陶瓷窑炉的发展趋势

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陶瓷窑炉的发展趋势

当今陶瓷窑炉的发展趋势是由我们过去说的辊道化、煤气化、轻型化、自动化、大型化向绿色（环保节能型）窑炉方向发展。所谓绿色窑炉，即环保节能型窑炉的标准主要包括：
1）低消耗（节能型） 。包括低燃料消耗、低电能消耗、低水消耗、低耐火材料及其他资源消耗。
2）低污染（环保型） 。其中包括低废气（ CO2）排放，低 SO2 及 Nox 气体排放，低烟尘排放，无黑烟，低污水排 放，燃料完全燃烧，低噪音及振动，工作环境舒适。
3）低成本。包括初投资成本低，投资回收期短，运行费用低，劳动成本低。
4 ）高效率。窑炉内温度分布均匀，优等品率高，热效率高，操作控制灵活方便，自动化水平高，生产过程适应性强，劳动生产率 高，竞争性强，经济效益高。


实现绿色窑炉需要从以下几个方面努力：
1） 窑炉风机降低电耗和噪音的研究目前国外先进风机噪音在 50 ～ 70 分贝 , 国产风机噪音在80 ～ 90 分贝 ,有的甚至超过100分贝 ,国外一条窑炉风机使用功率为50～ 70KW，而国产窑炉为 90 ～ 130KW（以产量相同
的建筑卫生陶瓷窑炉计算） 。如每条窑炉节电 50KW，年节电 40 万 KW.h，以全国陶瓷行 业 2 万条窑炉计算，每年可节电 40 亿 KW· h 左右。并大大改善窑炉烧成车间的工作环 境，显著减少风机材料消耗和运输费用。
2） 研究先进的窑炉燃烧器我国是世界上 CO2 排放量较多的国家之一，陶瓷行业又是耗能大户。燃烧释放出的 SO2跟水形成亚硫酸， NOx 形成酸雨和光雾，对人畜、植物、建筑物都有较大危害。要以辊道窑为对象研究适用于窑炉使用的低 NOX 燃烧器（如脉冲式燃烧器等） ，既要保证窑 内温度均匀，断面温差小，又要使燃料完全燃烧，避免局部高温以减少 NOx 的生成。
3） 使用新型的耐火材料和涂料对于陶瓷窑炉，采用耐高温的陶瓷纤维作内衬，可以有效提高陶瓷窑炉的热效率。为减 少陶瓷纤维粉化脱落，利用多功能涂层材料（如远红外线涂料）来保护陶瓷纤维，达到 既提高纤维抗粉化能力，又可增加窑炉内传热效率，节能降耗。由于陶瓷纤维导热系数 比较小，增强了窑炉的保温，减少了热散失，改善了烧成环境。
4 ） 研究新的窑炉自动控制方式和方法利用人工神经网络技术进行模拟，以新的控制方式和方法来控制窑炉同一断面，同一水平面上的温差以及突破还原气氛控制的难点， 并设计相应的控制系统和控制软件。使温
度、气氛控制更精确和稳定，窑炉自动控制程度更高。
5 ）建立陶瓷窑炉废气净化研究检测中心。逐步建立陶瓷窑炉废气排放数据库系统， 以指导或提供陶瓷窑炉废气净化的研究及改进，弄清 NOx 等有害气体在陶瓷窑炉内产生的机理及减少生成有害废气的办法， 可通过实验窑模拟实验解决。在烟囱加涂层材料以吸收燃烧废气中的有害成分，使
NOx 含量低于 70PPM。经过努力， 不久的将来可以全面实现绿色窑炉工程，使我国在现有先进的陶瓷窑炉的基础上，燃料消耗下降10 ～ 30%，热效率提高 10 ～ 20%，电力消耗下降 30 ～ 50%。噪音和烟尘有较大程度的下降，并使我国陶瓷窑炉达到世界先进水平。由于环境保护的需要，现代陶瓷窑炉在选择燃料方面应着重考虑用清洁燃料。
清洁燃料包括：柴油、煤油、天然气、液化石油气。焦炉煤气、水煤气及发生炉冷 煤气。
1、柴油及煤油
A、柴油用作清洁燃料其优点是：运输及贮存比较简便，设备投资少，热值高而稳定，粘度较小，较易雾化，发热温度高达2080~2100 ℃。缺点是：价格高，凝点较高的柴油在较冷的环境中使用时需要加热。在选用柴油时应注意其含硫量， 如含硫量过高， 将会影响陶瓷产品品质并腐蚀设备及管道、污染环境。
B、煤油用作清洁燃料其优点是：低位热值比轻柴油稍高约 清洁燃料中的上品，不凝固，粘度比轻柴油更小，更易雾化。42.8~43.5MJ/kg 。它是
缺点是：闪点不低于40 ℃，否则使用不安全，另外价格太高。
2、天然气及液化石油气
A、天然气作为燃料其燃烧特性如下：
（ 1 ）因其主要成分为甲烷，所以燃烧特性取决于甲烷。甲烷与空气混合物的着火 浓度范围很窄，在 5%~15%。因此，在燃烧过程中对缺氧很敏感，同时也减少了回火的 危险性。
（ 2）甲烷的火焰传播速度很小。 其常温、常压下最大可见火焰传播速度不到 因而燃烧较为缓慢。天燃气属于低火焰传播速度的燃气。比较容易发生脱水。1.0m/s 。
（ 3 ）天燃气的发热温度约 烧成温度，即使用常温空气。2000~2040 ℃，对于各种陶瓷产品几乎都可满足要求的天燃气与空气混合良好时其火焰黑度很小，为液化石油气的二分之一弱，比 液体燃料的黑度更低得多。然而对于现代陶瓷窑炉来说，火焰辐射传热不占重要地位。 一般都使用高速烧嘴，为无焰燃烧，几乎没有火焰。
天燃气的理论空气量大，约为 7.8~11.2Nm3/Nm3 ，因此对烧嘴混合性能要求 高，也就是说 1Nm3 ，天然气要能很好地与多于 7.8~11.2Nm3 的空气混合。
天燃气的碳 / 氢质量比（ 3.0~3.2）比液体燃料（ 6.0~7.4）或固体燃料（ 10~30） 低得多。因此燃烧产物中含 H2O 较多。
B、液化石油气作为燃料有如下几个特点：
（ 1）热值很高，是气体燃料中最高的。
（ 2）理论空气量高达24~30Nm3/Nm3 ，因此，助燃空气与之混合完全比天燃气更为困难。可以用空气或烟气 先冲稀液化石油气，然后使用。但用空气稀释时，不得在着火浓度范围内以防爆炸。通常规定液化石油气体积浓度必须高于着火浓度范围上限的1.5 倍。
火焰传播速度低，燃烧缓慢，但较天燃气快一些。
纯净。一般含硫少，是烧制高档陶瓷产品的优质燃料。
（ 5）密度较大，约为同温度及压力下的空气的 气混合达到着火浓度范围内，遇火发生爆炸。1.5~2.0 倍，泄漏时往下沉，易与空发生爆炸。
（ 6）一般液化石油气蒸气压较高。在37.8℃时约为 0.9~1.5Mpa 。这作为气体燃料是有利的。但在使用中必须要求气化站减压阀良好，以保证安全。


3、焦炉煤气、水煤气及发生炉煤气焦炉煤气、 水煤气及发生炉煤气这些人造气体燃料是由煤炭气化制成， 制气。
A、焦炉煤气
焦炉煤气的平均组成为：又统称为煤
H246%~61%CO4.0%~8.5%CH421%~30%CmHn1.5%~3.0%CO21.0%~4.0%N23.6%~26%O20.3%~1.7%干煤气的低热值为13.2~19.2MJ/Nm3 ，属于中热值燃气，其发热温度高约为2100~2130 ℃。由于含氢高，故火焰传播速度比天然气和液化石油气大，其常温、常压下最大火焰传播速度约为 1.5m/s 。焦炉煤气的着火范围也较大，下限约为 6%，上限约 为 1%。焦炉煤气能够满足现代陶瓷窑炉各种烧成温度的要求， 而且燃烧快， 不易脱水， 但回火的爆炸危险较大一些。
B、水煤气水煤气是将水蒸气与赤热焦炭中的碳产生下列反应而生成的燃气 H2O+C=CO+H22H2O+C=CO2+2H2生成的 CO、 CO2 又产生下列反应CO+H2O=CO2+H2CO2+C=2CO由反应式可以看出， 水蒸气被碳还原后生成的CO 和 H2 的分子数是相等的， 因此，水煤气的理论组成是：CO50%， H250%，理论低热值是11.78MJ/Nm3 ，水煤气也属中热值燃气，其发热温度高达2200 ℃左右。
C、发生炉煤气我国在现阶段， 常压固定床发生炉冷煤气很适合陶瓷窑炉使用，因为这种煤制气虽 然属于低热值燃气， 但对于一般烧成温度不太高的陶瓷产品烧成， 还是完全能够满足的。常压固定床发生炉煤气属于低热值燃气， 冷煤气热值一般在 4.49~7.62MJ/Nm3 范围 内，其发热温度为 1650 ℃ ~1750℃，如果取空气系数为 1.10，高温系数取 0.83，则可得
到助燃空气温度与实际燃烧温度之间的关系，对烧成温度为1280 ℃的陶瓷产品来说，实际燃烧温度约高于烧成温度 冷煤气，助燃空气只50~100 ℃，约为 1350 ℃，当使用热值为5.70MJ/Nm3 的需要常温即可。如烧成温度1300~1350 ℃，实际燃烧温度需要达到约 1400 ℃，则助燃空气温度需要 200 ℃左右，这对于一般隧道窑，辊道窑及带有换热器的间歇窑炉是不难做到的。对于烧成温度较 低的 1100~1200℃陶瓷产品，更可以使用发生炉煤气。
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