陶瓷工业气烧辊道窑用能评价的相关研究

然而，很多投产十几年的辊道窑受到当年制造技 术水平及配套设备性能的限制，热效率明显偏低。但 由于早期资金的投入较大，只要成本核算后，还能承 受其中的经济损失，陶瓷生产企业仍然就继续使用。 主观上，企业偏重于产品质量与经济效益，政府职能 部门更侧重于环境资源的合理利用和节能减排。那么， 怎样兼顾两者，是新建或改造，还是继续使用多年前 投产的窑炉？对于企业来说，这种选择都显得意义非 常。显然，不同时期投产的窑炉，它们的热效率、能 耗也不同，该如何客观评价气烧辊道窑正常运行的实 际用能状况，是值得陶瓷行业能源有效利用的研究者 们分析探讨的。 本文选定景德镇地区的陶瓷工业气烧辊道窑为研 究对象，以其热平衡测试为基础，从烧成工艺等角度， 结合其实际的用能现状，开展了能效和节能评价的相
工艺与材料 ＼Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
烧嘴性能、烧成技术、余热回收利用技术、自动化控 制程度、辅助动力设备的调控等等。用能评价指标的 选定应以影响窑炉能耗的关键参数为主，已涉及或覆 盖的并纳入计算的因子尽量不要重复，同时也要考虑 检测时的相对便捷，能够通过测量、计算获得具体数 据的量化指标。下面分别就影响辊道窑能耗的因素及 其相应的能够对其量化的影响因子予以分析，并将其 热平衡测试中可以测算的几个关键参数选作用能评价 指标。 ２．１ 窑炉结构与窑体材料 窑炉结构对节能性能的影响，体现在一定的范围 内，窑长、窑内宽的增加、窑内高的减少，会相应减 少单位制品热耗和窑墙散热损失。此外，窑炉三带的 合理分段、挡火板、挡火墙的组合型式及其调控方式， 还有风烟道的布置方式、排烟管道的尺寸都能直接影 响到辊道窑的运行能耗。如：窑炉在设计时就会考虑 其长度与产能的关系；窑炉较长 ， 有利于控制产品出 窑温度、抽热风量和排烟风量，相应减少排烟热损和 冷却带抽热支出。在对景德镇地区辊道窑的热平衡测 试中发现，排烟热损占到总输入热量的 ２５％ ～ ３０％； 窑体表面散热占到总输入热量的 ２０％ ～ ２３％。 景德镇地区的一些早期投产的陶瓷窑炉 ， 由于当 年企业为节省投资 ， 减少了用料或使用了劣质廉价的 材料 ， 墙体薄弱、密封性也差 ， 致使窑体散热严重 ， 窑 炉能耗较高。如果使用涂层技术进行节能改造，可在 窑内壁耐材上喷涂热辐射涂料以提高窑壁辐射率，既 能减少陶瓷纤维粉化脱落，还能增强窑内传热，达到 节能降耗的目的。这还体现在素烧窑能充分利用余热 提高助燃风温度，釉烧窑则要考虑直接抽冷却带热风 助燃可能带入的纤维粉尘对产品釉面质量的影响。尽 管，对于陶瓷工业窑炉的内部结构与烧成性能来说， 还没有专门对素烧与釉烧进行区分限定的要求。 窑体和窑具的耐材的轻质性、绝热性直接影响窑 体和窑具蓄散热的高低。因为需要垫板或棚架等窑具 的辊道窑，具随着制品在窑炉中被加热 ／ 冷却，会消 耗 ／ 释放很多热能，随产品出窑而降低热效。据有关 资料显示 ， 使用纤维耐材可以节能 ， 从总能耗的 ２０．６％ 下降到 ９．０２％， 节能达到 １６．６７％［２］。 可见，窑炉结构和隔热保温材料直接关系到窑体 表面散热损失的大小，窑体材料决定了窑炉是否保温， 窑体表面温度反映了窑体的散热情况。因此，可以选 择窑体散热占比或窑体（分段、分区）表面温度来用 于评价气烧辊道窑用能情况的参考指标。 ２．２ 燃烧系统与烧成技术 在窑炉工况稳定的情况下，控制好燃气燃烧器、 燃气管路、助燃空气管路、助燃风机等，调节合适的 空燃比，使得预热带、烧成带区域的关键位置的空气 系数合理，可以提高制品烧成效果，达到节能降耗的 目的。这就要通过烧成技术控制好燃烧系统，应用燃
０ 引言 在环境资源越来越紧张的今天，国家对用能单位 能源利用情况的核查，以及用能权有偿使用和交易制 度的推进，使得能效较低的陶瓷生产企业感到用能压 力很大。 陶瓷生产是个高能耗的行业。陶瓷烧成能耗的高 低与窑炉结构、窑体材料、烧成技术密切相关。近些 年来，随着窑炉新材料、新技术、新工艺的采用，陶 瓷烧成的能耗已有不同程度的降低。陶瓷工业的能耗 中约有 ６１％ 用于烧成工序，而烧成工序又以陶瓷窑炉 为主要能耗设备。 在陶瓷行业中，使用较多的主要窑型有：隧道窑、 辊道窑及梭式窑三大类 ［１］。相对于另外两种窑型，辊 道窑具有产量大、能耗低、自动化程度高、劳动强度低、 操作方便的优点显得尤为突出。
收稿日期：２０２１－２－１７． 修订日期：２０２１－５－９． 作者信息：林娜 （１９６７－），女，景德镇，高级工程师，学士，研究方向：能源计量、陶瓷产业计量研究 基金项目：２０１８ 年江西பைடு நூலகம்质监局科技计划项目 （ＧＺＪＫＥ２０１８１８）
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关研究。 １ 窑炉的热平衡测试 为掌握景德镇地区的气烧辊道窑正常运行的热工 数据，摸清其能耗及各种热损等用能情况，本文参照 国标 ＧＢ／Ｔ２３４５９－２００９《陶瓷工业窑炉热平衡热效率测 定与计算方法》，针对景德镇陶瓷生产企业的气烧辊 道窑进行了热平衡测试，获得了窑炉热效率等相关的 测算数据。 热平衡测试是一种很有效地了解窑炉热能平衡情 况的方法，但企业很少重视它，因为购置检测仪器， 还有测试人员的培训，都需要投入一定的资金。还有 企业认为测不测都一样，该消耗的还是要消耗，只要 核算成本之后有利润就行，当然也有企业根本就不知 道热平衡测试是怎么一回事的。所以，许多企业对投 产的窑炉各系统运行的能耗情况基本上是一笔糊涂账。 通过对景德镇陶瓷企业的十几条气烧陶瓷辊道窑 进行热平衡测试，选取工况较为稳定的几条典型陶瓷 气烧辊道窑的检测数据作为本文论述的依据。其中所 测窑炉的能源利用情况反映了运行正常、生产代表性 产品（瓷砖、日用瓷）的燃气（天然气、煤气）辊道 窑烧成（素烧、釉烧）的实际现状，与能耗相关的热 工数据也能够客观地体现企业生产不同产品的热能利 用水平。 ２ 能耗影响因素及其量化评价参数 由于陶瓷窑炉是一个非常复杂的烧成工艺系统， 评价其用能情况时需要考虑的因素很多，如烧成质量、 生产能力、生产灵活性、经济指标、自动化水平等等， 而考量这些影响因子又具有一定的模糊性，综合评价 起来确实很难进行精准的度量。现有关于能效的标准 中单位产品烧成能耗能够反映陶瓷生产企业投产的窑 炉用能水平，但评价窑炉性能优劣的参数还跟窑体材 料、烧成操作控制有关，并与窑炉运行中实际的排烟、 抽热、散热等情况密切相关。 陶瓷窑炉的节能水平取决于窑型、窑体结构及其 各系统运行的平衡。用单位产品能耗来评价陶瓷生产 企业的用能状况是比较合理的，而单位产品热耗也能 反映窑炉的热能利用情况。不过，仅仅用单位产品的 热耗 ／ 能耗较难全面评价窑炉本身的性能差异与节能 水平。还需要有热效率、余热利用率、排烟热损占比、 窑体散热占比、电耗占比、空气过剩系数等参数来用 于容积不同、窑体结构 ／ 材料、燃烧设备 ／ 技术、烧成 技术、自控技术、烧成产品各异的气烧辊道窑之间的 用能评价比较。 辊道窑是陶瓷工业中使用最普遍的连续式烧成的 热工设备，对于陶瓷企业常态化的能效管理，这类重 点用能设备的节能问题是个系统工程问题，需要综合 考虑产品的质量、产量、燃气能耗和电源能耗，以期 找到最佳节能（低能耗）的平衡点。 影响辊道窑能耗的因素有：窑炉结构、窑体材料、
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａｓ－ｆｉｒｅｄ Ｒｏｌｌｅｒ Ｋｉｌｎ ｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｌｉｎｎａ， Ｚｈｕ ｃｈｅｎｇｙｉ， Ｌｉｕｈａｎｃｈｅｎｇ， Ｗａｎｇ ｇｕｏｊｉａｎ，Ｗｕｙａｏｘｉｎｇ （Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ ｍａｒｋｅｔ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ， Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ， ３３３００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｆｉｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｋｉｌｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ａｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ， ｋｉｌｎ ｂｏｄｙ ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｆｉｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｋｉｌｎ ｉｎ Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ ａｒｅａ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ ｋｉｌｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｆｉｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｆｉｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｋｉｌｎ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔａｋｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎｄｅｘ． Ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇａｓ－ｆｉｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｋｉｌｎ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｓ ｔｏ ｅｎｃｏｕｒａｇｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｔｏ ａｄｏｐｔ ａｄｖａｎｃｅｄ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， ｍａｘｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｋｉｌｎｓ， ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｋｉｌｎｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｃｅｒａｍｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ； ｇａｓ ｆｉｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｋｉｌｎ； ｅｎｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ； ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ； ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
第 ３６ 卷 第 １４３ 期 ２０２１ 年 ０６ 月
陶 瓷 研 究 Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｔｕｄｉｅｓ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１４３ Ｊｕｎｅ ．２０２１
陶瓷工业气烧辊道窑用能评价的相关研究
林 娜，祝成翀，刘翰承，王国建，吴耀星 （景德镇市市场和质量监督管理综合检验检测中心，景德镇，３３３０００） 摘要：为了能客观评价气烧辊道窑的用能状况，本文从窑炉结构、窑炉耐材、烧成工艺、烧成控制等多个角度，简 要分析研究了景德镇地区气烧辊道窑的热效、排烟与抽热的余热利用、窑体散热、烧成操作的实际现状，提出了陶 瓷工业气烧辊道窑用能评价的方法及其宜选取的参考指标。建议制定陶瓷工业气烧辊道窑能效评估和节能潜力分析 等用能评价相关的国家标准或行业标准或地方标准。旨在鼓励企业采用先进的烧成控制技术 ， 配置高效的节能设备 ， 最大限度地提高陶瓷窑炉的热效率，为企业窑炉的能源计量管理、政府职能部门的环境资源监察提供技术支持。 关键词：陶瓷工业；气烧辊道窑；用能评价；热效率；余热利用率 中图分类号：Ｔ１７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—９８９２（２０２１） ０６—０７６—（０５）