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(完整版)陶瓷窑炉的发展趋势

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42.8~43.5MJ/kg。

它是清洁燃料中的上品,不凝固,粘度比轻柴油更小,更易雾化。

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1.0m/s。

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。

(3)天燃气的发热温度约2000~2040℃,对于各种陶瓷产品几乎都可满足要求的烧成温度,即使用常温空气。

(4)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。

(5)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。

(6)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。

(3)火焰传播速度低,燃烧缓慢,但较天燃气快一些。

(4)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1.5~2.0倍,泄漏时往下沉,易与空气混合达到着火浓度范围内,遇火发生爆炸。

(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,又统称为煤制气。

A、焦炉煤气
焦炉煤气的平均组成为:
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31%。

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50~100℃,约为1350℃,当使用热值为5.70MJ/Nm3的冷煤气,助燃空气只
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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