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窯爐新技術(shù)與新工藝

發(fā)布:2008-9-18 10:40:31  來(lái)源: 科技在線 [字體: ]

  陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),能源短缺又給陶瓷行業(yè)的發(fā)展提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。節(jié)能降耗和減少陶瓷窯爐污染是陶瓷生產(chǎn)的大勢(shì)所趨,也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。在今年“第三屆國(guó)際陶瓷工業(yè)發(fā)展論壇”上,華南理工大學(xué)博士導(dǎo)師曾令可教授為中國(guó)陶瓷窯爐的新技術(shù)與新工藝發(fā)展指明了方向。本文是其發(fā)言的綱要,希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所啟迪。

  一 窯爐結(jié)

    1.間歇式窯爐

    能耗大,產(chǎn)量較低,排煙溫度在600℃~860℃ !   ∮绊懰笫礁G內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性的關(guān)鍵因素:

   、俨捎眯滦蜔,如:等溫?zé),脈沖燒嘴,高速燒嘴。

   、谡{(diào)整燒嘴的布設(shè),

   、鄹纳拼a坯的放置,

   、芎侠聿荚O(shè)煙道,

   、輰(duì)于梭式窯,余熱利用,

    ⑥選擇適當(dāng)?shù)臏囟葯z測(cè)點(diǎn)和控制方法。

    2.連續(xù)式窯爐

   、偎淼栏G

  溫差大,特別是預(yù)熱帶; 窯墻、窯車蓄熱量大,能耗高2400-12000×4.18kJ/kg產(chǎn)品;采用一些新技術(shù)能耗可降至1100-5200×4.18kJ/kg。采用新技術(shù):無(wú)匣裸燒,輕質(zhì)保溫,輕質(zhì)窯車。存在關(guān)鍵問(wèn)題:還原燒成氣氛的檢測(cè)與控制    ②輥道窯

 

    能耗較低:最低可達(dá)200-300×4.18kJ/kg產(chǎn)品;

    產(chǎn)量大:窯長(zhǎng)220m以上,墻地磚產(chǎn)量10000m2/d以上;

    合理控制霧化風(fēng)壓和助燃風(fēng)量

    合理調(diào)節(jié)排煙風(fēng)機(jī),抽熱風(fēng)機(jī)的抽出量

    合理設(shè)置擋火墻,擋火板

    延長(zhǎng)燒嘴或延長(zhǎng)火焰的長(zhǎng)度″引火歸心″

    在結(jié)構(gòu)上,將全窯平頂或全窯筑拱的結(jié)構(gòu)改造為燒成帶筑拱的結(jié)構(gòu),可有效的減少斷面溫差。

  二 保溫技術(shù)

    重質(zhì)耐火磚;    質(zhì)量、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)大蓄熱、導(dǎo)熱量大,窯墻外表面溫度高達(dá)300℃~400℃ 。

    輕質(zhì)保溫磚;

    莫來(lái)石輕質(zhì)磚;   高鋁輕質(zhì)磚;    輕質(zhì)陶瓷纖維;

    質(zhì)量輕,導(dǎo)熱系數(shù)小,重量只有輕質(zhì)材料的1 /6,容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25,蓄熱量?jī)H為磚砌式爐襯的1/30~1/10窯外壁溫度降到30℃~60℃ 。采用輕質(zhì)陶瓷纖維,降低產(chǎn)品與窯具的質(zhì)量比。

    纖維節(jié)能,總能耗的20.6%下降到9.02%,節(jié)能達(dá)到16.67%。

    纖維粉化,

    粉化研究,

    抗粉化,

    窯墻結(jié)構(gòu)越合理,節(jié)能效果越好。

  三 燒成技術(shù)     采用新型燒嘴:等溫?zé)欤}沖燒嘴,高速燒嘴。    調(diào)整燒嘴的布設(shè)! ∷ 涂層技術(shù)

    涂層技術(shù)范圍很廣,其中紅外輻射涂層和多功能涂層在窯爐中的應(yīng)用值得關(guān)注。

    紅外涂層加熱工藝簡(jiǎn)單、成本較低、紅外發(fā)射率高具有顯著的節(jié)能效果。

    保護(hù)窯墻不受到粉化: 窯內(nèi)落臟,纖維粉化

    增加紅外輻射傳熱和熱能利用率:在高溫階段,將其涂在窯壁耐火材料上,材料的輻射率由0.7升為0.96,每平方米每小時(shí)可節(jié)能33087×4.18kJ,而在低溫階段涂上HRC后,窯壁輻射率從0.7升為0.97,每平方米每小時(shí)可節(jié)能4547kcal。

    避免二次落臟。

  五 有害氣體生成機(jī)理

    陶瓷窯爐煙氣中有害成份:NOx、SOx、CO、CO2、ROx粉塵   NO生成機(jī)理:

   、贌崃π停危希 空氣中的氮?dú)獗谎趸,主要受到煙氣溫度和氧濃度的影響,煙氣溫度達(dá)15000℃以上時(shí),NOx呈指數(shù)增加。   、谌剂闲停危希喝剂现械模伪谎趸,與燃料中含N量有關(guān)。   、劭焖傩停危希汉枯^少,一般在5%以下,主要在富燃料的火焰斷面!   。樱希纳

   、倥黧w原料中硫酸鹽的分解,如:黃鐵礦,硫酸鹽的氧化。

 

    ②燃料中硫的氧化,如:有機(jī)硫,黃鐵礦,硫酸鹽等的氧化。

  六 抑制技術(shù)    還原法:選擇性催化還原SCR,加入還原劑如NH3在催化劑作用下還原NOx ,還原率90%以上;選擇性非催化還原SNCR,加入還原劑如NH3在高溫作用下還原NOx,還原率30%-70%。易造成二次污染、催化劑失活、腐蝕設(shè)備!   〉入x子技術(shù):等離子體過(guò)程煙氣NOx治理技術(shù)的核心是通過(guò)一定的方式在煙氣中產(chǎn)生等離子體,NOx等污染性氣體在等離子體區(qū)被分解或氧化。設(shè)備造價(jià)貴,還處于實(shí)驗(yàn)階段。

 

    微生物法:適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下,利用NOx做為氮源,將NOx氧化成最基本的無(wú)害的N2,而脫氮菌本身獲得生長(zhǎng)繁殖,脫除效率達(dá)到99%。厭氧環(huán)境難保證。

 

    電化學(xué)法:利用電子作為中間產(chǎn)物氧化或還原NOx,脫除率90%以上。處理工藝溫度較低,電解液不易運(yùn)輸。

 

    氯酸氧化法:利用氯酸的強(qiáng)氧化特性處理,脫除NOx和SOx率95%以上。

 

    微波技術(shù):

 

   、 高溫?zé)峤馓浚ɑ蚧钚蕴浚┘仁且环N性能優(yōu)良的射頻能吸收劑,又是一種性能良好的還原劑。當(dāng)將活性炭置于射頻能量場(chǎng)中時(shí),氣相中的SO2、NOx與射頻能量場(chǎng)中的焦炭接觸時(shí),炭能迅速地奪取這些氧化物中的氧,其奪取氧的速度要比沒(méi)有射頻能量場(chǎng)存在時(shí)快得多。

 

   、 工藝簡(jiǎn)單、處理效率高、無(wú)二次污染 、投資小,裝置簡(jiǎn)單、能耗低 。

 

    多功能涂層脫除NOx:

 

    ① 在紫外光和太陽(yáng)光對(duì)多功能復(fù)合涂膜的照射下,NOx光催化降解率可達(dá)55%左右。

 

   、谠趧傞_(kāi)始反應(yīng)時(shí),NOx的降解率很快就達(dá)到了50%以上,6h后變化不大,達(dá)到了飽和值80%左右。

 

   、郛(dāng)NOx流速為0.1L/min,反應(yīng)物接觸時(shí)間為76.3s時(shí)的NOx降解率最高,達(dá)到40.2%以上。

 

   、軐⑼坑泄獯呋苛系牟AО宸胖糜谑彝猓扛簦保疤煊盟疀_洗1次,每個(gè)月測(cè)試1次對(duì)NOx降解效果,結(jié)果表明,在室外放置6個(gè)月后,該涂料對(duì)NOx的氧化降解作用降低很少,大約只降低2%3%,涂層外觀無(wú)變化!  七 微波輔助燒成技術(shù)

    微波燒成與常規(guī)燒成的區(qū)別。

 

    微波輔助氣體燒成技術(shù)( MAGF )是一種較實(shí)用、合理的環(huán)保型潔凈燒成技術(shù)。

    采用微波燒成技術(shù)完全可以避免產(chǎn)生CO、CO2、SO2及NOx等廢氣熱效率可以提高40%~50%    在國(guó)內(nèi),微波燒成技術(shù)在高性能陶瓷及電瓷燒成中有所嘗試,但在日用陶瓷、建筑陶瓷上仍是空白!   ≡趪(guó)外,這類MAGF技術(shù)已成功地在各種耐火材料、日用陶瓷及衛(wèi)生陶瓷燒成中得到應(yīng)用并已從實(shí)驗(yàn)室階段走向了小規(guī)模生產(chǎn) 。    據(jù)國(guó)外資料報(bào)道采用 MAGF 技術(shù)燒成可增產(chǎn)4倍,節(jié)能 70%以上,能源成本下降 40%,有害物質(zhì)的揮發(fā)量大量減少,產(chǎn)品的機(jī)械性能亦有所改善。

  八 檢測(cè)控制技術(shù)

    模糊控制:  優(yōu)點(diǎn):對(duì)于陶瓷窯爐這種非線性、難于建立模型的控制對(duì)象不失為一種良好的控制方法。  缺點(diǎn):控制精度不高、自適應(yīng)能力有限、存在穩(wěn)態(tài)誤差、可能引起振蕩,缺乏有效的學(xué)習(xí)機(jī)制!   吸c(diǎn)模糊控制:控制對(duì)象通常是爐溫,由于陶瓷燒成過(guò)程中受窯爐控制特性的影響,造成所設(shè)計(jì)的模糊控制規(guī)則不合適或不完整而影響其控制效果!   《嘧兞磕:刂疲

   、籴槍(duì)具有多樣、隨機(jī)、連續(xù)、高度不確定等特性的控制對(duì)象,達(dá)到多層次、多目標(biāo)的綜合效果。

   、诩夹g(shù)核心:軟嵌入式無(wú)模型自學(xué)習(xí)多變量模糊控制器!   嗝媪鲌(chǎng)控制:    ①在預(yù)熱帶的特定位置窯室下部安裝若干高速燒嘴,加大上下氣流的攪動(dòng),減少斷面的上下溫差!   、谠跓蓭Ш屠鋮s帶的窯頂每間隔一定距離設(shè)置吊掛式耐火纖維″屏障″。   、墼跓蓭ЦG頂和被燒制品的上邊緣之間合理選擇上部燒嘴的最佳位置!   、茉诶鋮s帶,制品的上方和下方設(shè)置多個(gè)噴空向急冷帶鼓入冷風(fēng)或低溫?zé)犸L(fēng)!   、輰(duì)于寬斷面窯,應(yīng)適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)火焰長(zhǎng)度,避免斷面溫度的駝峰分布。

  九 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)    實(shí)體模型: 水利模型、火焰模型、空氣動(dòng)力模型

   。疲蹋眨牛危攒浖䲠(shù)值:

   、倌M材窯內(nèi)流體對(duì)流換熱過(guò)程,

   、谀M輥道窯燒嘴的布設(shè)角度對(duì)窯內(nèi)流場(chǎng)的影響,

    ③模擬梭式窯內(nèi)流場(chǎng),對(duì)流換熱規(guī)律以及對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)窯內(nèi)換熱不均勻度的影響,

   、苣M陶瓷燒成過(guò)程中影響NOx生成的各個(gè)因素。

  陶瓷窯爐的發(fā)展方向:

    在窯爐結(jié)構(gòu)上,向連續(xù)式窯爐長(zhǎng)度方向發(fā)展,在窯體、窯具的材料上,采用輕質(zhì)陶瓷纖維,   采用涂層材料,節(jié)能降耗,降低污染物的排放,    在燒成技術(shù)上,向溫度均勻性高、低污染方向發(fā)展,如微波燒成技術(shù),在檢測(cè)方法上,采用多變量控制技術(shù),    在研究方法上,將窯爐熱工理論和計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)    陶瓷窯爐的綠色化,這是新世紀(jì)窯爐工作者的重任。

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