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关于陶瓷窑炉节能问题的答疑

A

      韩工, 我厂使用隧道窑生产陶瓷卫浴产品,在窑炉烟气监测时发现烟气排放中的氧含量过高,按照陶瓷行业工业窑炉烟气排放标准,氧含量不能超过18%,但我厂达19%以上,这是什么原因造成的?


B

      韩工,我厂有三条辊道窑,其中两条生产外墙砖,一条生产内墙砖。全部采用负压烧成,能耗都不高,其中一条外墙砖窑去年烧正压,较今年烧负压能耗要高5个百分点左右。请问为什么?
       这两个问题虽然不尽相同,但都是围绕陶瓷窑炉节能问题。窑炉节能问题是系统工程,需要综合考虑产品的质量、产量、燃气能耗和电源能耗,切实做到能效管理工作常态化。


韩工

      与A先生进一步探讨,了解到该厂以天然气为燃料,去年订单多,窑车装钵密度高,烟气含氧量并不高;今年产业形势不好,订单少了,由于减产,匣钵没有装满,烟气含氧量增高。调小助燃风机,烟气含氧量合格,但是天然气使用量却增高了。


韩工

      换句话说,产量降低了,烟气含氧量保持不变,就需要降低风机助燃风量,增大燃气消耗量。多余的空气来源可能有三个途径:一是装钵密度降低,抽湿空气阻力降低,热风更容易从隧道窑高温烧成段被抽出;二是由于装钵密度降低,排烟空气阻力降低,隧道窑高温燃烧段烟气更容易被抽出;三是由于装钵密度降低,空气阻力降低,窑炉压力制度发生变化,零压面被破坏,窑头窑尾气封无法实现有效密封,窑车与窑体之间的砂封也容易被破坏,窑头、窑尾和底部冷风会进入窑炉隧道内。一条窑炉,无论是隧道窑或者辊道窑,一旦压力平衡被打破,就无法保证压力制度,也就无法保证温度制度,燃气与过风及助燃风机进风之间的平衡也将打破。因此,要想解决烟气含氧量超标、能耗超标问题,首先应解决窑炉密封问题,譬如调节气封压力,维护好窑炉砂封,适当调节窑底风量风压,然后在稳定零压面的基础上,调整燃气与助燃风、排烟风、抽湿风的平衡,从而保证烟气含氧量合理和燃气消耗降低及综合能耗降低。节能是个系统工程,任何问题的发生都是打破了某种平衡,或者说没有达到最佳节能的平衡点而已。


韩工

      A先生说的标准是指《陶瓷工业污染物排放标准》(GB25464-2010),其中第4.2.7规定“喷雾干燥塔、窑炉基准空气过量系数为1.7,实测的喷雾干燥塔、窑炉的污染物排放浓度,应换算为基准空气过量系数排放浓度,并以此作为判定是否达标的依据”。2014年12月22日,环保部发布关于国家污染物排放标准《陶瓷工业污染物排放标准》修改单公告,公告将第4.2.7条修改为“喷雾干燥塔、窑炉烟气基准含氧量为18%,实测的喷雾干燥塔、窑炉的污染物排放浓度,应换算为基准含氧量排放浓度,并以此作为判定是否达标的依据”。由于抽湿和排潮量多少会受零压面变化影响而发生变化,同时由于零压面变化而导致窑头、窑尾、窑底过风,这些变化会导致烟气氧含量升高和天然气使用量增加。


韩工

      笔者认为B先生的大胆尝试值得肯定,但是离最佳平衡点仍然有距离。一是没有分析衡量燃气燃烧状况的烟气成分,无法判断去年烧正压燃气过量情况,更无法掌握今年烧负压助燃风过量情况,尤其是没有烟气含氧量这个基准数据。此外,负压烧成并不可取,它会打破整个窑炉零压面平衡,温度的均匀性也将破坏,这将无法保证产品的质量,由于该厂生产小规格外墙砖,产品质量没有因为规格大和吸水率低而受到影响,这算是侥幸。


韩工

      那么,如何节能呢?如何系统地节能呢?我想节能需要经得起时间、空间的考验,需要经得起全方位全过程统计核算的考验,更要有应对各种不稳定因素突发事件的考验。笔者认为未来窑炉节能需要做足以下九方面的工作:
     (1)绝热有效。即选用优质绝热耐材和采用优良的窑炉设计技术降低窑体散热,保证热是用来对产品加热的,不会对生产车间造成热辐射、热危害和生产过程的热损耗;
     (2)密封到位。零压位也只是为了保证窑炉密封,窑炉的密封需要在窑体设计、密封设计、闸板设计、产品温度制度等方面做出科学合理的设计。
    (3)减少物料,单位产品物料少了,需要的热也就少了,生产周期也就缩短了,也就不需要那么多助燃风和燃气,以及机电电耗;
    (4)减少空气。这个途径很多,譬如全氧燃烧技术,高温空气燃烧技术,减少不参与燃烧,或者说不必要参与燃烧的空气成分。空气中的氮气参与燃烧会产生有害物质,还需要耗能;空气中的二氧化碳被加热,被排放不仅耗能,而且会产生温室效应;空气中的惰性气体虽然不会产生化学反应,不会产生温室效应,但它也会带走热量。高温燃烧技术,充分利用助燃空气温度越高、燃气燃烧耗氧量越低的原理,减少烟气含氧量,减少由于含氧量增高而发生的氮气硝化反应。全氧燃烧技术和高温空气燃烧技术在材料、工艺和技术方面还有许多内容去做,目前在隧道窑和辊道窑方面应用还有待研究。
    (5)高效运转。提高隧道窑车的装钵率,提高陶瓷辊道窑的码砖密度,提高设备运转率和降低设备空转率也是节能的有效途径,尤其是在技术装备没有太大突破的状态下,加强生产计划管理、设备管理和生产管理尤显重要。
    (6)余热利用。要将不得不产生的余热吃干榨净,余热可以用来给助燃风加热、给坯体预热、实现产品缓冷,用来干燥坯体和干燥泥浆。
    (7)节能烧嘴。燃烧器是陶瓷窑炉的关键设备,不同的烧嘴,其最佳燃烧点、助燃空气与燃气比不同,也就会影响烟气含氧量和能耗。
    (8)先进装备。国家在建材工业提升方面已经指出,在能源上必须煤改气、煤改电,也就是说天然气陶瓷窑炉和电窑炉已经是未来陶瓷行业的必走道路,新的天然气窑炉和电窑炉应该在节能、环保上做足底子,做足文章,吃透节能技术路径。笔者希望建材装备企业借助这次产业提升机会,彻底打破传统思维,彻头彻尾改变目前被动局面。
    (9)智能装备,A先生和B先生都遇到了一个同样的问题,就是窑炉操作无法实现与窑炉动态的及时有效调整。A先生工厂订单少了,装钵率变化了,气封压力、抽烟风力、助燃风量、窑底平衡风压、以及烟气成分变化无法与烧嘴微调形成联动智能转变,人工调整周期长、漏洞多,找到平衡点困难,从而造成很多损失。B先生工厂,在辊道窑正压、负压烧制之间摇摆,没有找到平衡点和最佳的低能耗点,更缺乏对烟气的分析。至于负压烧制比正压烧制节能,其实并无定论,犹如夜晚在一条没有人迹和路标的道上行走,左边走走,右边走走而已,无论如何都无法走出迷茫,更无法和高效智能节能装备的卫星导航、坐高铁飞机相比。智能时代的到来,陶瓷工业装备应该利用智能技术和物联网技术有所作为,有所突破,笔者期待中。


韩工

     节能也是一本管理经,针对不同的企业,做好生产管理和能源管理,提高窑炉能源管理水平,也是当前必做的课程。


韩工


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