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节能型窑炉在结构设计和制造上要注意什么?

信息来源:yaolu.biz  时间:2019-02-12  浏览次数:54

目前,陶瓷企业已经把节能降耗降成本作为企业的重要攻关方向,各窑炉公司也在不断向客户推销着自己的新型节能型窑炉,这个过程让行业再一次掀起了对节能型窑炉的讨论高潮。

上周,陶城君推送了一篇《如何控制干燥窑能耗?》(点击阅读),讲述了干燥窑结构设计的合理性如何直接影响节能效果。本篇文章继续窑炉节能话题:除了干燥窑,影响窑炉能耗的考量因素还包括耐火隔热保温材料的选择与使用,窑炉、干燥窑的配套设备选型和窑炉干燥窑的施工精度。

耐火隔热保温材料的选择与使用影响能耗

从技术性来说,窑炉的节能效果,除了与各耐火保温材料的型号、产地有差别而有关联之外,还与不同类型的耐火保温材料的搭配使用有关。

1、高温耐火砖、隔热砖的选择与使用位置

通常陶瓷行业的窑炉,都是高温型的居多,但因不同的产品,其配方温度与烧成工艺的不同,其最高烧成温度是有所差别的。而所用的耐火材料中的耐火砖,同样有其不同配方(比如说铝含量),和不同的前期烧成温度。当耐火砖里的铝含量不足,或前期的烧成温度不够,会使耐火砖的重烧线收缩度增大,随着温度的不断升高或烧成时间增长,耐火砖收缩后形成灰缝加大,也就会影响到窑炉的密封性,让窑炉后期的能耗增大,窑墙窑顶或窑底表面散热温度会很高。

在陶瓷辊道窑行业,主要耐火砖分为轻质莫来石的JM28系列、JM26系列、JM23系列和重质堇青莫来石、重质高铝等等系列。轻质莫来石质的标号越高,其耐火度越高,同样的产品烧成制度下,重烧后线收缩度越小。所以,不同的烧成温度要求下,要严格选择好对应标号的轻质莫来石砖,甚至应该选择标号高一级的砖,比如早期从意大利进口的100米左右长的窑炉,用了近20年后,其内的莫来石砖都还处于比较完好的状态,保温隔热性能也比较好。

从耐火度的影响来看,虽然重质莫来石砖(比如烧嘴砖、多孔砖等、过桥砖等)的耐火度高,但其热导性强,相同条件下的传导散热量较轻质砖的传导散热量要大得多,所以,窑炉的高温区如果用太多的重质材料,是不利于节能控制的。从导热系数的角度看,同样耐火度的材料,其比重越大,强度会相应增大,但同样其导热散热能力增强,对能耗控制来说,又是不利的。

隔热保温砖,主要分为两类,一类是高铝聚轻球砖,另一类是轻质漂珠砖、轻质硅藻土砖、轻质粘土砖。根据相关生产经验,轻质粘土砖的使用温度应低于850oC,高铝聚轻球砖的使用温度应低于1200oC,否则长时间的高温状态,其重烧线收缩,会导致保温砖的体积和外观尺寸变小,从而灰缝增大,进而窑体的保温隔热性能下降,能耗开始增大。

2、高温耐火隔热纤维板、纤维毡、纤维毯、纤维棉、纤维泡沫的选择与使用位置

陶瓷辊道窑上用的传统耐火纤维制品,根据其比重,分为五大类,一是纤维板、二是纤维毡,三是纤维毯,四是纤维棉,五是纤维泡沫;根据耐火度和实际高温使用粉化度情况,又通常分为含锆系列、高铝系列、高纯系列、标准系列、普通系列。正是因为耐火保温纤维制品的多样性,所以一条窑的节能效果,与选择的纤维制品及其组合搭配使用位置是有相当关系的。

3、高温耐火泥粉、高温粘结剂的选择与使用位置

耐火泥粉和高温粘结剂,是填补耐火砖之间灰缝的耐火材料,是保证高温状态下耐火砖砌体整体稳固和密封的关键材料。但是,砖与砖之间灰缝里的耐用火泥和粘结剂高温状态下造成烧流,灰缝间开始出现间隙,很多单位曾因没重视这点导致窑体外窜火,严重的导致耐火砖脱落、坍塌。

4、新型纳米保温隔热板的使用

新型纳米保温隔热板,在同样密度的隔热材料之间比较,以其明显的低导热性起到更好的隔热保温作用,目前是陶瓷行业窑墙设计和施工中极为推广使用的节能环保材料之一。但该材料价格相对高昂,许多窑炉公司和陶瓷企业不易接受,所以推广范围并不大。

窑炉、干燥窑的配套设备选型影响能耗

一条整线窑炉节能情况,除了自身结构的设计,还与其配套设备选择的节能效率有关。窑炉公司自己不生产风机、变频器、电机等电器元件,统统是采购来使用,而这些又是分别有不同的能效等级,主要是影响到电耗情况。

1、节能型风机与电机

风机,尤其是大功率的风机,其功率越大,其实际有效使用效能比例反而下降,也就是相对电能利用率会下降。而窑炉越长越大,选择的风机功率也得相应增大才能得以配套,同时也存在该类型的风机电能浪费的隐患,尤其是在风机管路设计不合理时更为明显。目前窑炉行业的风机上配套的电机和家用电器一样,国家强制执行能效标识,所以在为窑炉选择风机配套的电机时,应该尽量使用能效等级好的产品。

2、窑炉风机的选型与合理搭配

从生产实践中看,窑炉风机的电能能耗与风机电机的能效有关外,还与窑炉风机的选型与搭配有直接关系。比如窑炉上的排烟风机和抽热风机,可选用的有Y8或Y9系列的高压力型锅炉引风机,也有Y4或Y5系列的大流量型锅炉引风机。从生产实际出发,如果风机输送热风的管路很远,并且风压风速得以保障,比如说送到较远距离的干燥设备上或其它余热利用或者热风脱硫加工处理等等,如果选择表面看起来相对省电的大流量型的风机,结果热风输送不了,达不到生产工艺指标要求,这样不但省不了电,反而生产损失更大。但如果直接排空到厂房外,沿程顺畅,又有烟囱自然形成的“抽力”,则风机选择大流量型,在长期使用中就相对要省电一些了。

风机的搭配合理也很有关系。有些企业以为只要采用变频器控制,什么风机都是越大越好,其实这不正确。首先,各种风机都有各自工作职能,给风、抽风各不相同,“给的”不够,“抽的”过大,那就意味着抽风机在隐性浪费电(风机通电存在线损,变频器存在热能电能自身损失,风机越大,对应的电缆也就越大,对应的变频器也就越大)。

3、变频器的使用

变频器在窑炉上广泛使用,是显著的节电措施。比如早期窑炉的风闸板,采用手动调闸开大关小的方式来控制风机开度,这样既操作不便,同时浪费电能,很多时候操作人员通过闸板调节多次都难以达到所要求的工艺控制参数时,往往缺乏耐性而不重视电能的浪费。同时,对数据管理也增大了难度,在窑炉上难以建立电能消耗指标的数据考核,无考核,就难以发挥节能的主观能动性。小型变频器配上摆线针传动电机或齿轮减速机来替代传统的无级调速机,省电也自然是情理之中的。

4、齿轮减速机的运用

齿轮减速机是用来替代传统摆线针的趋势,因为齿轮减速机的波箱内完全斜齿轮啮合所产生的扭力,比起摆线针电机波箱内的行星摩擦片产生的扭力要大而且稳定,所以如果需要同样的驱动力,齿轮减速机的电机功率选择就可以略小于摆线针电机的功率选择,这样的节电也就显而易见了。

窑炉干燥窑的施工精度影响能耗

1、框架结构的尺寸精度

窑炉的砌筑体是建立在框架结构基础上的,如果框架精度事先没有制作好,存在精度误差,极易造成砌筑体的密封性、紧凑性、稳固性存在隐患,进而直接影响到窑炉的能耗。

2、膨胀缝的设计与技术

因为窑体由框架结构和耐火保温材料砌体两部分组成,但钢材与耐火砖的热胀冷缩率存在很大差别,为保证窑体不易被破坏,对砌箱需进行膨胀缝设计。从节能的角度来说,通常膨胀缝设计讲究一定的技术控制参数,比如每隔多长设计一道?每道缝宽度多少?留缝方法与位置?缝内填充棉毯散棉的温度梯度和数量等等。

3、灰缝的设计与技术

窑炉的灰缝,直接影响到窑体的密封性,也就影响到窑炉的节能效果。灰缝设计采用错缝比直缝,在节能效果上更为合理。

4、曲封的设计与技术

窑体的转角位,采用曲封式结构设计,大大提高了窑体的密封性和极大地吸收了因热胀冷缩而产生的破坏应力,保证了窑体的稳固性,进而影响到窑炉的能效。

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作者系佛山市佳韵窑业技术有限公司、佛山市佳窑陶业技术有限公司资深热工工程师,文章有删改

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