陶瓷窑热力系统结构分析

陶瓷窑热力系统结构分析

靳景伟 邢双喜 赖国胜 曹坤

清远市精旺环保设备有限公司 511517

摘要:陶瓷窑作为陶瓷生产的核心装置，其热力系统结构对于陶瓷业来说起着举足轻重的作用，陶瓷窑本身在运行时会放出大量热量，同时会对自然环境带来干扰。因此，本文从陶瓷窑的设计现状入手，着重研究陶瓷窑的自身结构，优化陶瓷窑的热力系统，最终实现陶瓷窑的高效节能性能。

关键词：陶瓷窑；热力系统结构；优化设计

1陶瓷窑的设计现状

我国的陶瓷事业和窑炉设计事业不断进步优化，为了提升我国的陶瓷水平，加强陶瓷的质量，以陶瓷窑的设计改革为突破口，具体通过改变陶瓷窑炉温差和降低窑炉能量消耗来展开，如此一来，也能最大程度节约我国的资源，提升陶瓷事业收益。陶瓷窑炉温差和降低窑炉能量消耗都和陶瓷窑的热力系统结构紧密关联，伴随着我国的经济水平的逐步提高，陶瓷产品也变得更加多样化，这就对陶瓷企业带来了更大的挑战。对陶瓷窑热力系统结构进行更新的时候，需要充分考虑我国陶瓷事业的实际状况，高效采取新的科技手段和理论指导，在高科技部门的积极协助下，最终研制出符合我国陶瓷生产的燃烧设备。

2陶瓷窑炉结构的优化要点

2.1陶瓷窑炉内高的优化

为了实现陶瓷产品的高质量，同时有效减少能量消耗，对陶瓷窑炉内高的设计是越低越好。陶瓷窑炉的内高越低，单位空间内陶瓷的热消耗就相对减少，陶瓷窑炉内墙的散热也会对应减少。通常窑炉内高从1.3m降低到0.3m时，陶瓷产品的热消耗就能减少4.45%，陶瓷窑炉内墙的散热可减少33.3%。相反，若陶瓷窑炉内高增加，会加大窑炉的空间，窑炉内的热气会上、下分层，引发较大的窑炉温差。

2.2陶瓷窑炉内宽的优化

陶瓷窑炉内宽越大，单位空间内陶瓷的热消耗和窑炉内墙的散热也会对应减少。通过对大量相关数据进行分析得出，一般窑炉内高从1.3m增加到0.3m时，陶瓷产品的热消耗就能减少2.93%，陶瓷窑炉内墙的散热可减少25.3%，也就是说，陶瓷窑炉内宽的增加，在一定程度上提升了陶瓷产品质量。但对于陶瓷窑炉内宽的增加，不能越宽越好，要符合一定的限制范围。分析陶瓷窑炉内宽增加会节能的原因，主要是:陶瓷窑炉内宽越大，窑炉内拱上下的间距会变大，会加大燃料的放入量，同时在该过程中燃料的烟气不会增加，烟气的流速会变缓，保障窑炉内热气交换充分均匀。正是因为烟气流速变缓，窑炉内的阻力变弱，风机的反压变小，最终导致烟气带走的热量减少，实现了窑炉燃烧的节能目标。

2.3陶瓷窑炉长度的优化

在对陶瓷窑炉长度进行优化的前提，一定是要确保陶瓷窑炉的内高和内宽保持不变，随着陶瓷窑炉长度的增加，单位空间内陶瓷的热消耗和窑炉内烟气带走的热量会对应减少。通常情况下，当陶瓷窑炉的长度从55m延长至100m时，陶瓷产品的热消耗就能减少1.03%，窑炉内烟气带走的热量会减少14.1%。

2.4陶瓷拱顶和平顶结构的优化

陶瓷窑炉的类型有很多种，本文重点论述辊道窑，对于辊道窑来说，在早期进行预热带、烧成带以及冷却带设计时，优先选取平顶或者拱顶的结构类型，其中余热带选取平顶的原因在于其吊顶操作十分简便，且施工过程不复杂；烧成带选取拱顶结构主要是由于该类型结构能够有效增加烧成带的面积，加大窑炉空间，同时减弱窑炉内烟气的流速，为燃料二次燃烧提供机会。

3陶瓷窑炉热力系统及其优化措施

3.1高温空气燃烧技术

高温空气燃烧技术作为一种新型燃烧技术，其具备高效节能特征，该技术在陶瓷窑炉热力系统的操作过程中，会大大降低二氧化氮、一氧化氮等氮氧化物的排放。高温空气燃烧技术的操作原理主要通过两个烧嘴发挥作用，1号烧嘴在运行的时候，2号烧嘴专门负责1号烧嘴过程中出现的高温及延期问题，在一定程度上减缓烟气的流速。两个烧嘴的交替作业，会有效回收余热，满足高温预热和节约能耗的要求。

现如今，我国陶瓷企业对该技术进行了研究试验，从研究成效分析，对高温燃烧烟气进行适当稀释，会降低含氧量。与此同时，通过调整燃料和空气的进入通道也会有效减低氮氧化物的排放。燃料进入陶瓷窑炉之后，会和炉内的空气混合均匀，在高温高氧的条件下，陶瓷产品会充分燃料，并对应生成氮氧化物，对燃烧开始阶段的空气燃料进行适当控制，同时借助混合烟气的方式，使得高温烟气的浓度降低，进一步降低氮氧化物的生成量。对比于传统的陶瓷窑热力系统，高温空气燃烧技术能够有效控制氮氧化物的生成量，并且起到节能效果。

3.2脉冲控制技术

在陶瓷窑热力系统之中，脉冲控制技术的作用是为了优化陶瓷窑炉的燃烧装置，同时实现提高燃烧效率的目的。在使用脉冲控制技术时，有一定的约束条件，必须是在脉冲峰值阶段和脉冲谷值阶段才能操作。其中，脉冲峰值指的是陶瓷窑热力系统的额定供应强度，脉冲谷值则指的是陶瓷窑热力系统的最低供应强度。在脉冲峰值和脉冲谷值都正常运行的基础上，有效控制调整二者的比例关系，进而高效控制窑炉内的供热量。当脉冲峰值和脉冲谷值的运行时间比为1:5时，就能给予设备25%的供热量；当二者的运行时间比为1:3时，就能给予设备52%的供热量；当二者的运行时间比为1:1时，能够实现设备的不间断燃烧，实现完全供热的目标。给予脉冲控制技术的燃烧热力系统，若烧嘴的供热负荷低，就不需要借助其他外来技术，可直接实现和保障窑炉内部温度的均匀性，同时其运行过程会获取较高的传热系数，解决了在排放多余空气时带走的热量问题，节约了操作成本，避免了燃料浪费。

除此之外，对于脉冲控制技术来说，其普遍使用独立调整来精确控制燃烧的空气系数，改变了传统热力控制系统通过调整燃料喷入速率、稳定以及供热强度等方式控制空气系数。利用传统的热力控制系统，若陶瓷窑炉内部温度没有达到有机物的燃烧温度，利用多余空气调节的方式不能够加入较多的调温空气，无法保障陶瓷窑炉内温度分布的均匀性。为了解决以上问题，引进了脉冲控制技术，该技术通过调整空气系数，就能直接确保窑炉内部温度分布均匀，实现了高效节能的燃烧效果。

3.3受控脉动燃烧技术

除了以上两种优化陶瓷窑热力系统结构的燃烧技术之外，国家在不断发展的基础上，又研制出了受控脉动燃烧技术，该技术的操作机理是通过适当调整燃烧设备的燃气和助燃气的含量，在相关设备的协助下保障燃气和燃料的周期性平衡，进而高效避免出现窑炉内部熄火现象的出现。受控脉动燃烧技术之所以被广泛应用，主要取决于两方面因素:一是受控脉动燃烧技术可大大抑制氮氧化物和一氧化碳的生成，极力保护自然环境不受污染；二是受控脉动燃烧技术能够起到高效的传热作用，对优化陶瓷窑炉的热力系统有促进作用，同时也满足节能要求。

4.结束语

时代在进步，科技在发展，在科技不断进步的大背景下，我国的陶瓷事业得到了显著性进步，陶瓷产品的种类和制作方式变得更加多样化，但同时在生产陶瓷制品的时候伴随着污染环境、燃料浪费等问题，为了解决这一系列问题，首要措施就是更改优化陶瓷窑热力系统结构，在不影响陶瓷制品质量的基础上实现节能目的，我国分别通过高温空气燃烧技术、脉冲控制技术以及受控脉动燃烧技术对热力系统结构进行优化分析，以便其他类似事业借鉴学习。

参考文献：

[1]创新与高度市场化让中国窑炉从粗放走向多元[J].陶瓷,2017(08):23-27.

[2]江海东.燃烧实验与陶瓷窑炉过剩空气系数检测数据分析[J].佛山陶瓷,2017,27(03):32-36+41.

[3]孙斌,陈振东.工业炉节能现状和发展趋势[J].能源与环境,2007,(03):66-68.