1、工业窑炉节能问题的探讨摘要：工业炉窑耗能占比大、排放污染严重。电石、铁合金、黄磷、钢铁、有色金属、纯碱和建材等高能耗、高污染的“两高”产业均有工业炉窑。在中国以煤为主的能源结构下，工业炉窑是主要的污染排放源之一，也是耗能大户。据统计，目前国内各种工业炉窑（不包括锅炉）约有 11 万台，约占全国总能耗的 1/4，占工业总耗能的 60%。因此，在中国能源短缺，环境污染日益加剧的前提下推进节能环保、发展绿色产业，特别是推进工业炉窑这一高污染、高能耗行业的节能减排对中国而言已是箭在弦上，刻不容缓。关键词：工业窑炉 节能技术一、 工业炉简介工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件
2、加热的热工设备。广义地说，锅炉也是一种工业炉，但习惯上人们不把它包括在工业炉范围内。工 业 炉 按 供 热 方 式 分 为 两 类 ： 一 类 是 火 焰 炉 (或 称 燃 料 炉 )， 用 固 体 、 液 体 或 气 体燃 料 在 炉 内 的 燃 烧 热 量 对 工 件 进 行 加 热 ； 第 二 类 是 电 炉 ， 在 炉 内 将 电 能 转 化 为 热 量 进行 加 热 。 工 业 炉 按 热 工 制 度 又 可 分 为 两 类 ： 一 类 是 间 断 式 炉 又 称 周 期 式 炉 ， 其 特 点 是 炉 子 间断 生 产 ， 在 每 一 加 热 周 期 内 炉 温 是 变 化 的 ，
3、 如 室 式 炉 、 台 车 式 炉 、 井 式 炉 等 ； 第 二 类 是连 续 式 炉 ， 其 特 点 是 炉 子 连 续 生 产 ， 炉 膛 内 划 分 温 度 区 段 。 在 加 热 过 程 中 每 一 区 段 的 温度 是 不 变 的 ， 工 件 由 低 温 的 预 热 区 逐 步 进 入 高 温 的 加 热 区 ， 如 连 续 式 加 热 炉 和 热 处 理 炉 、环 形 炉 、 步 进 式 炉 、 振 底 式 炉 等 。工 业 炉 在 其 生 产 过 程 中 经 常 会 涉 及 熔 炼 、 干 燥 、 烘 烤 、 加 还 化 学 反 应 等 加 热 的 工 序 。而 工 业 炉
4、窑 就 是 用 于 这 些 工 序 的 加 热 设 备 。 而 为 这 些 设 备 提 供 热 源 的 燃 料 主 要 有 气 体 燃料 、 液 体 燃 料 、 固 体 燃 料 和 电 。 使 用 这 些 加 热 设 备 ， 容 易 发 生 烧 伤 、 触 电 事 故 。 如 果 使用 气 体 、 液 体 燃 料 ， 一 旦 发 生 泄 漏 或 溢 出 ， 亦 可 能 构 成 火 灾 、 爆 炸 的 危 险 。二、 现代窑炉节能原理及途径（一）窑炉设计受窑炉设计工作者本身的知识水平及经验的限制，行行有状元，你要做窑不单是找一个能做出一个像窑的师傅来做窑，他还应该懂得陶瓷烧成过程中的物理化学变化
5、，他应该懂得热力学、流体力学的基本原理，他应该对材料学机械工程学美学有一定的研究，他还应懂电学及自动控制理论，他应该有设计方案及设计图纸，不然是知其然不知其所以然的全盘照抄那是剽窃，或者是理所当然不切实际的自我想象，那最终是提高陶瓷工厂的烧成成本来给他交学费，两败俱伤。为了大家少走弯路，我就窑炉设计的几个大原则给大家作一个介绍：1、 耐火保温材料的选用：隔热、轻质、耐高温以及长的使用寿命，是对窑炉耐火材料的要求。所谓隔热就是热阻大（热的转导率小），轻质就是减少窑炉的蓄热（对梭式窑尤其重要）气密性好。我们的窑炉设计如果在耐火材料的应用上利用保温瓶的设计思路来考虑，那真是了不起的窑炉。保温瓶内胆上
6、镀银，内部反射层保持热能能在内胆腔里不跑掉。（我们的窑炉内壁是不是能附着一个能进行反射的附着层。我们在进行探讨和实验）保温瓶中层抽真空，它气密性没得说，真空阻止热传导，但辐射没有阻挡效果，所以它在外胆上再镀银防止辐射损失，窑炉现在要做成保温瓶式还很难，但采用轻质的隔热效果较好的耐火保温材料还是可以做到。砌砖上如何降低热传导还是有办法，现在比较好的轻质保温材料是莫来石砖，以及棉砖再贴高温多晶棉，台车尽量减少重质砖的数量，裸露部分涂辐射层。承重部分除外。2、 高效率的燃烧机，对梭式窑而言，高速燃烧机能增加对流换热效果。这是现在传统窑改造的思路之一，高速燃烧机火焰速度可达 100M/秒以上，它能在同
7、等时间内热气流能与产品多次碰撞换热，所以热效率高。对辊道窑、隧道窑可采用平火焰或高速燃烧机，脉冲式燃烧机可以缩小温差、但用于陶瓷窑炉还有局限性。3、合理的规格尺寸，快速烧成窑由于受火焰速度及力度的控制，其长度也受到一定限制，合适的台车长度以 3.55M 为宜。其高度以 1.3M 以上，快速装窑高度达 2M 还没有发现不好之处，温差也在合理的范围之内，相反其节能效果比低矮的窑炉要好。但传统窑则不宜太高，太高上下温差大。对隧道窑、辊道窑而言，如果不受产量限制适当宽一些，双板窑、三板窑比单板窑节能效果要好，但高度则不宜太高，因排烟系统的设计制约，热气上浮，太高则上、下温差大。不考虑产品高度以 300
8、600 为宜。其长度也不宜太长3060M 为佳，太长、烧成带窑内正压大、热气外溢，预热带、冷却带负压大，冷气在底部进入窑内温差加大，都对节能效果有影响。有错误的观念以为隧道窑越长越能节能那没有道理，当然也不是越短越好；长的隧道窑那是对大、重、升温或冷却都很慢的产品而设计的。辊道窑由于气密性较好对长度没有严格限制4、 窑炉的自动控制是节能的有效保障。一个好的窑炉除了好的窑体结构外，还须有好的自动控制。自动控制就是把成功的操作方法输入到智能仪表或电脑自动进行烧成操作，窑的烧成操作控制需控制温度曲线、气氛曲线和窑压曲线，对传统梭式窑而言，控制窑压就是控制气氛，对快速梭式窑及辊道窑、隧道窑，因现在采用
9、的是动力式燃烧机，温度、气氛、窑压是需要联动控制的，我们很多老板及有些烧窑师傅总相信自己的经验，不大相信自动控制，总认为自动控制的程序是窑炉生产者的意志，你的烧窑经验没有我丰富，我不按你的办。事实上，自动控制就是把您最好的烧成方法输入到智能仪表或者编成简单操作的软件，用电脑来操作，我在办公室空调房里的电脑上可以观察控制 100 台窑炉的自动烧成，打打瞌睡也不要紧。如果出现与您的方法上的编差，它会用报警来叫醒你引起注意。只要输入的程序您认为完全表达您的意志，那么它就是您意志真实的执行者。如果出现与您的意志相违背，不要怪自动控制不行，需要检讨是您在输入程序时，您对程序的表达是不是还出现编差。如果正
10、确它窑窑正确，如果错误窑窑错误。好的自动控制不但使节能效果达到最佳，也是保证烧成品质的最好手段。(二) 正确的节能操作方法如果窑已经做好，要使节能达到最佳就在于操作了，操作上能提高节能效果的途径有：1、在保证品质的前提下，尽量缩短烧成时间。产品适合快速烧成，窑也满足您快速烧成的条件就要适当快速。所谓产品适合快速烧成就是产品能经受住强制升温的条件，不爆不裂、不具备条件就要改善。所谓窑满足快速烧成条件，就是窑的燃烧机数量及热量能保证快速升温需要，你把功率调到最大它也升温很慢就不行，如果条件都满足您就要快速、缩短烧成时间，可减少窑壁热散失以及烟气带走的热量，据我们测算每减少 10的烧成时间，可减少
11、68的燃气消耗。一提快速烧成，我们陶瓷厂就有一个观念，什么事快三分假，釉面不好，品质不好，事实上 80以上的陶瓷产品可缩短一半以上的烧成时间，在实验窑 2 个小时的烧成时间提高 3050烧成温度，与 10 个小时的烧成时间品质并无差异。问题是您的窑炉设计的热功率能不能这样快。您的陶瓷产品结构是不是能经受得住这么快的烧成速度而不破裂，您的坯釉配比是否合理，您摆放产品空间是否合理、在烧成这么快时，会不会产生较大的温差。如果是窑炉结构设计问题您没有办法，需我们做窑的来解决；如果是坯釉问题您就要找原料厂尽量使产品能适应快速烧成；是产品形状结构问题，尽量调整设计。总之我们要想办法使产品来适应快速烧成窑炉
12、，而不是快速烧成窑来适应您的产品，墙地板砖以前用梭式窑烧成十几个小时，而用辊道窑烧成仅几十分钟，这是窑炉、泥坯及釉都达到了完美的统一；它的坯釉通过不断改进，才能适应这么快的烧成窑炉。你看现在的墙地砖质量品质多好。2、控制空燃比。所谓空燃比就是空气和燃气的比例，空燃比适当、燃烧充分，热效率高。热效率最佳的配比是燃气与空气比例 1：1.03 左右，但我们发现很多操作案例是从一个极端走向另一个极端，氧化烧成空气大量过剩，多余空气不但不能产生热量，反而降低火焰温度带走窑内热量。我看到潮州很多八立方、十立方的氧化窑，烟囱都非常的大，非常的高；隧道窑、辊道窑助燃鼓风机与抽废气风机都超过了正常范围，进风管大
13、、排气管也大，好像不大点就不显得我的窑威武阳刚，这就可能导致空气大量过剩，极大的浪费能源。“做窑内行不内行、我就看你烟囱。窑炉省不省气，我就看你燃烧机、”看你的燃烧机系统空燃比是怎样控制的。我最近被一家烧护栏的工厂请去看他的窑，他是用隧道窑烧护栏，他找我帮他如何改进一下、省点气，隧道窑做的不敢恭维，要改也是大工程，但我给他提一个建议，你烧大白釉、烧成带火焰那么清，你的空气太大了，你马上调整烧成带的进风量，高温带烟气有种朦胧感觉就行（中性），保你一天省一瓶气，他第二天打电话来，确实省了一瓶多气。再看还原烧成，980或 1030左右进入还原，前面保持强还原从观火孔吐出蓝蓝的火苗没错，但不能理解是、
14、这样的还原浓度一直保持到烧成结束。还原效果的体现主要在 980至 1160左右。随着釉开始熔化，坯体开始产生玻璃体就没有还原效果了，也就是说 co 不能进入坯体里面再把三价铁还原成两价铁了。在 1160以后你还保持那么高的还原浓度，须知没有燃烧完全的多余 CO 不是产生热量，而是吸收热量，没有燃烧完全的煤气跑到外面烧烟囱，把烟囱烧得通红。正确的方法是先强还原至弱还原最后是中性。当然导致有的工厂在空气燃气配比上走向极端，烧氧化有的是窑的结构问题温差大，有的是色釉太敏感，他们为了烧成保险起见，将烟囱做高一点，做大一点，这样可保证窑内气氛是完全氧化，原理上没错但走向极端了，总的一个原则空气过大，极大
15、的浪费瓦斯，烧还原的在没有还原效果的时候还保持那么大的浓度，是怕烧不白，产品一发黄就怪还原不够，其实好多局部发黄原因很多，烧成局部欠温会发黄；超温进入还原会发黄；烧成过火也会发黄，要找出原因，不要总是认为还原不够而采用保持强还原的方法，浪费瓦斯（液化气）。当然有经验的人还是可以将空燃比调节得比较合理，但结构不合理的窑炉控制合理的空燃比比较困难。现代窑炉都是自动控制空燃比，自动控制空燃比有多种方式；比如液化气与空气机械联动，智能仪表联锁控制，比值阀控制，利用窑内气氛信号调节燃气量等，都还存在一些弊端。现在我向大家推荐一个最先进的比值控制方法，我搞了一年多才达到完美，就是利用瓦斯压力反馈信号，精确
16、的控制风机转速，转速的变化实际是风量的变化。风机转速是变频器控制，在较大的范围内都可以控制风量与瓦斯（液化气）在极佳的比值范围内，用变频器控制风机电耗可降低 60%。3、合理的装窑密度合理的装窑密度能保证火焰及热气流与产品对流换热，以及有辐射通道，缩小产品之间的内外温差，从而缩短升温及保温时间，摆放太稀疏，产品与耐火板之比例相差太大，烧的是耐火板，密不透风更不行，无对流通道、无辐射空间，内外温差太大。我们看到有些工厂喜欢把产品装得密不透风，理由可能是装卸工资是计件工资，装一个台车多少钱，你不给我装密一点你偷工减料，多装一些产品总认为一窑烧的气多不了多少。所以装得又密又多，其实很不合理，要有火焰
17、通道，要有辐射空间，不然要增加很多保温时间、得不偿失。密度怎样才合适，你可以试验、一窑有多少窑具？摆多少产品？密的稀的统计一下耗气量、就可以比较出来、得出合理的装窑密度。4、制定合理的烧成制度。该快就快，该慢就慢，经适当干燥的坯体进窑就可以快，快到每分钟可以达 12以上，日本的小型快速辊道窑，一块板、烧高温还原的 126024M 3长，烧成时间 3 小时，它前面就经过低温梭式窑 300左右的烘干，进窑就快，水分太多，坯体太致密，入窑初期就要慢一点，升温过程只要温差不太大就可以快，573石英相变过程是不是和理论上讲的要慢？值得商榷。我在陶瓷快速烧成上还没有发现明显差异。这就是升温制度。哪个阶段该
18、用氧化，哪个阶段可用中性，哪个阶段可用弱还原，这就是气氛制度。哪个阶段炉内该是正压、哪个阶段该是负压这是压力制度。比如我们用梭式窑氧化烧成或还原烧成，在低温烘干水分阶段至 800左右就可用中性，800以后再转氧化，800之前可带点正压，800之后带负压，前面用中性烧成就可以节省瓦斯。800之前氧化效果不明显，你不如先保证升温，等到这个温度时我来一个强氧化，又快又好。参考文献1.章 熙 民 传 热 学 北 京 ， 中 建 筑 工 业 出 版 社 19842.杨 世 铭 、 陶 文 铨 传 热 学 北 京 ， 高 等 教 育 出 版 社 20063.曾 正 明 工 业 炉 技 术 问 答 北 京 ， 机 械 工 业 出 版 社 1998
