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陶瓷窑炉的节能技术掀起新革命

2015/2/9 12:54:23
文章来源:网络

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  近年来,随着我国经济的快速发展,能源消费量迅速攀升,供应形势日趋紧张,特别是石油、天然气等不可再生资源需求和消费量上升的幅度超过了产量增长,致使能源供需矛盾进一步加剧,节能减排成为经济发展和民众生活的重要议题。作为能耗大户的陶瓷行业,亦面临节能降耗严的峻考验,多年来国内外许多专家、学者一直致力于陶瓷窑炉节能的研究和攻关,膜法富氧助燃技术应运而生。河南能信节能科技有限公司作为推动陶瓷窑炉节能技术实践的先行者,始终致力于膜法富氧燃烧技术的实际应用,积累了丰富的经验,取得了显著成效,成为推动陶瓷窑炉节能的一支生力军。

  窑炉节能势在必行

  我国目前有各种陶瓷窑炉15000多座,但大多是老式窑炉,无论是热效率还是热能利用率都较低,而且产品单耗大,成本高,质量也不能保证。

  据有关资料显示,我国陶瓷工业的能源利用率与国外相比差距较大,发达国家的能源利用率一般高达50%以上,如美国达57%,而我国仅达到28%~30%。另一方面,陶瓷窑炉在生产过程消耗大量能源的同时,燃料燃烧产生的烟气中含有危害极大的CO2、SO2和NOx等有害气体。据统计,我国大气中90%的SOx、85%的CO2、80%的ROx(粉尘)和50%的NOx污染均来自工业炉窑,而陶瓷窑炉排放的有害气体在其中占有很大的比重,因此节能与环保成为陶瓷窑炉升级改造的中心任务。

  特别是在陶瓷产品生产过程中,为防止开裂,要立刻鼓冷风,鼓冷风之后要抽热风,因此从热带到冷却带的余热所占能耗相当巨大,仅烟气带走的热量和抽热风带出的热量就占总能耗的60%~70%。其中,烟气中含有的热量占所消耗热量的30%~50%,但目前大部分企业的窑炉都没有进行有效的烟气处理,窑炉烟气中有害物质有SO2、NOx、粉尘等,造成污染环境、影响产品质量、腐蚀生产设备等问题。

  如果能把烟气及抽热风余热充分利用,陶瓷窑炉的能源利用率很有可能达到国外的先进水平。国外将余热主要用在干燥和加热助燃空气,我国余热利用则主要用于干燥和喷雾塔,但很多企业不会将余热利用起来,不但造成了能源浪费,也增加了生产成本。

  因此,加快推进窑炉节能迫在眉睫。特别是在陶瓷行业遭遇低谷的形势下,通过窑炉节能能够降低生产成本、提升企业的市场竞争力,进而实现快速发展、逆势崛起。

  开辟窑炉节能新途径

  近几年,窑炉的节能技术与创新都在重点关注余热利用,可以说,加强余热利用是当前推进陶瓷窑炉节能的最重要的途径。河南能信节能科技有限公司采取的膜法富氧助燃技术就是加强陶瓷窑炉余热利用的典范。

  据河南能信节能科技有限公司总经理李炎介绍,膜法富氧助燃技术是通过提高陶瓷窑炉燃烧区的火焰温度和降低排烟黑度,加快燃烧速度,促使燃烧完全,降低燃料的燃点温度和燃尽温度,减少燃烧后的排气量,降低空气过剩系数,增加热量的利用率,进而达到节能的目的。

  李炎结合多年的富氧燃烧技术经验,就富氧助燃技术的节能与环保效应进行了技术分析。李炎表示,通常空气中氧的体积含量为20.93%、氮为78.1%及少量的惰性气体等,真正参与燃烧的氧只占空气总量的1/5左右,而占空气总量约4/5的氮和其他惰性气体非但不助燃,反而将随着燃烧的进行带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93%的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧将具有明显的节能与环保效应。

  通过实验得知,节能率与富氧空气中氧的含量成正比,即在同一燃烧温度下,浓度越高,燃烧越完全,排烟黑度越低,节能和环保效果越好;另外,在同一含氧浓度下,燃烧温度越高,节能效果越好。因此,在需要燃烧温度较高的陶瓷窑炉中采用富氧助燃,其节能效果会更好。日本井腾博达、农部正树曾在高温炉中,做过炉温与不同含氧量浓度的节能试验,炉温越高,应用富氧助燃技术的节能效果越明显。炉温在1600℃时,用含氧23%的富氧空气助燃,可节能25%。

  富氧助燃技术成因

  针对富氧燃烧技术如何助力陶瓷窑炉节能,李炎归因于以下六个方面:

  一是提高燃烧区的火焰温度和降低排烟黑度。富氧空气参与助燃回提高火焰温度能够增加传导、对流和辐射三种形式的热传递,进而提高物料的烧成速度,促使燃烧完全,减少排烟黑度。

  二是加快燃烧速度,促使燃烧完全。富氧空气参与助燃后,不仅使火焰变短,提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时,温度提高有利于燃烧反应完全。

  三是降低燃料的燃点温度和燃尽温度。氧参与助燃,有利于降低燃料的燃点温度,而且能够减少火焰尺寸,增加单位体积的热释放量,使燃烧条件得到很大改善,火焰强度提高。

  四是减少燃烧后的排气量。通常的燃烧过程中只有总量1/5的氧参与燃烧,其余约4/5的氮气非但不能助燃,还会随着燃烧的进行带走大量热量,排出废气的容积比与燃烧空气中氧浓度的关系,随着空气中含氧量增加,排气量逐渐减少,排烟黑度也明显下降,有利于减少污染。

  五是提高热量的利用率。富氧助燃能够提高热量的利用率,随加热温度提高及富氧浓度的提高,利用率提高比例就越大,最高可提高33%,具有良好节能效果。

  六是降低空气过剩系数。空气过剩系数越大,燃料消耗增加率就越高,可利用的热量在减少,而且加热温度越高,热量的损失就越大,富氧助燃可降低空气过剩系数,从而达到节能的目的。

  李炎强调,陶瓷窑富氧燃烧需要的氧气的浓度要求不高,而且实际需要富氧的量并不大,实验表明,在陶瓷窑炉鼓入混合27%左右富氧空气时,其助燃节能效果最佳,对比深冷分离、变压吸附分离和膜分离这三种空气分离技术的优劣,采用具有投资少、易操作维护、制氧成本低、工艺成熟等特点的膜法制氧空气分离制取富氧工艺更为适合制瓷工业。目前,已成功把富氧助燃技术应用到小型梭式窑上,产品的质量有效的得到提高,从而能提高产品产量。

  推广应用前景广阔

  中国国家发改委能源研究所所长韩文科表示,“十二五”期间我国能源发展将围绕四条主线,控制总量,抑制能源需求过快增长,全力保障能源安全。

  李炎表示,富氧助燃技术作为一种窑炉节能技术,目前已经在工业锅炉、玻璃工业、冶金工业、石油化工等得到了初步应用,达到了很好的节能降污效果,产生了巨大的社会效益,为这项技术在陶瓷行业的推广应用奠定了坚实基础。

  在需要较高燃烧温度的陶瓷窑炉中,采用膜法富氧助燃技术其节能与环保效应较好,技术可行,且炉温越高,应用该技术的节能效果越明显;通过对比分析可知,膜分离离制取富氧工艺更为适合陶瓷炉窑行业;富氧助燃技术不仅能节省燃料与降低污染,明显提高产品的产量和质量,而且可以起到改善燃烧效率,延长炉龄,减少烟尘排放等综合效益。

  随着能源越来越紧缺、环保要求越来越严格和政府企业越来越重视等原因,膜法富氧助燃技术在陶瓷窑炉中将得到广泛应用与推广,进而大大减少能耗、降低有害气体的排放、节约生产成本,最终达到节能减排、提高生产效率的目的。

一般在耐温超过800℃以上的,用于烧制产品的热工设备,或在高温火中生产产品的工具统称为炉窑。广义的工业用窑类型很多,包括应用于冶金、化工、建材和轻工等部门的各类炉窑。炉窑在人类工业发展历史上起到极为重要的作用。由于炉窑耐温都在800℃以上,用于炉窑的支撑结构和隔热保温材料长期在高温下工作,容易发生破坏,给窑炉正常工作造成很大的影响,也给企业正常的生产工作带来不便,造成能源极大消耗损失。像炉窑的保温保温砖高温涂料 企业节能经济再给力

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