新型燃料,使用后可以通过回收再次发挥余热,从而很好地实现资源节约。
随着国家环保政策的逐步落实,国内耐火材料行业原有烧煤窑炉即将结束它的历史使命,取而代之的将是以洁净的天然气、液化气、轻柴油、城市煤气、发生炉煤气等为主要能源的新型窑炉。然而,我国是产煤大国,耐火材料又是高耗能大户,因此,一些生产中低档耐火材料的、产量较大的耐火材料企业,还是以发生炉热煤气为燃料才能保证燃料的供应和生产成本的控制。由此,耐火材料行业又发展了热煤气隧道窑、热煤气间歇倒焰窑组、热煤气间歇梭式窑组等。
因窑体结构和热工工艺各异,间歇窑比连续生产的隧道窑产生的烟气离窑温度高出5倍之多。一般来说,燃气温度愈高,热损失的比例越大。如燃气温度为1093℃时,热损失达55%;当燃气温度为1427℃时,热损失竟达70%。对于烧制耐火材料的热煤气间歇倒焰窑来说,据相关实验资料表明:烟气离窑所带走的显热约占窑炉全部热量支出的35%~40%,在没有任何热量回收措施的情况下,热平衡计算结果,热效率仅在10%~15%,这是一项很大的热量损失。因此,烟气热量的利用是一项十分重要的能量回收工作。
在烟道设置热交换器,是余热回收的重要手段。经过换热而获得的热风可以直接送至燃烧器做助燃空气,也可以将热风经稀释输送到制品胚体干燥窑做干燥介质或者它用,使窑的热效率达到30%或更高。
当烧成系统采用换热器预热空气,并用此热空气做燃烧的助燃风不仅可以提高窑的热效率、降低燃料消耗,达到节能效果。而且在组织高温燃烧时可提高火焰的温度,增加供热效率,缩短加热时间(烧成周期)。而且因热风体积膨胀,致使燃烧器喷出口流速增大,加速了窑内气体循环,有助于窑内温度均匀。有关资料表明:当预热空气温度达到220~250℃时,可降低燃料消耗6%~8%。同时不同的助燃风温度,对火焰温度的影响非常大。即使在煤气不预热的情况下,煤气的燃烧温度随着助燃空气的预热温度升高而显著提高。这不仅可以解决烧成温度偏低的问题,还为企业节能降耗起着重要作用。
在间歇窑生产中,由于燃料是随加热阶段而改变的,燃料产生的烟气量也是变化的,在需要大火阶段,由于单位时间燃料量的增加,产生的烟气和温度也必然增加,采用预热空气助燃正好适应燃烧的要求。在生产中较为普遍采用的是金属管状换热器,由于高温氧化和机械性能的限制,最高使用温度一般限制在500℃以下,因其寿命低(0.5年左右)。将金属管进行渗铝处理,其使用寿命也仅是一年左右。而用不锈耐热钢或者耐热铸铁,最高使用温度一般也限制在900℃以下。但因其价格昂贵,使用单位难以承受。由北京中伦基业科技发展有限公司开发设计的烟道卧式陶瓷换热器,因是黏土质,耐腐蚀性好,即使烟气温度高达1300℃也能安全可靠地工作,见图1。因燃料是发生炉煤气,烟道格子砖不会堵塞。使用寿命可在10年以上。设计上为确保换热效率,传热面积尽可能大一点(如一组4×200m3的方型倒焰窑换热面积230m2左右),体积虽然庞大,但现场条件允许,一次性投资省,烟道系统阻力一般在147~196Pa左右,可据此选择烟囱的高度(一般在50m左右)。