两次烧内墙砖生产窑炉余热利用现状的剖析

摘 要：本文是笔者对某工厂窑炉的结构及窑炉余热利用方面存在的问题进行了详细的梳理与分析，以及提出了相关的修改意见，供大家参考。希望对法库以至全国的陶瓷行业节能减排起到抛砖引玉的作用。

关键词：两次烧；内墙砖；窑炉；余热利用

1 前言

笔者在去年下半年有幸在沈阳法库工作较长时间，由于工作的方便使笔者深入了解了法库陶瓷产业园两次烧内墙砖在生产中窑炉的结构及窑炉余热的利用情况。本文是笔者对法库某工厂窑炉的结构及窑炉余热利用方面存在的问题进行了详细的梳理与分析，以及提出了相关的修改意见，供大家参考。希望对法库以至全国的陶瓷行业节能减排起到抛砖引玉的作用。

2 某陶瓷厂窑炉的使用现状

（1） 两次烧内墙砖的产量：日产20000m2；

（2） 产品规格：300mm×450mm、300mm×600mm；

（3） 素烧干燥器：长88.35m、内宽2.9m、干燥周期15min；

（4） 釉烧干燥器：长67.425m、内宽2.9m、干燥周期12min；

（5） 素烧窑炉：长195.75m、内宽2.9m、烧成周期33min；

（6） 釉烧窑炉：长214.35m、内宽2.9m、烧成周期36min；

（7） 窑炉模段长：素、釉烧窑炉均有烧嘴区为1.875m、无烧嘴区为2.325m；

（8） 烧成温度：素烧1100℃、釉烧1150℃；

（9） 辊棒Ф55、辊棒中心距75mm；

（10） 能耗情况：每天用煤72t；

（11） 余热利用情况：素、釉干燥器用的均是窑炉冷却带的余热，两条窑的排烟余热全部排空，釉烧窑冷却带余热除供釉烧干燥外，还有素烧干燥器。除余热外，两条干燥器都点有管式燃烧器，素烧干燥器使用15支，釉烧干燥器使用5支。窑炉冷却带的余热含有急冷风、间接冷却风、尾冷风三项，其由一个引风机送往干燥器。余热管的布置形式如图1所示；

（12） 素、釉烧窑的冷却带均占窑炉总长的40%；

（13） 未设助燃风加热系统；

（14） 烧嘴燃烧室出口直径为Ф60mm；

（15） 剩余的（未使用的）烧嘴很多。尤其是上烧嘴，素烧窑设置240支，实际使用144支；釉烧窑设置240支，实际使用72支；

（16） 釉烧窑炉排烟和干燥器排湿均为顶抽。

2 法库某陶瓷厂窑炉的使用现状分析

2.1 素、釉烧干燥周期长

该地区内墙砖的烧成工艺为低温素烧、高温釉烧。目前，该厂素烧干燥器长为88.35m，干燥周期为15min；釉烧干燥器长为67.425m，釉烧干燥周期为12min，与国内较为成熟的工艺相比，其干燥周期偏长。例如，山东地区其素烧干燥周期仅用10min，釉烧干燥周期仅用5min。在实际生产中，并不是干燥器越长越好，因为余热量有限，如果将有限的热量进入到较大的空间里，温度会很快降下来。干燥器越长，需要一定温度的风量越大，相应的排湿风机型号也大。如果量跟不上，温度便提不起来，干燥效果就差。因此，该厂的使用现状也说明了这一点，这就是为什么这么长的干燥器，还要使用大量管式燃烧器。需要消耗大量的燃料，才能保证干燥效果的原因之一。

2.2 釉烧窑的排烟余热未利用

为什么要使用釉烧窑的烟气，而不使用素烧窑的烟气？这是因为釉烧窑烟气水分低，烧成工艺采用高温釉烧，烟气温度比素烧窑高。也就是说，釉烧窑的排烟水分低、温度高，当然干燥效果就好，所以建议使用釉烧窑的烟气。排烟风机的位置离素烧干燥器很近，送过去管路短，热量不易散发，这部分余热不利用将可惜。如果这部分余热被充分利用，就会少使用一部分管式燃烧器，将节约很多的燃料。

2.3 供干燥器的余热不应加入尾冷风

尾冷风温度很低，大约为80℃，而缓冷区余热的温度可达250℃，如果将两股余热合起来，余热温度大约为180℃，经过近200m的距离输送，到干燥器后仅剩下150℃左右了。因此，此温度不够干燥器使用，只能采用燃烧器提高温度。如果去掉尾冷风，热风温度有250℃左右，送到干燥器后，至少还有220℃左右，此温度将较够用。

供干燥器的热风需具备两个重要条件，即应有充足的温度和足够的风量。在实际生产中，我们往往只考虑其一。当干燥器干燥效果不好时，我们一定要仔细分析，是因为量不够，还是因为温度不够造成的，需对症下药，才能有好效果。否则，会适得其反。例如，因为温度不够影响了干燥效果，有人认为是热风的量不够，就想办法加大余热风的量，尾冷风也掺进来，其结果是余热温度降下来，干燥效果更差。另外，如果余热风量很大，可能造成排湿风机排不出大风量，而使干燥器内热风的流动性差，从而影响干燥效果。目前的窑炉设计是干燥器的余热都不掺尾冷风，只有少部分的窑炉供应商还这样做。例如，以前SACMI公司的窑炉冷却带所有的余热利用一个风机抽出，近年也改为尾冷和缓冷风单独排出的形式。

2.4 烧嘴区全部是短窑段

该厂的素、釉烧窑的烧嘴区均为短窑段，目的是加密烧嘴，而烧嘴加密相当于每个烧嘴的热量变小。相对而言，烧嘴火焰的喷射距离变短，造成窑炉断面温差加大，尤其是宽体窑，后果更加明显。此时调试人员就有可能采取加大助燃风的方法，将火焰打到窑炉中心，而助燃风量加大，会引起能耗增高。

我们知道，在实际生产中，窑炉的预热带所使用的热量，比烧成带要多，从这个角度来讲，预热区烧嘴加密，比较合理。而烧成区烧嘴加密，较不合理，会导致断面温差大。目前的长窑，其氧化区负压大、温度难升，所以加密这个区域的烧嘴，可缓解温度难升的问题。但笔者建议，宁可用加大单个烧嘴热功率的方法，也不要加密烧嘴，因为氧化区窑内负压高，更容易造成断面温差。当然，设置短窑段，并不是该地区的普遍现象，但目前全国还有相当一部分人热衷于这样的设计。

2.5 冷却带的比例偏小

该厂的素、釉烧窑的冷却带均占窑炉总长的40%，如果是烧制抛光砖或普通一次烧釉面地砖，这个比例较合理，如果是烧制两次烧内墙砖就会偏小。因为两次烧内墙砖的烧成周期为30min左右，冷却带40%的冷却时间为12min左右，冷却效果很差。其实窑炉的分区是否合理，也会影响到窑炉的能耗。笔者从实践得出，两次烧内墙砖的窑炉，尤其是低温素烧工艺，冷却带完全可加长，其好处为：第一，可达到节能的目的。如果冷却带增长，相应的预热和烧成区就会变短，这样点燃的烧嘴可以变少，可达到节能的目的；第二，可提高排烟余热风的温度。因为预热和烧成区变短，排烟温度会增高，也就是说去干燥器的余热温度变高，对干燥器的升温有好处；第三，可以保证产品出窑的冷却效果。

2.6 没有助燃风加热措施

其实助燃风加热是窑炉最有效的节能措施，近两年已被大多数陶瓷厂所接受。两次烧内墙砖有两条窑的余热可用，干燥器热风的用量又没有抛光砖那么多，如果余热利用系统设计合理，完全有充足的余热风作为助燃风使用。有的陶瓷厂直接声明不要助燃风加热，在实际生产中，即使设置了助燃风加热系统，操作人员也不愿意使用。其主要原因是，当窑炉疏砖时，余热温度有变化，造成窑温不稳定，影响产品质量。其实，从另一个角度来考虑，我们应该想方设法保证生产线的运行通畅，尽量减少窑炉疏砖。从生产实践中可知，保持生产满负荷正常运转，是助燃风加热利用的必要条件。

2.7 烧嘴燃烧室出口直径偏大

烧嘴燃烧室出口直径如果偏大，会引起断面温差，也会引起能耗增高，尤其是宽体窑。因为出口偏大时，火焰喷射的距离相对较小，有可能达不到窑炉中间，此时调试人员不得不加大助燃风量使火焰达到窑炉中间，其结果造成能耗提高。

2.8 辊上烧嘴闲置太多

太多的多余烧嘴，不仅增加成本，而且对窑炉的使用也没有好处。因为一般多余的烧嘴分布在预热区，而这个区域负压比较大，不用的烧嘴处，就会在负压作用下往窑里漏冷风，造成预热区温度难升和预热区的断面温差加大的现象。

2.9 釉烧窑炉排烟和干燥器排湿均为顶抽

实践证明，釉烧窑炉排烟管路和干燥器排湿管路设计为顶抽，是导致釉面落脏的原因之一。因为，坯体带进的坯粉会积聚在排烟口附近，在烟气里的水汽和焦油作用下粘结成块，在一定条件下会掉落在坯体上，形成烧成缺陷。

3 陶瓷厂窑炉的余热利用措施

3.1 合理布置余热风管

实践可知，如果合理布置余热风管路，两次烧内墙砖窑炉的余热足够干燥器使用，并且还可以有剩余，剩余的可以用来加热助燃风，不需要浪费燃料，完全可以去掉管式燃烧器，估计可节约煤气10%左右。有人说，使用管式燃烧器是因为北方天气冷的原因，其实，不仅在北方，就是在南方的福建、广东等地区也有很多厂的干燥器在使用管式燃烧器。其实，笔者在与陶瓷厂谈配置时，无论在北方还是南方，都发现有客户要求干燥器设置管式燃烧器的例子，所有这些厂在笔者的说服下，都取消了这个想法，而这些干燥器在后来的实际生产中，也都很正常。因此，建议低温素烧工艺时，将余热管路布置成如图2的形式。

3.2 对窑炉结构进行优化设计

建议素釉烧两条窑炉的冷却带余热用一根大的管子引去干燥器，而不要用两根小的管子引去干燥器，因为一根管子相对散热面积小，阻力也小。例如，两种直径余热管效果的比较如图3所示。两根Ф700的风管的截面积相当于一根Ф1000风管的截面积，而两根Ф700的风管的散热面积是一根Ф1000风管的1.4倍，所以两根Ф700风管余热的温度降得更快，所用材料也是一根Ф1000风管的1.4倍，较不合算。所以，两条窑的冷却带余热管，用两条Ф700的风管，不如用一条Ф1000的风管，保温效果又好，成本又低。

3.3 干燥器的长度要与干燥工艺要求相匹配

从以上分析可以看出，如果干燥器太长，导致占地面积大、投资成本高、干燥效果差。因此，需要根据该厂干燥器现在的长度和实际需要的长度综合考虑，进行设计，其具体详情见表1。

3.4 高温区不要设计短窑段

高温区不要设计短窑段，尤其是宽体窑。如果烧成区烧嘴加密的窑炉已建好，结构已无法改变，可以采取每个控制组关闭一对烧嘴的方法，来抵消因加密烧嘴带来的不利因素。（下转第36页）

3.5 建议增加助燃风

实践证明，助燃风提高100℃，可节能4%。

3.6 选用合适的烧嘴燃烧室出口

设计人员应不断总结经验，根据不同的窑宽，设计不同的烧嘴燃烧室出口尺寸。

3.7 配置合适的烧嘴数量

设计人员应深入生产实践，了解不同的烧成工艺实际使用的烧嘴数量。

4 结语

从法库内墙砖生产中窑炉的结构和余热的利用情况来看，存在问题还较大，能耗的损失较多。如果加以改进，可有效降低13%的能耗。因此，建议窑炉设计工作者，应该深入了解不同烧成工艺窑炉的实际使用情况，设计出合理的窑炉结构和合理的余热利用方式，不断取长补短、总结经验，才能使窑炉能耗降至更低。