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陶瓷坯件烘干环节与陶瓷窑炉余热利用介绍

    陶瓷生产过程中的坯件、模具烘干环节,是整个陶瓷生产过程中的重要环节。然而这一环节给众多的陶瓷生产厂家造成了能耗大、污染重、环境差、经济效益低的后果。为了降低能耗、减少污染、改善环境、提高经济效益多少陶瓷厂家在苦苦地寻求一条陶瓷坯件烘干环节的新路。

  陶瓷窑炉余热利用新装置,科学地、系统地利用陶瓷窑炉余热,作为全部热源进行坯件、模具烘干的新技术装置。大大降低了能耗、减少了污染、改善了生产厂家内外的工作、生活环境,提高了经济效益。

  现就陶瓷坯件烘干环节和陶瓷窑炉余热利用新装置分述如下:

  一、陶瓷坯件烘干环节的内容

  陶瓷产品是经过由湿泥做成坯件(也叫湿法成型),湿坯件通过烘干、修洗、上釉后进入窑炉烧成的。从湿坯件到烘干进入窑炉前的过程有很多的工序,因此,我们把这一过程称之为坯件烘干环节。这一环节的核心就是如何将坯件、模具烘干。因此,它包括烘干热源的选择工序(自身热源有:窑炉余热热源利用工序。外增热源有:热风炉、锅炉、等热源输送工序和气烧红外线炉、电热炉、藕煤炉等供热工序)、链干机脱模干燥工序、烘房脱模干燥工序、坯件洗水、施釉后再烘干工序和生产车间整套热风输送管道布局工序等。简单地说也就是取热、输热、用热工序。从历史沿袭以来,由于各地各厂对取热、输热、用热的观念和方法不同,在整个坯件烘干环节的过程中所产生的结果就有很大的差别和不同。

  二、人们对陶瓷坯件烘干环节的认识与做法

  在整个陶瓷生产过程中,瓷泥的制作与瓷泥的配方工艺,是厂家非常重要的技术环节,关系到产品质量的好与坏,产量的高与低。同时,瓷器的烧成也是厂家非常重要的技术环节,也关系到产品质量的好与坏,产量的高与低。因此,从全国范围来看,陶瓷生产厂家没有一家不是将所有的技术力量与重点都放到了这两个环节上。而处于这两个环节之间的陶瓷坯件烘干环节却被人们在认识上忽略了,认为坯件的烘干不需要什么技术,因此在这方面的研究人才也很缺乏。

  人们对陶瓷坯件烘干环节中的技术是怎样认识的呢?根据我们对湖南、江西、河南、河北、四川、重庆、广东、广西、江苏、山东等陶瓷产地的调查,主要有以下几个方面的认识问题:

  取热的问题:人们取热采取在冷却带分段取热的办法,不分产品的大小与形状,机械地分段取热。结果是取热不充分,窑尾出瓷温度达100度左右,需要通过一段时间机械冷却后才能进行质检工序。同时造成这样的结果是人们不知道热风的抽取量与急冷风的打入量的平衡关系。热风抽取过大,就会引起窑炉烧成带的高温区向冷却带产生位移,影响瓷器的烧成或增加能源的消耗。同时还会引起炸瓷,严重影响生产产量与质量。众多的陶瓷生产企业由于害怕影响产品的烧成和炸瓷,不敢过多的抽取热风,因此造成余热热量获取的不足。

  输送热的问题:首先人们没有处理好进风管与供热点出风管的关系问题,大多都是进风管直径大小,供热点出风管横切面积的总和远远大于进风管的横切面积,没有形成一定的风速,造成只有热量而没有热风流动的高温烘烤现象。其次是在输热管道架设的过程中,常常出现90度或小于90度的对接角(也叫死角),这样使热风经过死角时,好像流水流进了消力池或回水湾一样,减慢了热风的流速,损失了热量。因此,在热的输送过程中损失了大量的热,不能达到完全烘干湿坯件的作用。

  用热的问题:由于取热和输送热达不到要求,所需湿坯件靠窑炉余热全部烘干就很难做到,也谈不上合理调配用热的问题,只能增加补助热源,用高温去烤干湿坯件和模具。

  由于靠窑炉自身余热无法烘干其窑炉设计烧成产品总量的坯件烘干问题,只好沿袭历史的做法了。沿袭的第一个方面是,只要加热就能使坯体得到烘干。因此增加辅助热源对坯体盲目加热,认为热的温度越高对湿坯件的干燥速度就会越快。例如:江苏无锡某陶瓷有限公司,该公司是一家专业生产陶瓷酒瓶的厂家,有一条72米3板天然气辊道窑和一条63米3板辊道窑,日烧成产量2.5万件左右,除了本身窑炉余热供热以外,还投入了1台燃气热风炉加热,其结果还是不能使坯体及时烘干,影响生产,同时坯体还出现开裂变形的现象,产品合格率不理想。江西樟树某陶瓷制品有限公司,该公司也是专业生产陶瓷酒瓶的企业,拥有3条燃气窑炉分别是,60米3板辊道窑1条、50米2板辊道窑1条、65米小截面隧道窑1条。按窑炉设计烧成产品总量可以日生产4.6万件。但该公司毎日只生产2.8万件(也就是说,三条窑只生产两条窑的设计生产产量),其主要的理由是,可以利用三条窑的余热来烘干其坯体,但烘干效果很不好,到阴冷潮湿的天气还要增加热风炉供热。象这样的情况全国各地日用陶瓷厂都带有普遍性。又如湖南某瓷业集团有限公司,由于过于加热,引起了火灾。他们其中有二个分厂曾经加热过大将其烘房都烧掉了。

  沿袭的第二个方面是,不加热让其坯体在自然环境中慢慢干燥(或叫脱水)。湖南省常德市某瓷业有限公司,该公司是一家生产卫生洁具的厂家,有1条日烧成卫生洁具400件产量的液化气隧道窑,窑炉余热只能用于装坯烘房。模具、坯件烘干根本没用热源,主要靠自然室温加上电动吊风扇、排风机搅拌,经过长时间的自然烘干来完成。其结果是浪费了很大的厂房面积和电力资源,坯体和模具的干燥受环境和天气的影响。由于长时间坯体不能干燥,有的出现坯体变型的现象,影响产量和质量,生产周期长。象这种现象在全国也比较普遍,特别是生产卫生洁具的厂家。

  由于沿袭历史做法的原因,没有将利用窑炉余热与坯件烘干很好地结合起来,给人们带来很多的困惑,这样好的能源就在无形中被白白浪费。

    三、陶瓷坯件烘干环节存在的浪费与污染

  由于沿袭历史的做法,没有将陶瓷窑炉余热的利用与坯件烘干很好地结合起来,所造成的结果是严重的。企业为了烘干湿坯件,一般采取的方法有三个。方法一是:一条窑炉所烧成的陶瓷产品,其湿坯件的烘干要增设一台热风炉或多台热风炉加热,以消耗大量的能源为代价,用高温去烤干湿坯。高温烤的结果并不好,会经常发生坯件变型、开裂等现象,影响产品合格率和产品质量,还有发生火灾的危险情况。例如:株洲某陶瓷制造有限公司,采取高温烘(烤)干湿坯件的办法。一条80米4板辊道窑增加了两台燃气热风炉,这两台热风炉每天共燃天然气1120米3左右,年耗天然气392000米3。由于增加2台热风炉供热,增加电机的装机容量46.5kw/h,年多耗电力387600度。从经济成本方面计算:一年多耗成本天然气112万元、电27万元、热风炉操作工资及热风炉维修费8万元,共计147万元。在造成生产成本增加的同时还使生产车间环境温度升高影响企业的正常生产,危及工人的身体健康。

  方法二是:每条窑炉因坯件(干燥)原因不能按其设计烧成产品总量去生产,而是有多少坯件就烧成多少。这样一来等于用大的窑炉生产少的产品,为了达到完成产量的目的,只能增加窑炉的数量,利用收取的余热进行坯件的烘干。表面上看,坯件是利用窑炉余热烘干的,但实际其窑炉所耗的能源不会少于热风炉所耗的能源。同时在无意中又增加了大量的劳动力。例如,山东淄博市某陶瓷有限公司,采用余热烘干湿坯件的办法。该公司拥有2条日烧成5万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线和1条日烧成6万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线。而生产需求量只要日产10万件杯类产品就够了。由于湿坯件(干燥)问题,他们多使用了一条日烧成6万件左右杯类产品的天然气隧道窑及配套生产线。因此每天多耗天然气2400米3,每年多耗天然气840000米3。增加电机的装机容量70kw/h,年多耗电力588000度。每天多增加33个劳动工作日,年增加11550个劳动工作日。从经济成本方面计算:一年多耗成本天然气238万元、电47万元、劳动工资67万元,共计352万元。根据该厂的方法,日烧成10万件产量所需坯件仍无法正常烘干,从链干机下来的坯体还需利用坯架,占据大量生产场地,通过4—5天时间的自然干燥后才能进入窑炉。在现有设备、设施及窑炉余热利用情况下,冷天无法正常脱模干坯,而热天生产环境温度高,员工工作环境差,生产场地拥挤等现象是非常严重的。

  方法三是:增加厂房,增加坯架,延长坯件干燥周期,让一部分坯件自然干燥。其结果是:浪费了厂房面积,坯件自然干燥受天气和环境的影响,其干燥时间快慢不一致,严重影响生产效益,坯件吐出来的湿废气污染车间环境。例如,广东潮州市某陶瓷制作厂,该厂是一家生产卫生洁具的厂家,有一条日烧成卫生洁具600件产量的液化气隧道窑,窑炉余热(包括窑头窑尾余热)全部用于装坯烘房。注浆区域模具、坯件烘干根本没有热源供应,主要靠自然室温加上电动吊风扇搅拌,经过长时间的自然烘干来完成。因此配套注浆成型、烘坯件工作场地所占用面积为20000平方米(4000M2×5层)共5层楼,每层楼分佈注浆模具432套,共安装电动吊风扇170台。按其正常用热理念只需3层就够了,不需要使用吊风扇。从经济成本方面计算:浪费二层楼房8000M2,也就是说多用了二层生产厂房的面积。年多耗电10万元。

  由于沿袭历史做法的原因,没有将窑炉余热的利用与坯件烘干很好地结合起来,给许多企业带来巨大的生产成本与浪费,给环境带来很大的污染,严重影响企业经济效益。

  四、陶瓷窑炉余热利用装置的新理念

  陶瓷窑炉余热利用和陶瓷坯件烘干技术方面进行了重大的突破,研制出了一整套陶瓷窑炉余热利用新技术与新设备。新技术包括取热技术、输热技术、用热技术。结合其新技术的设备包括风机、输热管道、各种类型的链式干燥机及烘房等成套新设备,并在几十家陶瓷企业得到了推广应用。

  在陶瓷烧成过程中,人们将连续式烧成陶瓷窑炉分为三个区域带,进坯的那头区域叫预热带,中间高温烧瓷的区域叫烧成带,出瓷的那头区域叫冷却带,陶瓷窑炉余热出自预热带和冷却带。预热带的余热也叫做窑头烟气余热,其热不能直接使用,因为含有大量的腐蚀烟气。冷却带的余热也叫窑尾余热,其热清洁可靠,主要来自产品通过烧成带后所吐出来的热。

  然而,人们对余热能不能满足该窑炉设计烧成产品总量的湿坯件烘干所需热量的问题。陶瓷窑炉余热利用装置给出了肯定的回答,首先我们看一组数据就足以得到证明。

  株洲市能源利用监测站对醴陵某一家日用炻瓷厂一条四组板的辊道窑的能源利用监测数据得知:

  基本数据:一天烧成瓷20吨,耗天然气4000立方米,天然气发热量9170千卡。

  一天生产湿粗坯27吨,需要蒸发的水量为27×0.21=5.67吨。

  全月用工作模具90吨,日干燥模具为3吨, 需要蒸发的水量为3×0.3=0.9吨。

  根据理论计算,每蒸发1公斤水,需要600千卡热

  则每天用于粗坯干燥需要热量为5.67×1000×600=3402000千卡

  每天用于干燥模具需要热量为0.9×1000×600=540000千卡

  则每天干燥坯件和模具需要利用余热量合计为3942000千卡.

  根据窑炉日消耗天然气4000立方米,产生总热量为36680000千卡。

  产品烧成后,产品及窑具将热量带到冷却带,根据株洲市能源监测站对该窑的监测数据,每天产生的总余热量为燃烧产生的总热量31.7%,则有36680000×31.7%=11627560千卡,由于热效率影响、窑体散热、窑具带走热量,以及余热管道热损耗,干燥烘房热量流失等,只要有50%的余热能得到利用,则11627560×50%=5813780千卡,此热量大于每天需要利用余热量3942000千卡。因而利用余热烘干坯件和模具,是绰绰有余。这就对陶瓷余热利用装置利用陶瓷窑炉余热烘干其湿坯件和模具奠定了理论基础。

    有了充足的余热,在实际中如何将余热利用好,做到窑炉余热能及时烘干其窑炉设计烧成产品总量的湿坯件问题,这就是陶瓷窑炉余热利用新装置所解决的问题。

  湿坯件的烘干与温度和风速有着密切的关系,温度和风速是让湿坯件快速烘干的孪生兄弟。有温度没有风速湿坯件难以及时很好地烘干,没有温度只有风速湿坯件也难以及时很好地烘干。根据这一理念陶瓷窑炉余热利用新装置很好地解决了取热、输热、用热三大课题。

  取热:取热是将窑炉余热取出。真正的余热是从高温瓷和窑具中取出来的热,热从瓷内和窑具内取出来,要有一个过程和一定的风速才能及时将余热取出。

  陶瓷窑炉在烧成过程中,烧成带的热不能进入冷却带,只能通过急冷风进行拦阻,而急冷风的出现为取出高温瓷和窑具内的热开启了方便之门。因此,陶瓷窑炉余热利用装置要求:最大限度的从窑炉冷却带中的“缓冷区”后(距急冷风远一些的地方)按产品形状大小设立灵活的分散取热点(也叫“远程取热”)。在保证窑炉压力曲线稳定的前提下(也就是说抽出的热风与打入的急冷风保持一定的平衡),加大抽出真实的热(产品内吐出的热)的热风量。保证产品和窑具得到有效的降温,最后使产品和窑具通过冷却后的出窑温度只比环境温度高5-10℃。然而达到有效降低产品和窑具的热强度,而且克服产品因冷却不合理造成的烧成缺陷,确保窑具的使用次数增加50-80次。

  输热:输热就是将窑炉内取出来的余热输送到每一个供热点(链干机或烘房)。输热的过程,是将热从一个空间转移到另一个空间的过程。也就是说将有多的余热转换成有用的热的过程暨由热变为热风的过程。

  在热风的输送过程中,既要保持一定的风速又要将热量的损耗降到最低。因此,陶瓷窑炉余热利用新装置要求:增大流量,加快流速,实行合理布局热风输送管道及管道走向,合理设计制造管道规格,保持进风主管横断面积与供热点出风管横断面积总和的平衡,确保热风流动顺畅。在管道制作上由直径1米的进风管,经0.9、0.8、0.6米直径的管道,逐渐缩小到供热点的出风管的直径为0.4米(五条链干机10个出风管)。在管道与管道的联接上由裤裆叉、大小头、弯头、马蹄等接口相联接,不能有90度或小于90度的死角。如:在三板以上的辊道窑或隧道窑的余热输送中,使用流量为每小时64000立方米,功率为45千瓦的锅炉引风机,热风在直径1米的主管道中的流速达到每秒22.6米;由于在余热取出汇集管中的热风温度达240-270℃,而风机的正常使用温度为≤250℃,所以在风机前掺入冷(环境温度)空气,热风温度将降至到供热点时的55-70℃,既保证了风机的安全运行又增加了热风总量。最重要的是热风温度的降低减小了热风与环境介质的温度梯度,有效地降低了热损失。在干燥室(链干机和烘房)内设计了可控制的热风出口,热风以不同的角度并以高于原两倍以上的风速喷出,形成了相互搅拌,使干燥室(链干机和烘房)内温度更均匀,高速的热风将产品表面的水分及时带出,加快了干燥速率。干燥室(链干机和烘房)内的相对湿度达到一定饱和时,及时启动排湿系统,将饱和湿气排出。

  3、用热:用热就是如何将热用好,首先要考虑的是用热的对象所需热的规律,而陶瓷窑炉余热用热的对象是陶瓷湿坯件及模具。

  陶瓷坯件和模具内的水分排出有其规律,要将湿坯件、模具烘干,必须让湿坯件、模具内的水份排出。而这个排出的过程是一个相对缓慢的过程,如果温度过高用烤的方法,相反湿坯件、模具内部的水分一时出不来,同时还会造成坯件开裂,模具受损减少其使用寿命。因此,只能用适当的温度和适当的风速让湿坯体、模具内的水分相对缓慢吐出,然后将水份带走,这样才能得到良好的烘干效果。

  陶瓷窑炉余热利用新装置要求:将热风循环使用和差开时间段使用。如将链式干燥机后箱已烘坯件的带湿热风输送到链式干燥机前箱进行脱模。根据企业的生产工艺流程将余热利用时间差开分配合理利用,白天余热主要供给链式干燥机脱模干坯,晚上余热主要供给坯烘房干坯、干模。一般坯烘房逐间放满坯车,烘房供热后将门关好,操作人员必须在晚8点—11点之间定期检查烘房湿气情况,及时针对性进行排湿。至使当天的湿坯件第二天能全部及时进行下一工序后进窑烧成。

    五、陶瓷窑炉余热利用新装置对传统做法的改变

  第一,陶瓷窑炉余热利用新装置改变了过去众多陶瓷企业在冷却带机械的分段取热的作法。实行最大限度的从窑炉冷却带中的“缓冷区”后(距急冷风远一些的地方)按产品形状大小设立灵活的分散取热点。在保证让窑炉压力曲线稳定的前提下,加大抽出真实的热(产品、窑具内吐出的热)的热风量。产品和窑具得到了有效的降温,最后使产品和窑具通过冷却后的出窑温度只比环境温度高5-10℃,这样一来不尽有效降低了产品和窑具的热强度,而且克服了产品因冷却不合理造成的烧成缺陷,窑具的使用次数也增加了50-80次。

  第二,陶瓷窑炉余热利用新装置改变了众多陶瓷企业随意将其热量未经处理直接送入供热处的坯件和模具上,以烤干坯件、模具的做法。实行合理布局并设计制造热风输送管道及管道走向与规格,采取增大流量,加快流速来减少热风在输送过程中的热损失的办法。在三板以上的辊道窑或隧道窑余热利用中,就使用流量为64000M3/h,功率为45kW的锅炉引风机,热风在Φ1000毫米的主管道中的流速达到了22.6m/s;由于在余热取出汇集管中的热风温度达240-270℃,而风机的正常使用温度为≤250℃,所以在风机前掺入冷(环境温度)空气,热风温度将降至到供热点的55-70℃,既保证了风机的安全运行又增加了热风总量,最重要的是热风温度的降低减小了热风与环境介质的温度梯度,有效地降低了热损失。在干燥室(链干机和烘房)内设计了可控制的热风出口,热风以不同的角度并以高于原两倍以上的风速喷出,形成了相互搅拌,使干燥室(链干机和烘房)内温度更均匀,高速的热风将产品表面的水分及时带出,加快了干燥速率。干燥室(链干机和烘房)内的相对湿度达到一定饱和时,及时启动排湿系统,将饱和湿气排出。

  第三,陶瓷窑炉余热利用新装置改变了众多陶瓷企业由高温烤干坯件、模具为适当温度和适当风速吹干坯件、模具,实行热量循环多次使用、差开时间段使用的办法。如将一般烘房改为余热循环利用烘房,链式干燥机后箱已烘坯件的带湿热风输送到链式干燥机前箱进行脱模。根据企业的生产工艺流程将余热利用时间差开分配合理利用,白天余热主要供给链式干燥机脱模干坯,晚上余热主要供给坯烘房干坯。一般坯烘房逐间放满坯车,烘房供热后将门关好,操作人员必须在晚8点—11点之间定期检查烘房湿气情况,及时针对性进行排湿。至使当天的湿坯件第二天能全部及时进行下一工序后进窑烧成。

  传统的做法由于取热、输热、用热的随意性效大,不能科学地将其三者有机结合起来,所形成的结果只是一种陶瓷坯件、模具的烤干,它的理念是零散的。所以造成能耗大,环境差,效益低的结果。

  陶瓷窑炉余热利用新装置在取热、输热、用热方面都是遵循其内在规律,科学地、系统地结合成有机整体。从取热到用热后的排湿,整个过程一环紧扣一环,在有限的热量(陶瓷窑炉余热)范围内保障坯件、模具的及时烘干并提高产品的合格率和延长模具的使用次数。达到节能减排,改善环境,提高经济效益的效果。

  六、陶瓷窑炉余热利用新装置的实际案例

  根据取热、输热、用热的新技术,陶瓷窑炉余热利用新装置先后在醴陵市范围内的湖南华联瓷业集团有限公司、醴陵陶润实业发展有限公司、丰年华集团丰德利瓷业有限公司、湖南泰鑫瓷业有限公司、醴陵市华日瓷业有限公司等三十多家企业进行了实施,实施的企业全部取消了原加热的热风炉、锅炉、耦煤炉等,完全解决了利用窑炉自身余热按时烘干其窑炉设定烧成产品总量的坯件烘干问题,企业环境焕然一新。就拿湖南华联瓷业集团有限公司为例,该公司有日用陶瓷窑炉10条,年生产陶瓷17860万件,原来烘干坯件需用补充热能的热风炉、锅炉、耦煤炉等,年消耗原煤达11829.8吨,增加输热电机耗电476.5万千瓦时,两项每年共补充能源多耗资金1364.87万元。该公司经过改造使用陶瓷窑炉余热利用新装置后,完全停用了燃煤转换热源全套的设备使用,全部实现了余热干坯,不到10个月就收回全部投资。同时减少了大量的废渣、废气、烟尘的排放,改善了生产、生活及厂区周边的环境。

  根据取热、输热、用热的新技术,陶瓷窑炉余热利用新装置在湖北枝江玖源包装制品有限公司进行了使用,该公司是生产陶瓷酒瓶的企业,一条75米3板的天然气辊道窑,日耗气量3500立方和一个日耗天然气量为2000立方热风炉,每天共耗天然气5500立方。本来这条窑炉的日设计烧成产品总量为6.5万件,由于坯件不能按时烘干,只能生产3.8至4.2万件。通过改造后日烧成产量达到了6.5万件;热风炉的用气量每天下降到只耗1000立方。从经济方面核算:按每立方天然气2.46元计算,陶瓷窑炉余热利用装置在使用前每只陶瓷酒瓶所耗的燃气成本为0.32214元,使用后每只陶瓷酒瓶所耗的燃气成本为0.1703元。每年可减少生产成本340多万元。同时生产车间的工作环境得到了很大的改善。

  又如,湖南铜官星光炻瓷厂是专业生产日用炻瓷的厂家,有86米4板天然气辊道窑一条,改造前还使用了2台热风炉用来烘干坯件,热风炉每天共烧原煤7吨左右,年耗原煤达2460吨。日烧成产量3.7万件左右;成型车间5条链式干燥机均为前后箱结构,除5号链式干燥机是利用辊道窑余热干坯外,其余4条链干机和制模烘房均由热风炉供热干坯、干模,能源耗费大,生产成本高,而且不能保证正常干坯。 陶瓷窑炉余热利用新装置利用窑头余热烘干模具,用窑尾余热烘干坯件的理念,经过改造后,保障了生产的产量,取消了2台热风炉和减少了多台抽热电机的使用。从经济成本方面计算:每年节约耗煤成本205万元、电25.5万元、热风炉操作工资及热风炉维修费10万元,共计年节约成本240.5万元。同时,产品合格率提高了5%,大大改变了周边环境。车间风机的大量减少,使生产车间内的噪声大幅度下降,对生产车间工作环境得到很好的改善。在保证日生产坯体、模具的正常烘干的同时还使坯体的日产量加大,则窑炉日烧成产量也相应增加了,生产产量得到了大幅度的提高。


添加日期:2013-4-26   浏览次数:7145 打印此页】 【关闭窗口