辊道窑节能技术探讨
刘向东
摘 要：对于建筑陶瓷厂来说，辊道窑是最大的耗能设备，因此，怎样进行辊道窑节能是所有建筑陶瓷企业最渴求的，本文从生产实践中探讨辊道窑的节能技术，供同行业参考。
关健词：辊道窑；节能；窑炉结构优化；余热利用
1 引言
国务院发布的“十三五”节能综合工作方案中提到：到2020年，全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，《广东省节能减排“十三五”规划》中明确指出，广东2020年单位GDP能耗比2015年下降17%的目标。各市、区政府对陶瓷企业更是制订了企业节能任务，可见，企业的节能工作从过去的可做可不做上升到必须做，必须认真去做的新高度。对于陶瓷行业来说，辊道窑的能耗占总能耗的60 ～ 70%，因此，怎样做好辊道窑的节能，是企业一直在努力思考的问题，笔者根据在陶瓷企业工作的经验，探讨节能工作，供同行参考。
2 辊道窑炉的节能技术探讨
2.1窑炉结构的改进
2.1.1窑炉加长加宽
对于新建窑炉来说，一般不再建传统的窄窑、短窑，而是建内宽在3.1 m以上的宽体窑，长度一般超300 m的长窑，从各企业的实际使用效果来说，这些窑炉的节能率一般可达20%以上。由于一般的老厂，受场地限制，实施难度较大，本文对此不做过多讨论。
2.1.2窑炉结构优化
对于陶瓷企业老厂来说，怎样在原来的厂房内，对辊道窑炉进行一系列的技改，达到节能的目标，是企业最渴望的。笔者在实践中摸索出以下几点供参考。
（1）窑体结构优化
在总窑长不能加长的情况下，可以优化窑炉的三带，即预热带、烧成带、冷却带的比例。这三带从设计上来说存在一定的分配比例，但不同的陶瓷企业，不同的产品配方，三带比例会有一定变化，不能太固化。对于老企业来说，窑炉的三带是否合适就是看产品的实际烧成效果，比如：如果产品难氧化，只要拉大产量就会出现氧化不好，黑心等缺陷，说明预热带偏短。烧成时，如果烧制温度非常高，产品容易后期变形，说明烧成区可能太短。如果产品出窑温度高，易风裂等，可能就是冷却带太短造成。重新调整三带比例后，窑炉总长度没有变，但产量往往可以提升，提升产量后，单位产品耗能就会下降。
调整好三带比例后，要评估原来窑炉空间是否合适，比如：有些窑炉原来设计时是生产600 mm × 1200 mm产品的，竖进三件，内宽为2.5 m，但后来实际生产时，只生产800 mm × 800 mm及600 mm × 600 mm产品规格，窑内浪费的空间大，完全可以考虑将内宽缩小至2.3 m左右，燃耗会有较大下降。以下是一条生产抛光砖的辊道窑改造前后能耗对比，见表1。
从以上对比可以看出，把窑内宽改小后，节能率为：（2.83-2.57） ÷ 2.83 × 100%=9.19%，可见节能率是非常理想的（注：以上对比是在产品产量、生产规格、烧成温度等工况均一致下测试的，可靠性较高）。但我们在追求节能的同时也要考虑窑炉的横向温差，一般窑内空间越小，横向温差会变大，如果烧成的产品对温差要求较高，就不要把窑内宽改得太小。
另外，窑体保温对节能也有较大影响，可以选用质量轻、导热系数小的新型节能保温材料，砌筑上取消传统的烧嘴砖，直接用标砖钻孔加碳化硅套筒的组合形式，可以达到减少窑炉散热的效果。窯内高温区内壁可以喷涂高温辐射涂料，也有一定的节能效果。窑炉外表面批一层保温层，也有较好的节能效果。
（2）供风、抽风系统优化
根据窑炉使用特点，如果要提产、节能就要想办法评估原供风、抽风系统管道是否合理，风机选型是否合造。一般对于老窑来说，往往原有的管路布局太疏、管径太小，抽风口太少等制约了产能的提升。这个时候可以适当加大供风管及抽风管。窑头段的抽烟口可适当加多几组，有利于更加灵活调节抽力。对于抽烟风机、抽热风机、冷却风机来说，可以考虑加大风机，选用流量大压力略低的风机并配用变频控制，不仅可以节电，也可以提升产能。另外冷却带效果不好也会制约产量的提升，可以在尾冷段加多几组供风口及抽风口，窑尾加些轴流风机进行强制冷却，对降低砖坯出窑温度效果较好。
（3）燃烧系统优化
窑炉节能的另一最重要的一块是燃烧系统的优化，对于老式窑炉来说，更换原有的普通喷枪为节能喷枪，视情况将有5 ～ 10%的节能效果。对于使用柴油、水煤气的陶瓷企业来说，可能觉得这些燃料质量较差，容易产生不完全燃烧从而造成燃料的浪费，具备节能潜能。但对于使用天然气的企业，可能会有一种误解：天然气是一种非常干净的燃料，燃烧效率几乎100%，还怎么节能。笔者做过测试，在同一条天然气辊道窑上，前后使用两种不同热值的天然气进行测试，第一种天然气高位热值为：37.02 MJ/m3，窑炉的天然气单耗为：1.87 m3/m2，在产品不变及烧成温度、周期等工况不变的前提下转用第二种天然气，这种天然气的高位热值为：39.01 MJ/m3，窑炉的天然气单耗为：1.69 m3/m2，经过对比，天然气热值增加了5.4%，但窑炉单耗却增加了9.6%，如果天然气完全充分燃烧，窑炉单耗应该增加在5.4%左右，事实上确变成了9.6%，很明显，天然气在窑炉使用中还存在不完全燃烧情况。此次实验数据见表2。
从表2可以看出，即使辊道窑使用最清洁的天然气，仍然有较大节能空间。目前市场上有多品牌多种节能喷枪，到底哪种节能喷枪好，个人认为，我们在选用节能喷枪时要关注几点：第一、要看节能喷枪的原理，是增加了燃料与空气的接触面积，还是通过巧妙地设计，产生旋转气流，强化空气与燃料的混合，还是增加了枪嘴数量，分散燃烧等等，原理上行得通，是节能的前提。第二、现场试用，可以拿一支喷枪装在窑上，评估火焰的颜色，是否为清亮的淡蓝色，火焰是否稳定。如果整条窑炉已经计划改成节能喷枪，可以在改造前后做好窑炉内各区气体及排烟处烟气的成分检测，通过检测温度、氧含量、一氧化碳含量以及产品燃耗等数据评估节能效果。第三、做好节能喷枪的预判工作。窑炉由普通喷枪改成节能喷枪后，窑内的气氛一般有较大变化，由于节能喷枪的氧气一般相对会少，窑内的烟气量会减少，窑内的温差，窑头温度将有较大变化，余热量也导致减少，这些变化一定要提前预判好，避免盲目改造后对产品烧成产生较大影响。
（4）窑炉余热利用
最早的辊道窑，窑头高温烟气、窑后段抽热风全部白白排入大气，造成热量的极大浪费。为了充分利用余热，目前的做法有：1）烟气、热气全部送往干燥器进行砖坯干燥。这是每一个企业会最先想到的节能技术，但注意的是，由于烟气中含有较多的水份，导致干燥器容易产生落脏缺陷，所有一般只用到一部份烟气，还有一部份烟气排入大气中，还是有热源的浪费。多余的烟气、热气也可以用于制冷、制冰，组建制冷通风系统供改善车间环境也有一定效果。2）有些企业将窑炉多余的热风通过保温性能良好的管道送至喷雾塔进行干燥。这项改造费用较大，对于余热较多的企业可以尝试，如果余热不多，经济性不佳。3）在窑炉冷却带加装换热管，通过热交换产生热水供员工用。此系统投资不大，但还是有一定的节能，要注意的是一般要加裝电辅助系统，确保热水温度的稳定。4）窑炉助燃风进行加热。通过在冷却带加装换热管把空气加热后送往助燃风机，也有较好的节能效果。但要注意的是此项改造一般要加大助燃风管，风机也要更换成大流量耐高温的风机。
2.2配方、工艺改进
通过配方改进，降低烧成温度或缩短烧成周期也是一项较好的节能措施。企业通过配方攻关，提高钾含量，可以使烧成温度变宽，有利于快烧。另外，铝含量、钠含量对烧成温度影响较大，适当提高钠含量，降低铝含量有利于快烧，但同时也要考虑骨架的软硬，需通过试制找到最佳比例。另一方面，干燥器及辊道窑预热带排水速度的快慢对烧成周期有较大影响，在原材料的选择上，可以适当提高砂类用量，降低泥类用量，也有利于快烧。
3 结语
窑炉是陶瓷企业的高耗能设备，尤其是随着环保工作的要求越来越高，不少陶瓷企业开始改烧天然气，导致企业的生产成本会大幅上升，为了降低成本，在窑炉上进行攻关降低能源，会取得较好的经济效益。此文提到的一些思路主要针对老厂改造参考，只要企业的节能工作人员能够从企业实际情况出发，认真细致地去大胆尝试、创新，一定可以取得意想不到的节能成绩。
参考文献
[1] 曾令可， 陈凯， 邹正红，等. 陶瓷辊道窑节能空间分析[J]. 山东陶瓷， 2015， 38（5）：3-8.
[2] 曾令可，刘 涛， 李 萍，等. 陶瓷窑炉的节能技术[J].中国陶瓷工业. 2008 ，15（6）：3.
