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窑炉行业节能减排热门技术及装备

发布时间:2014-09-05

 

窑炉烧成是陶瓷生产的一个重要环节,要消耗大量的热能与电能。如果将这些消耗折合成标准煤,仅陶瓷砖生产全过程一项,每年能源消耗就超过8700万吨标准煤。一条大型的陶瓷窑炉生产线,其能耗相当于一个中型的钢铁加热炉。

 

《建筑卫生陶瓷工业“十二五”发展规划》明确指出,“十二五”期间, 建筑卫生陶瓷全行业单位工业增加值能耗和二氧化碳需要降低1820%。在国家推进节能减排、低碳绿色发展的大趋势之下,随着能源价格的上涨和节能环保观念的深入人心,很多窑炉公司及相关企业都在绞尽脑汁研究行业节能减排新技术和装备,一些技术和装备在实际应用中的效果也非常明显,并推动了陶瓷企业加快更新现有设备和转型升级。笔者在此对目前热门的窑炉节能减排技术及装备作一些介绍:

 

一、节能窑炉

 

1、宽体辊道窑

 

这是陶瓷砖行业近几年十分“火爆”的窑型。

 

宽体窑是相对的概念,是指比行业现有辊道窑宽度大的窑炉。本文提到的宽体窑是指截面内宽超过3m的窑炉。如果在现有宽度条件下加大窑炉内宽,增加装载密度和装载量,而窑体面积和窑炉内空尺寸变化较少,整个散热面积大幅减少,产品单位能耗将大幅降低。如果集成最新技术,能耗会进一步降低。以国内近年新推出的一款抛光地砖宽体窑为例:

 

该款窑炉内宽为3150mm,长度为399m,日产38000m2。与普通2500mm内宽的窑炉相比,该窑可以进 600×600(mm)4/(2500mm内宽每排仅3)800×800(mm)砖进3/(2500mm内宽每排为2),在窑长和烧成周期相同的情况下,600mm砖产量可增加33.3%800mm砖产量可增加50%,大大提高了产能和效率。窑宽增加幅度不大,但产量增加较多,综合省地达到了20%左右;同样产量的情况下,生产800mm砖的普通宽度窑比宽体窑长度增加了50%,因此将给传动走砖带来了较大难度,同时由于窑炉太长,高温带正压增加,热损失严重,而排烟区负压较大,漏风严重,温差增加,并且大大增加了风机的耗电量。

 

该窑运行参数如下:

 

  (1)窑内截面温差:通过测温环检测,±2.5℃;

 

  (2)传动走砖:偏中心线不超过30mm,每排砖前后不超过200mm

 

  (3)窑外表温度:不超过70℃;

 

  (4)单位热耗:燃料为水煤气时,以800×800(mm)砖进行测算(煤耗为3.3kg/m2砖,每kg煤气化后约3Nm3水煤气,热值为1450kcal/NM3,砖烧后单重约25kg/m2),单位耗热约574.2kcal/kg砖(或82kgce/t砖)。

 

5)单位电耗:按800×800(mm)砖,约为0.01kw.h/kg砖(或10kw.h/t砖)

 

  (6)自控情况: 温度自控,仪表控温精度为±1.0℃。

 

  (7)利用SPR系统: 助燃风机出口温度达到250℃。

 

与普通宽度窑炉主要对比参数参见表1

 

2、双层辊道窑

 

在同等长、宽的情况下,双层窑比传统单层窑省地50%;由于散热面积小,在同样产量的条件下,比单层窑节省燃耗5%以上,通过优化管路设计和合理选型、采用新型低空气节能烧嘴、纳米保温材料和余热的综合利用,双层窑比单层窑综合节能可达10%以上。

 

随着土地日趋紧张,能源价格不断上涨和各国对窑炉设备节能减排的要求越来越高,双层窑的优势将会越来越突出,推广价值也会越来越大。

 

下面是国内某厂顺利投产一条内宽为2900mm,长度为235m,生产300×600(mm)内墙砖,日产18,000m2/层。经过当地环保部门和节能部门与同等宽度长度为290m长的单层窑对比检测和比较,该窑省气10.6%,省电11.1%以上。

 

某厂测试数据(300×600mm砖):

 

  单层窑,综合燃耗(含干燥、素烧和釉烧):3.3kg/m2砖(每kg煤气化后约3Nm3水煤气,热值为1450kcal/NM3,砖烧后单重约16kg/m2),单位燃耗约897.2kcal/kg砖(或128kgce/t砖)。

 

  电耗:素烧0.358kw.h/m2砖,釉烧0.407kw.h/m2砖;综合电耗约为0.048kw.h/kg砖(或48kw.h/t砖)。

 

  双层窑:综合燃耗(含干燥、素烧和釉烧):2.95kg/m2砖,单位燃耗约802kcal/kg砖(或115kgce/t砖)。

 

  电耗:素烧0.325kw.h/m2砖,釉烧0.355 kw.h/m2砖;综合电耗约为0.0425kw.h/kg砖(或42.5kw.h/t砖)。

 

参见表2

 

3、双子星隧道窑

 

隧道窑烧成产品单位能耗高于辊道窑,除了烧成周期较慢外,影响能耗的主要因素是窑车进出过程中不断带走热量,仅此一项比辊道窑高15%。近年来,随着对隧道窑的不断优化和加强窑车改进,一种新型轻质窑车的隧道窑应运而生。

 

该窑长230m,截面内宽为5m,采用轻质双排窑车(简称“双子星隧道窑”),主要用于烧泡沫陶瓷(用于墙体保温)。

 

窑车的明显特征是耐火保温层截面积大幅降低,仅有传统窑车的2/5(传统窑车耐火层与窑底同宽,窑车运行时相当于整个底移动;该窑有3/5的底固定),通过SIC梁作为支架,可以保证产品装载量。除此之外,还对窑炉结构进行了优化,如余热用于加热助燃风、采用纳米材料保温、设计节能烧嘴等。

 

二、热门的窑炉节能技术

 

1、废热及余热回收技术

 

在窑炉烧成中,真正为制品吸收的热量不到总热量的40%,其它热量为窑体、产品带走、窑炉排烟、冷却抽热排掉了。因此,将窑炉排放的烟气废热回收和冷却余热全部有效利用起来,将达到明显的节能减排效果。

 

国内2006年开发了第一套SPR助燃风加热系统,利用余热将助燃风温度高,目前已达到了 250℃,带入空气显热可以节省燃料812%。多余的热量用于干燥坯体。

 

成功采用节能风机输送超高温烟气到干燥器直接利用, 干燥器几乎可不用燃料,达到了节能减排的目的。

 

2、高温红外辐射涂料

 

近年来,各类用于窑炉内壁的红外辐射涂料开始兴起。据称,在现有窑内壁涂上一层,可节能7%,但目前造价较高,还未大量应用。

 

高温红外辐射涂料,使得炉膛内高温区的热传递以热辐射为主,高温下辐射传热大约占综合传热的90-95%左右,由于辐射能的大小与绝对温度[按热力学温标度量的温度。单位为开(尔文),符号“K”。与摄氏温度的关系式为TK=273.15+t()]的四次方差成正比,且辐射能以红外波的形式向外传递,当涂层面发出的辐射线落到炉膛中工件和燃料上时,就被工件和燃料所吸收。这些红外波的穿透能力极强,能穿透被加热工件和燃料本身,使被加热的工件和燃料里外层同时受热。在穿透工件和燃料里层时,使工件和燃料里层的分子吸收远外红波而产生能级跃迁,放出能量,加速了加热和燃烧,改变了加热和燃烧状况,降低了燃料不完全燃烧损失,从而达到节能的目的。

 

20世纪后半叶两次世界范围内的能源危机发生以来,合理、高效地利用现有能源的重要性和紧迫性日益受到重视。日本作为一个能源极度缺乏的国家,对红外辐射加热与干燥技术尤为重视,对红外辐射材料的研究也处于世界领先水平。欧美等国对红外辐射材料的研究也具有较高水平。

 

我国从上世纪80年代起,红外加热技术研究也得到了广泛发展。90年代以来,我国在高温红外辐射材料的研究与应用方面取得了重要突破。尽管陶瓷行业曾有应用,由于当时未有效解决与隔热砖的附着力造成落脏等问题,一度终止。近年来,随着国家能源政策和节能减排压力增加,高温红外辐射涂料的用于陶瓷窑炉的研究应用又被提到议事日程。

 

 

 

(作者系广东摩德娜科技股份有限公司产品总监)

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