窑炉节能措施的实施及应用

窑炉节能措施的实施及应用

娄超

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摘要：近年来，国家对于环境保护越来越重视。在“双碳”目标的要求下，各行各业都在朝着节能减排各个细节深挖潜力。窑炉是建材、轻工及冶金等行业的热工设备，其通常是用耐材及钢构组合砌筑而成，结合实际需要，能够建造不同类型不同规模的窑炉，借助电、油、燃气等达到高温运行目的。依照不同品种，窑炉可划分成搪瓷窑、玻璃窑、水泥窑、陶瓷窑炉等。大型窑炉所用燃料，以天然气居多，其次是轻柴油、煤气、重油等，电窑一般规模较小，通常是以钼棒、硅碳棒、电炉丝等为主要的发热元件，总体结构相对简洁，实操极具便捷性。窑炉总体结构设计、燃料及其燃烧方式、耐火材料选定等，均关系着其能否实现节能运行。为确保能够达到这一目标，对窑炉各项节能措施有效实施与其应用开展综合分析较为必要。

关键词：窑炉；节能措施；实施应用

引言

针对工业窑炉节能减排的技术特点进行详细探索和研究，在此基础上进行优化与集成处理，完成企业生产过程中对窑炉污染与能量消耗的控制，同时还对窑炉设备使用特点制定出窑炉型号以及结构上的优化策略，解决模型建立问题，从根本上完成窑炉使用者、窑炉生产企业以及第三方技术服务企业之间的信息沟通。

1窑炉节能减排技术价值

窑炉设备作为工业发展的核心条件，对于工业进步和成长具有十分重要的中作用和现实意义，该设备主要通过充分燃烧燃料从而产生热能物质。按照行业生产模式一般分为水泥窑炉、蒸汽炉、玻璃窑炉、裂解炉等方面，所以窑炉行业未来发展趋势应侧重在环保行业，对于窑炉自身的基础保温效果来说，增加窑炉基础燃烧率、热能使用率、减少窑炉基础散热、提升窑炉耐火性能同样成为提高要炉设备节能水平的重要途径。

对于工业窑炉来说，设备隔热保温材料对于设备使用质量和效果具有举足轻重的作用，只有使用高水平保温材料，才能从根本上解决设备使用过程中对于环保型的实际需求。技术人员针对窑炉设备长期跟进和管理最终发现，窑炉设备节能改造技术方式相对比较复杂，比如：使用全新燃烧嘴、调整炭烧嘴布置与设定、完善码胚防止位置、安装烟道、对于梭式窑炉进行热量利用、选择适合的温度检测位置点以及控制方法、增加窑炉隔热保温性能等。所以此种技术手段在窑炉节能方面能够减少窑炉结构体热量分散的10%~20%甚至更高，窑炉设备的隔热保温性能对于提升热效应、节省能源使用率十分重要。

窑炉设备使用过程中，其设备内部温度一般需要达到350℃以上，而高温炉窑运行温度则能够达到200℃左右，由于窑炉设备的使用性能比较特殊，此种设备使用现状要求窑炉自身内部结构与保温性能水平较高，随着世界各个国家工业不断进步和发展，窑炉同样向大型化、高效化以及合理化方向发展，最大程度提升窑炉设备的节能率，

现阶段窑炉设备所使用技能技术方式主要为窑炉材料的轻型化，其中代表性则是全纤体维护，其中蓄热式窑炉设备则需要在热流作用下进行余热回收，所以需要使用计算机集散控制方式不断提升基础控制精度，最大程度提升节能性，此种现状则是自然资源管理形式以及专业技术全面发展的基础需求。除此之外，窑炉设备内部所使用的保护涂料基础生产工艺较高，其涂料基础耐温性最高能够达到1800℃左右，并且涂料物质耐酸性以及耐碱性同样较高。因此在窑炉使用和运转过程中，需要使用热容较小的轻质材料进行结构保温，以此不断减少热量储存和分散损失。

2窑炉节能改造及优化措施

2.1窑炉结构

窑炉结构对节能性能具有较大影响，窑炉断面宽度增加，有利于减小空气阻力，一定程度上有助于提高节能效果，但宽体窑，若无结构优势、无节能技术、调试不当、产品搭装不合理，同样不节能。此外，通过优化调节挡火板、挡火墙的组合型式，可以改变窑内热气流分布，调控宽断面窑内截面温差，有助于提高节能效果。根据窑炉烧成产品的不同，设计窑内三带长度比例，利用合理的分段能够实现节能效果的提升。如烧成卫生瓷的隧道窑，适当减少预热带长度并加烧嘴以强制气流搅动，可以提升窑炉节能效果。

2.2窑炉燃烧技术

从上世纪70年代起，玻璃行业率先采用全氧燃烧技术。在某些窑炉上，考虑到超高温化料和环境保护等因素，全氧燃烧技术已成为一种趋势，特别在玻纤行业和一些特种玻璃行业，已经是主流配置。全氧燃烧技术利于烟气排放，对玻璃中气泡改善有明显作用。除了环保及质量等优点外，全氧燃烧还有玻璃液传热好、熔窑稳定性好、熔化效率高、设备维护量少、减少耐火材料使用等诸多优点。

为了有效降低窑炉能耗，可通过窑炉数值模拟，优化窑炉燃料分配，同时可使用专家控制系统，优化窑炉温度、液面等控制，在保证产品质量不降低的情况下，能耗有效下降。窑炉上还应使用新型的具有更高燃烧效率、更低NOX排放的燃烧器，选择一款火焰形态、亮度、流量灵活可控，具有一定增碳效果的燃烧器，能够很好地降低燃料用量。还可使用氧化锆检测仪、激光检测仪等在线监测烟气中O2、CO等含量，使燃烧始终保持在一个良好的状态，一般O2不超过0.5%，CO不超过500×10-6，从而提升燃烧效率，降低NOX排放。

2.3余热利用

余热回收利用是实现窑炉节能的主要途径之一，通过热管换热器将高温烟气回收用于助燃风加热，不仅提高了燃料的燃烧效率，而且改善了炉内热工过程，实现窑炉节能效果的提升。此外，烟气也可用于干燥工序，但直接将烟气用于干燥，不符合环保相关要求。

2.4窑炉附属设备

辅助电熔技术因其电极直接与玻璃液接触，能够大幅提升玻璃液温度，很好提升玻璃熔化效率，尤其在生产一些高黏度、低导热性玻璃品种时，效果更加突出。另外，鼓泡也是一种行之有效并获得广泛应用的节能技术。退火窑可选燃气类型退火窑。退火窑内可设若干组天然气喷枪，分为多个独立区域进行温度控制，达到精准控制退火目的，确保制品可达到较高退火质量。

2.5烟气处理

采用先进的天然气后进口燃烧控制系统,氮氧化物的原始浓度由3800~4000mg/m3下降至1500~1700mg/m3,从源头上减少了60%的氮氧化物,大大降低了烟气后期处理的负担,减少了氨水和催化剂的用量。

（1）烟气处理工艺流程

采用干法脱硫-金属滤袋除尘-SCR低温脱硝工艺技术处理烟气。除尘设施采用金属滤袋代替传统的TPFE,这是国内首次将金属滤袋用于日用玻璃行业,其耐热温度由最高260℃提高到了450℃。烟气入滤袋时的温度为290~300℃,达到使用催化剂的烟气温度(250~260℃),无需在脱硝处理中再加热,每天可节省天然气4000m3左右。

（2）烟气不可见排放

根据我国生态环境部发布的《重污染天然气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》[环办大气函(2020)340号]文件要求,玻璃生产A级企业废气排放标准为颗粒物含量≤10mg/m3、SO2≤50mg/m3,NOx≤100mg/m3。通过采用清洁燃料、先进的燃烧技术和完善的废气处理工艺,烟气经过除尘、脱硫脱硝工艺处理后,最终排放的烟气达到了A级企业标准,满足烟气不可见排放的要求,实现了玻璃制品的绿色生产。

2.6其他

影响窑炉节能效果的其他因素还包括自动化控制、辅助设备调控及产量节能等，如陶瓷工业窑炉应配置完备的自动化控制和电脑系统，实现加热、燃烧、产品运输等过程自动控制；窑炉采用的风机、传动装置及其他重要机电设备宜采用变频技术满足相关节能标准，不得使用国家或有关部门发布的淘汰或禁止的装备。

结语

由此可见，工业窑炉节能减排技术经过系统优化和完善之后，将其应用在工业生产行业上能够最大程度确保污染水平有效控制，全面推进我国窑炉设备发展进程，从根本上缓解能源以及自然环境污染问题。

参考文献

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