耐火制品企業(yè)是高耗能企業(yè)，而隧道窯是耐火制品生產(chǎn)過程中的主要耗能設(shè)備。近年來，盡管對隧道窯的控制以及結(jié)構(gòu)都作了大量改進(jìn)，但國內(nèi)隧道窯與國外相比，在設(shè)計和生產(chǎn)中仍然存在較大差距。最為突出的問題是能耗高、燒損大和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，加強(qiáng)隧道窯在設(shè)計和運(yùn)行等方面的研究對提高我國耐材行業(yè)的整體水平，并最終提高整個耐材行業(yè)在國際上的競爭力都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
對耐火隧道窯進(jìn)行熱平衡測試了解它的能量利用情況，再結(jié)合該爐窯的熱工操作、窯體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)管理方面的具體情況，可以從中得到有價值的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)或找出更好的節(jié)能措施，因而對隧道窯進(jìn)行熱平衡測定是很有必要的。
一耐火隧道窯熱工測試方法
為保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和可靠，耐火隧道窯熱工測試安排在正常生產(chǎn)工況期間，并保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行、生產(chǎn)操作連續(xù)穩(wěn)定后進(jìn)行測試。根據(jù)一個焙燒周期的實(shí)際測定結(jié)果進(jìn)行熱平衡計算。
1.1隧道窯技術(shù)參數(shù)
以某耐火材料公司高鋁磚隧道窯為測試對象。
1.2隧道窯測試依據(jù)和目的
測試依據(jù)是《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)》之GB/T23459-2009《陶瓷工業(yè)窯爐熱平衡、熱效率測定與計算方法》及原冶金部《耐火工業(yè)隧道窯熱平衡測定與計算方法暫行規(guī)定》。
測試目的是對隧道窯熱工性能進(jìn)行評價，定量分析隧道窯熱量利用現(xiàn)狀，確定其熱效率及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為下一步隧道窯的節(jié)能改造提供依據(jù)和參考。
1.3隧道窯熱工測試參數(shù)及其測試方法
隧道窯各部分外表面溫度、窯車鋼結(jié)構(gòu)及耐火磚溫度由紅外熱像儀測得;去干燥的煙氣成分和溫度、排煙的氣體成分和溫度由煙氣分析儀測得;高鋁磚出窯溫度由多支熱電偶與數(shù)據(jù)記錄儀相結(jié)合測得;環(huán)境溫度和濕度由數(shù)顯溫濕度計測得;環(huán)境風(fēng)速由熱線風(fēng)速儀測得;各管道煙氣流速由畢托管與數(shù)顯微壓計相結(jié)合測得;窯體及爐門尺寸、各管道直徑用米尺現(xiàn)場測量;燃料消耗量現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù);窯車及耐火磚質(zhì)量、燃料成分及溫度、高鋁磚含水量由廠方提供;孔洞輻射溫度由高溫紅外熱像儀測得;一、二次風(fēng)量由熱線風(fēng)速計現(xiàn)場測得。測試數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和計算可以得到高鋁磚隧道窯熱平衡狀況。
二熱工測試結(jié)果及節(jié)能分析
從熱平衡測試來看，該隧道窯系統(tǒng)運(yùn)行安全、平穩(wěn)、可靠，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)較為穩(wěn)定。出窯制品溫度低，說明冷卻進(jìn)行的很徹底，有效地降低了窯車及成品帶出的顯熱損失。
根據(jù)測試數(shù)據(jù)，可得出高鋁磚隧道窯的熱效率為17%左右，與國內(nèi)同期窯相比熱能利用狀況較好。但與近年來先進(jìn)的隧道窯相比，仍有一定的差距。其中燃燒不充分、煙氣余熱損失、散熱損失大、窯車及襯磚帶走熱是影響隧道窯熱效率的主要因素。
(1)燃燒不充分
在爐子運(yùn)行中正確控制燃料量與空氣量的配比，是合理組織燃燒過程的關(guān)鍵。在保證燃料完全燃燒的前提下，助燃空氣量越少，其燃燒效果就越好。
實(shí)際操作過程中，操作人員對空氣系數(shù)設(shè)置在理論上是合理的，一般不超過1.10。但在測試過程中，利用煙氣分析儀測得煙氣中O2含量大于10%，說明燒嘴的設(shè)計不是十分合理，導(dǎo)致發(fā)生爐煤氣和助燃空氣之間混合不均勻，影響燃燒效果。
可以通過燒嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善發(fā)生爐煤氣和助燃空氣混合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。
(2)排煙熱損失
通過測試可知排煙熱損失約占熱支出的70%，雖然大部分煙氣通過管道輸送到干燥窯進(jìn)行利用，但仍有部分排空。排煙熱損失是隧道窯熱效率不高的主要原因，且其排煙溫度近200℃。
有效利用煙氣余熱是減少熱損失最直接、最有效的辦法。建議更換高效余熱回收裝置回收及利用富裕高溫?zé)煔怙@熱，通過提高其利用水平來提高理論燃燒溫度，進(jìn)而提高隧道窯的全系統(tǒng)熱效率;還可以通過更換燃料種類如天然氣等，使改造投產(chǎn)后煙氣產(chǎn)生量大量減少，進(jìn)而減少排煙熱損失，可節(jié)能30%以上。
(3)表面散熱損失
窯體表面散熱損失較大。燒成帶部分外表面平均溫度為130℃，特別是孔洞附近表面及內(nèi)部襯磚損壞部位溫度高達(dá)200℃以上，大大超過了國標(biāo)GB/T24565-2009《隧道窯節(jié)能監(jiān)測》中小于等于70℃的規(guī)定。建議在隧道窯外表面上鋪設(shè)50mm保溫石棉氈，將窯外表面溫度降低到80℃左右，可以節(jié)能8%以上。增強(qiáng)爐體的保溫和對熱風(fēng)管道采取相應(yīng)的保溫是提高熱效率的有效措施。
(4)窯車及襯磚帶走熱量
窯車及襯磚帶走熱是指窯車和襯磚蓄熱量，占總熱支出的6.04%。建議在滿足窯車承載強(qiáng)度的前提下，減少襯磚的數(shù)量。
(5)車下風(fēng)熱損失
車下風(fēng)是為了冷卻臺車，延長其使用壽命，向臺車下部通入的冷卻風(fēng)，一般車下風(fēng)溫度為150°C左右。這部分熱損失只占總熱支出的1.53%，且該損失為工藝要求，所以在節(jié)能工作中可以不予考慮。
三結(jié)論
從測試結(jié)果看，高鋁磚隧道窯熱效率為17%左右，與國內(nèi)同期窯相比熱能利用狀況較好。但與近年來先進(jìn)的隧道窯相比，仍有一定的差距。影響隧道窯熱效率的主要因素為燃燒不充分、散熱損失大和煙氣余熱損失。其中通過燒嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以改善燃燒不充分的影響;更換高效高溫?zé)煔庥酂峄厥昭b置和更換燃料種類(如天然氣)可以減少排煙熱損失;增強(qiáng)爐體和熱風(fēng)管道保溫能夠降低表面散熱損失;減少襯磚的數(shù)量可以減少襯磚蓄熱量。采取上述節(jié)能措施，可以提高隧道窯熱效率50%以上。車下風(fēng)熱損失是工藝要求，可以不予考慮。
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