230℃時為低溫余熱。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在建材工業(yè)中，來自高溫排煙、窯頂冷卻、高溫產(chǎn)品等余熱來源占部門燃料消耗量的40％左右[6]，而急冷差壓補壓技術(shù)所使用余熱來自急冷段，屬于高、中溫余熱，占部門燃料消耗量的20～30％左右。急冷差壓補壓技術(shù)是一個充分利用急冷風(fēng)余熱，抽至助燃風(fēng)機入口，作為二次助燃空氣，以緩冷抽熱風(fēng)補充壓差做后盾，提高助燃風(fēng)溫度，進而提高燃料的燃燒溫度和燃燒速度，穩(wěn)定窯內(nèi)燃燒，提高窯爐熱系統(tǒng)熱效率，達到節(jié)能效果的技術(shù)。在保證輥道窯的最高燒成溫度、產(chǎn)量、燃料消耗量基本不變的情況下，要實現(xiàn)此技術(shù)，必須要有窯體結(jié)構(gòu)上的保證。

2.1 要有穩(wěn)定的窯爐壓力檢測平衡系統(tǒng)、風(fēng)量自動控制系統(tǒng)、

窯爐密封系統(tǒng)、管路保溫系統(tǒng)

對輥道窯急冷差壓補壓技術(shù)的改造是以輥道窯正常工作為前提的，為了保證輥道窯、干燥窯的穩(wěn)定運行，必須保證上面四個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（1）設(shè)置窯爐壓力檢測平衡系統(tǒng)，定期地采集急冷段和緩冷段的壓力和溫度信號以及緩冷段和快冷段的壓力和溫度信號。因為急冷段抽熱風(fēng)，會導(dǎo)致壓力下降，若還是保持以前的急冷風(fēng)量，將會導(dǎo)致燒成帶內(nèi)的煙氣倒流至急冷段，使產(chǎn)品熏黑。因此，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，可以通過調(diào)節(jié)鼓入的急冷風(fēng)量以及緩冷抽至急冷段的熱風(fēng)量，以此消除或減少燒成帶和急冷段間的壓力不平衡現(xiàn)象。緩冷段的穩(wěn)定運行可以通過保證緩冷段與快冷段間壓力值與改造前一致來實現(xiàn)。也就是只要保證急冷段和緩冷段的壓力與改造前一致，此系統(tǒng)將會穩(wěn)定運行[6]。

（2）設(shè)置風(fēng)量自動控制系統(tǒng)，與窯爐壓力檢測平衡系統(tǒng)組成聯(lián)動系統(tǒng)，采集輥道窯各段的壓力和溫度信號、干燥窯的熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)流量信號，以此作為控制信號，調(diào)節(jié)風(fēng)機的開度，輸出適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量，保證熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（3）設(shè)置窯爐密封系統(tǒng)。具體在急冷和燒成帶之間設(shè)置擋板和擋墻，并在擋墻上涂一層高溫耐火密封材料，防止因急冷段的壓力減少導(dǎo)致燒成帶內(nèi)的煙氣倒流。

（4）設(shè)置管路保溫系統(tǒng)。急冷段熱風(fēng)由于溫度比較高，當(dāng)抽至助燃風(fēng)機入口前，風(fēng)管外面可以采用包裹多層低導(dǎo)熱性能的帶鋁箔的硅酸鋁纖維毯，降低熱風(fēng)輸送過程中的熱損失。很多使用煙煤、重油等含硫量高的燃料，燃燒產(chǎn)生的煙氣對管道產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，因此，必須對管道采取防腐措施。在管道內(nèi)涂抹一層3～5mm的防腐材料，這樣既可以起到防腐的作用，又可以加強對管路的保溫效果[5]。

2.2 選用供風(fēng)量大、耐熱性能好的風(fēng)機，加大助燃風(fēng)機的供風(fēng)能力

由于原來的系統(tǒng)是基于低溫設(shè)計的，能夠滿足室溫條件下的要求。然而急冷熱風(fēng)溫度比較高，空氣體積膨脹，要保持空氣中的氧含量不變，熱風(fēng)體積流量將會隨著急冷抽熱風(fēng)的溫度增加而增加。若繼續(xù)用以前的風(fēng)機，將會產(chǎn)生流量不足，一些耐熱性能不好的風(fēng)機，會因此產(chǎn)生故障，妨礙熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.3 改大助燃風(fēng)的主送風(fēng)管道及分支至每個噴槍的風(fēng)管

Vt=V0[1+Av（t-t0）][7]

式中，Vt為溫度為t時的體積；V0為常溫t0時的體積；Av為體積膨脹系數(shù)（空氣=216）；t0為加熱前助燃風(fēng)溫度；t為加熱后助燃風(fēng)溫度。

從上式可以看出，助燃空氣體積隨溫度提高而提高，在不改變流速的情況下，空氣的流通面積也會增大。因此，為了減少壓力損失，使單位時間內(nèi)流過的助燃空氣質(zhì)量保持不變，必須提高空氣的流通面積，即增大助燃風(fēng)的主送風(fēng)管道直徑以及分支至各個噴槍的風(fēng)管直徑。

2.4 選用專用的高溫助燃風(fēng)燒嘴。

助燃風(fēng)經(jīng)預(yù)熱提高溫度后，空氣體積膨脹，動力粘性系數(shù)增大，流動阻力加大，若繼續(xù)采取以前的燒嘴，燒嘴的燃燒能力將會下降，達不到預(yù)期的提高燃燒效率的效果。所以應(yīng)選用與助燃風(fēng)特性相匹配的穩(wěn)定可靠的高溫助燃風(fēng)燒嘴，以提高燃燒效率。

此外，燒嘴助燃風(fēng)調(diào)節(jié)閥門、連接軟管等也要用耐熱性能好一些的，防止不耐高溫的材質(zhì)過早損壞。

3 結(jié)語

輥道窯急冷差壓補壓技術(shù)是一項先進的、具有創(chuàng)造性的余熱利用技術(shù)。它在不影響輥道窯運行的情況下，對窯爐的燒成帶助燃風(fēng)系統(tǒng)、急冷段和緩冷段進行改造，通過窯爐壓力監(jiān)測平衡系統(tǒng)、窯爐密封系統(tǒng)、風(fēng)量自動控制系統(tǒng)和管道保溫系統(tǒng)四大技術(shù)系統(tǒng)來保證急冷差壓補壓技術(shù)的實現(xiàn)。通過這項技術(shù)，可以充分利用冷卻帶余熱，提高燃燒溫度，進而提高燃燒效率，節(jié)約能源，降低能耗，減輕污染，提高經(jīng)濟效益。對于建陶行業(yè)這樣的第一耗能大戶，意義將是非常重大的。面對社會能源緊張和環(huán)境污染問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，陶瓷企業(yè)應(yīng)大膽嘗試使用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，為陶瓷企業(yè)節(jié)能減排引領(lǐng)方向，推動陶瓷行業(yè)向節(jié)能化、技術(shù)化、環(huán)?；较虬l(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟利益和環(huán)境效益的雙贏[3]。

1曾令可，鄧偉強等.陶瓷工業(yè)能耗的現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)措施.陶瓷學(xué)報，2006，27（1）：109～115

2曾令可，宋婧，稅安澤等.淺談噴霧干燥塔的節(jié)能措施.陶瓷，2008（2）：35～36

3汪和平，沈超群等.輥道窯節(jié)能管屏技術(shù)應(yīng)用前景分析研究.中國陶瓷工業(yè)，2009.16（5）：8～10

4張根栓，劉振賢，楊托.氣燒輥道窯余熱利用的研究.實驗與研究，2009（6）：79～81

5徐景福，炊敬甫.輥道窯尾冷段余熱利用淺析.陶瓷，2007（2）：36～38

6馮青，羅強等.輥道窯節(jié)能管屏技術(shù)的原理分析研究.陶瓷學(xué)報，2009，30（4）：551～553

7謝炳豪，羅漢國.提高輥道窯助燃風(fēng)溫度的探討.佛山陶瓷，2007（11）：11～14