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欧洲陶瓷窑炉节能技术综述
中国合同能源管理网 - 2013-4-23 11:18:04

        对于陶瓷工业的发展来讲,窑炉节能技术始终发挥着重要的推动作用。欧洲陶瓷工业在20世纪的发展状况,主要表现在陶瓷烧成节能技术的不断提高。能源作为地球上不可再生的资源,由于消耗数量的不断攀升,价格成倍上扬,成为陶瓷发展的主要障碍。20世纪70年代世界上曾发生石油危机,使各国工业包括陶瓷发展速度减缓或陷于停顿状态。欧洲陶瓷界正是基于能源问题,大刀阔斧地在节能技术上进行不断革新,促进了陶瓷窑炉节能技术大幅度提高,使欧洲陶瓷业不断优化与提升。


       一、欧洲陶瓷生产用窑炉概况:

       欧洲陶瓷生产基地主要分布在英国、德国、意大利、西班牙、法国等国。象英国的骨质瓷,德国的硬质瓷,意大利的瓷砖、卫生瓷与釉陶,西班牙的建筑卫生陶瓷及法国的彩瓷等都是享誉世界的著名陶瓷品种。这些国家虽然生产不同的产品种类,但在开发研制先进窑炉设备,特别注重提升陶瓷窑炉节能技术方面是很一致的,代表了世界的先进水平。

       欧洲各国日用瓷一般均采用高温素烧、低温釉烧,二次烧成工艺,最后再进行釉上烤花。窑炉的类型大致分为两种:一是连续式窑炉,如隧道窑或辊道窑炉另一种是间歇式窑炉如梭式窑,少量产品亦采用高温窑炉。建筑陶瓷采用辊道窑炉,卫生陶瓷则采用辊道窑或梭式窑炉烧成,均以天然气为燃料,早已废弃煤或油烧成,窑炉气氛以氧化焰烧成。由于窑炉设计考虑到欧洲的气候与地理条件,窑内压力制度稳定,温差极小,许多类型的窑炉已实现温差为零的技术水平。窑头部空气过剩系数低于1.5,排烟温度为100℃以下。烧成带采取全封闭喷嘴,窑体热幅射损失小,高温区窑外墙最高温度仅为60℃。在冷却带全部采用气体冷却装置,进行余热回收。为保护环境,在烟囱处均安装有电子消烟除尘等设施,严格限制烟尘向空中的排放。

        目前欧洲陶瓷窑炉由于采用陶瓷纤维与轻质高铝耐火材料,轻体窑炉已大范围普及。连窑车也普遍采用轻型结构,以此减少窑炉体的蓄热与热损失。窑炉内装配式窑具规格整齐、质量好,使用寿命长,当然更具有明显的节能效果。

       欧洲陶瓷制品的素烧与釉烧也都采用天然气明焰烧成制度,烧成周期已缩短为5-10小时,尤其是连续式的隧道窑与辊道窑炉,不但已实现机械化与全自动化,而且能保证产品质量稳定与耗热降低。新型陶瓷纤维组装的轻体窑大显身手。在烧成周期方面,对快烧窑炉进行了充分的研究,如意大利快速烧成辊道窑炉与德国同类窑炉的烧成时间已缩短到2小时以下。实践证明,欧洲国家陶瓷企业认为快烧窑炉很适宜于瓷砖烧成但日用瓷为保证质量,则不宜于采用快烧技术,主要是由于温差问题不易解决,且快烧窑的使用寿命亦较短等原因。

        二、窑炉与节能的问题:

       欧洲各国陶瓷企业在进行窑炉技术革命的过程中,围绕着提高烧成质量与降低能源消耗的问题,认为窑炉节能的关键性原则有两条:一是窑炉的创新要围绕现代化的设计二是要注意充分选用现代化的炉材。他们普遍认为:窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备,也是耗能最大的设备,但是窑炉设备能耗的水平,主要取决于窑炉的结构与烧成技术。其中窑炉的结构是根本,如果没有一个很好的设计,要想提高烧制技术在某种程度上是非常困难的,甚至于无能为力相反,有了好的窑炉结构,也需要有更先进的烧成技术来作保证,这是相互依存,缺一不可的只有使以上两者合理的配合才能保证新型窑炉烧成质量的提高,又减少能源消耗。从欧洲窑炉形制的发展上也可以看到这一轨迹。欧洲各国陶瓷业经历了双层窑壳的直焰窑、烧煤间歇式倒焰窑和轮窑、烧油马弗式隧道窑、烧气传统式隧道窑与装配式电脑控制隧道窑及辊道窑、梭式窑等发展阶段,其中尤其是辊道窑炉与梭式窑炉均由欧洲国 家最先开发研制成功的,渐而风靡世界。欧洲窑炉的技术革新围绕着以下几个关键性问题:

       1.具有温差小的窑炉结构

       2.具有热损失小的窑墙

       3.合理选用喷嘴

       4.设置有余热回收装置

       5.大范围采用自动控制技术。

        窑炉的温差分上下温差与水平温差两种,当窑炉的截面的宽度大于高度时,其温差主要表现为水平温差反之则主要表现为垂直性上下温差。欧洲陶瓷窑炉的技术创新主要围绕改进窑炉结构,逐步缩小窑内的温差,使烧成制品缺陷降低,加快烧成周期节约耗能。

       窑体热损失主要分类为蓄热损失与散热损失。对于间歇式窑炉来说两者均存在,连续式窑炉仅存在散热损失。减少热损失的主要措施是加强窑体的保温效果。并且在保证窑墙外表温度尽可能低的情况下,选用最合理最经济的材料取得最薄的窑墙结构。目前,除少量隧道窑外,欧洲采用的窑炉墙体材料均已实现全纤维化或纤维加轻量砖化。在陶瓷纤维制品中有棉、毯、毡、叠块、绳、钉栓等,完全满足了现代化高效节能窑炉材料的需求。由于陶瓷纤维高效的隔热、保温效果,使烧成能耗大幅度降低。

        喷嘴是将能源转化为热能的工具。欧洲国家使用的喷嘴最先是由英国科学家文丘里发明,故称文丘里喷嘴。其工作原理系由喷头喷出天然气或煤气燃烧,由自动进风助燃。现在这种喷嘴在欧洲及日本陶瓷企业已逐渐淘汰,而普遍采用全封闭喷嘴,即喷嘴内助燃空气不需风环从大气中吸入,而是由机械供给,这样当窑内烧成为正压时,火苗不会从窑内外冒,不仅减少火焰的热幅射损失,且避免了喷嘴部件受高温侵蚀而受损伤。

        过去高喷嘴使用时的温度控制容易出现偏差。如在窑内温度达到180℃时,以最大容量的25%容量运转着的喷嘴,由于高温火焰流因浮力而上升,使热电偶受到过度加热,故造成热电偶仪表上显示的温度与窑内烧成品实际温度发生很大的偏差。新改进的喷嘴燃气焰流保持均匀向前喷射燃烧状态,故能防止火焰流因上浮造成的温度偏差。欧洲用于烧制西式瓦的隧道窑炉,由于采用新型喷嘴,使窑内温度均匀,烧成周期也缩短2-2.5小时。并且解决了因窑内温度不均匀出现的瓦制品中黑芯等缺陷,燃料费用也减少了一半。现在欧洲陶瓷烧成已实现节能、省力、高效、快速烧成。尤其是采用新型燃烧系统的辊道窑取得令人惊讶的节能效果。

编辑:斯丽

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