王業(yè)勤　吳文武

(蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司　廣東 佛山　528211)

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淺談空氣過剩系數(shù)對(duì)窯爐操控及節(jié)能的影響

王業(yè)勤吳文武

(蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司廣東 佛山528211)

據(jù)中國科學(xué)院一項(xiàng)調(diào)查顯示，我國是全世界自然資源浪費(fèi)最嚴(yán)重的國家之一，在59個(gè)接受調(diào)查的國家中排名第56位。我國的能源使用效率僅為美國的26.9%，日本的11.5%[1]。因此，推進(jìn)節(jié)能減排迫在眉睫。對(duì)于“耗能大戶”之一的建筑陶瓷行業(yè)，其燒成輥道窯是其熱能耗用的主要設(shè)備，而建筑陶瓷工藝決定其產(chǎn)品燒成過程采取的是弱氧化氣氛，所以燃燒系統(tǒng)中的氧化劑——空氣(氧氣)要相對(duì)過剩，但該部分過剩的空氣又會(huì)在燃燒后帶走燃燒產(chǎn)生的顯熱，這勢(shì)必造成熱能的浪費(fèi)。通過將燃燒過程中的空氣過剩量(即“空氣過剩系數(shù)”[2])控制在合理的范圍內(nèi)，可在滿足產(chǎn)品燒成工藝要求的同時(shí)又能最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

空氣過剩系數(shù)節(jié)能窯爐

前言

過?？諝庀禂?shù)(又稱爐膛過?？諝庀禂?shù))，通常以燃料燃燒的實(shí)際燃燒空氣量與理論燃燒空氣量之比來衡量過剩空氣量的多少，它選擇合理與否，直接影響窯爐的熱損失，影響窯爐的熱效率。

窯爐燃料在燃燒過程中，需要充足的空氣以完成猛烈的氧化反應(yīng)，空氣系數(shù)對(duì)窯爐燃燒工況及熱效率有著重要的影響，空氣系數(shù)偏小，爐膛中空氣供應(yīng)不足，燃燒不良，將使窯爐的熱損失增大，會(huì)降低窯爐的熱效率；空氣系數(shù)過大，會(huì)使窯爐排出的煙氣量增多，將使窯爐排煙熱損失增大，也會(huì)降低窯爐的熱效率。因此空氣系數(shù)選擇合理否，取決于窯爐型式、燃燒種類、燃燒方式等因素，空氣系數(shù)選擇合理，會(huì)使能量損失減少，獲取較高的窯爐熱效率。

燃燒是燃料的物理與化學(xué)反應(yīng)，它產(chǎn)生大量的光和熱。但是燃燒需要一定的條件：燃料中的可燃成分和空氣中的氧氣需按一定比例呈分子狀態(tài)混合，參與反應(yīng)的燃料分子在與空氣中的氧分子碰撞時(shí)必須具有破壞舊分子和生成新分子所需的能量，具有完成反應(yīng)所需的時(shí)間，這是燃燒與燃燒過程的基本原理[3]。根據(jù)燃燒原理及燃燒的基本條件，通過改進(jìn)傳統(tǒng)燃?xì)馊紵鳎谷紵腥剂系目扇汲煞峙c空氣中氧氣的加速碰撞，延長空氣和燃料的混合時(shí)間，從而保障燃燒速度與混合氣體輸出速度的平衡，使其達(dá)到充分燃燒和提高火焰強(qiáng)度，最終實(shí)現(xiàn)減少過?？諝饬浚瑥亩_(dá)到節(jié)能的目的。

1　國內(nèi)燃燒器使用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)普遍使用的傳統(tǒng)燃?xì)馊紵魇呛蠡焓饺細(xì)馊紵?。其混合原理是邊進(jìn)風(fēng)、邊噴氣、邊混合、邊燃燒。由于空氣與可燃?xì)怏w的比容、容重差異較大，無法在短時(shí)間內(nèi)混合均勻，因此，其空氣過剩系數(shù)不得不加大，一般在1.6～1.8，甚至高達(dá)2以上，這勢(shì)必在燃燒時(shí)使煙氣中的氧含量提高，降低火焰溫度，廢煙氣量增大，由煙氣帶走的熱損失增大。通過燃燒器的改進(jìn)(如采用預(yù)混式二次燃燒器)，在確保燃料充分燃燒的前提下可實(shí)現(xiàn)充分降低空氣過剩系數(shù)，將其控制在1.05～1.15。

2　更換燃燒器前后的效果對(duì)比情況

實(shí)驗(yàn)組對(duì)我公司J窯的改造跟蹤情況如下：J窯生產(chǎn)300 mm×450 mm規(guī)格蝶韻石(瓷片類)產(chǎn)品,使用的燃料為發(fā)生爐煤氣，計(jì)劃對(duì)所有燃?xì)鈬姌?280支)全部更換為預(yù)混式二次燃燒器。通過燃燒器的改進(jìn)減少燃燒過程中鼓入的氧化劑——空氣(氧氣)來降低空氣過剩系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)量、質(zhì)量的前提下達(dá)到窯爐節(jié)能。

2.1窯爐改造前工況

首先對(duì)J窯改造前10 d進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，其結(jié)果見表1。

表1　改造前窯爐工況監(jiān)測(cè)(10 d的平均值)

對(duì)應(yīng)計(jì)算其空氣過剩系數(shù)約為1.75。對(duì)應(yīng)改造前10 d窯爐的生產(chǎn)情況見表2。

表2　對(duì)應(yīng)改造前10 d窯爐的生產(chǎn)情況

2.2窯爐改造后的工況

更換為目標(biāo)燃燒器后因燃?xì)馀c空氣的預(yù)混效果好，對(duì)窯爐助燃風(fēng)機(jī)的開度(電機(jī)頻率)適當(dāng)調(diào)小，經(jīng)配套調(diào)整后助燃風(fēng)機(jī)的最終頻率穩(wěn)定在30 Hz。對(duì)應(yīng)此時(shí)的空氣過剩系數(shù)約為1.10。

實(shí)測(cè)改造穩(wěn)定后10 d的窯爐平均工況，并與改造前進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比情況見表3。

由表3對(duì)比可知，在外界環(huán)境相差不大的前提下，隨著空氣過剩系數(shù)由1.75調(diào)低至1.10可以達(dá)到以下目的：

表3　窯爐工況改造前后的的對(duì)比

①抽濕風(fēng)和抽熱風(fēng)的氧含量明顯下降，抽濕風(fēng)和抽熱風(fēng)的溫度也有所降低，這說明燃燒后煙氣帶走的顯熱明顯減少，節(jié)約了能耗。②抽濕風(fēng)的一氧化碳含量有所增加但仍在合理范圍，說明更換了目標(biāo)燃燒器后目前的空氣過剩系數(shù)已接近其極限，再降低可能會(huì)改變?nèi)紵臍夥罩贫取?/p>

2.3改造前后的對(duì)比結(jié)果

表4　最后匯總對(duì)比改造前后的窯爐生產(chǎn)情況和耗氣情況

由表4對(duì)比可知：

1)改造前后的生產(chǎn)情況基本穩(wěn)定，即通過對(duì)燃燒系統(tǒng)的改造，在確保生產(chǎn)線產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定的前提下可適當(dāng)降低燃燒過程中的空氣過剩系數(shù)(按目前試用的燃燒器可將其控制在1.10左右)。

2)通過適當(dāng)調(diào)整空氣過剩系數(shù)(從1.75降低至1.10)，窯爐節(jié)能可達(dá)9.79%。

1武力超，陳曦，顧凌俊.我國“十一五”期間各省節(jié)能減排的成效及建議.環(huán)境經(jīng)濟(jì)，2010(10)：29～34

2李家駒.陶瓷工藝學(xué).北京：中國輕工業(yè)出版社，2003

3韓昭滄.燃料及燃燒.北京：冶金工業(yè)出版社，1994

蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司國家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心資助研究項(xiàng)目。

王業(yè)勤(1979-)，本科，燒成車間窯爐主管；主要從事陶瓷窯爐的研究與管理工作。

TQ174.6

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1002-2872(2016)09-0038-02