中國(guó)陶瓷窯爐的新技術(shù)與新工藝

中國(guó)陶瓷窯爐的技術(shù)與工藝陶瓷工業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展正面臨自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，能源短缺又給陶瓷行業(yè)的進(jìn)展提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。節(jié)能降耗和削減陶瓷窯爐污染是陶瓷生產(chǎn)的大勢(shì)所趨，也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)進(jìn)展的重要條件。在今年“第三屆國(guó)際陶瓷工業(yè)進(jìn)展論壇”上，華南理工大學(xué)博士導(dǎo)師曾令可教授為中國(guó)陶瓷窯爐的技術(shù)與工藝進(jìn)展指明白方向。本文是其發(fā)言的綱要，期望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所啟迪。間歇式窯爐能耗大，產(chǎn)量較低，排煙溫度在６００℃～８６０℃。影響梭式窯內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性的關(guān)鍵因素：①承受型燒嘴，如：等溫?zé)?，脈沖燒嘴，高速燒嘴。②調(diào)整燒嘴的布設(shè)，③改善碼坯的放置，④合理布設(shè)煙道，⑤對(duì)于梭式窯，余熱利用，⑥選擇適當(dāng)?shù)臏囟葯z測(cè)點(diǎn)和把握方法。連續(xù)式窯爐①隧道窯溫差大，特別是預(yù)熱帶；窯墻、窯車(chē)蓄熱量大，能耗高２４００－１２０００×４．１８ｋＪ／ｋｇ一些技術(shù)能耗可降至１１００－５２００×４．１８ｋＪ／ｋｇ。承受技術(shù)：無(wú)匣裸燒，輕質(zhì)保溫，輕質(zhì)窯車(chē)。存在關(guān)鍵問(wèn)題：復(fù)原燒成氣氛的檢測(cè)與把握②輥道窯能耗較低：最低可達(dá)２００－３００×４．１８ｋＪ／ｋｇ產(chǎn)品；產(chǎn)量大：窯長(zhǎng)２２０ｍ以上，墻地磚產(chǎn)量１００００ｍ２／ｄ以上；合理把握霧化風(fēng)壓和助燃風(fēng)量合理調(diào)整排煙風(fēng)機(jī)，抽熱風(fēng)機(jī)的抽出量合理設(shè)置擋火墻，擋火板延長(zhǎng)燒嘴或延長(zhǎng)火焰的長(zhǎng)度″引火歸心″在構(gòu)造上，將全窯平頂或全窯筑拱的構(gòu)造改造為燒成帶筑拱的構(gòu)造，可有效的削減斷面溫差。重質(zhì)耐火磚：質(zhì)量、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)大蓄熱、導(dǎo)熱量大，窯墻外外表溫度高達(dá)３００℃～４００℃。輕質(zhì)保溫磚，莫來(lái)石輕質(zhì)磚，高鋁輕質(zhì)磚，輕質(zhì)陶瓷纖維，質(zhì)量輕，導(dǎo)熱系數(shù)小，重量只有輕質(zhì)材料的１／６，容重為傳統(tǒng)耐火磚的１／２５，蓄熱量?jī)H為磚砌式爐襯的１／３０～１／１０窯外壁溫度降到３０℃～６０℃質(zhì)量比。纖維節(jié)能，總能耗的２０．６％下降到９．０２％，節(jié)能到達(dá)１６．６７％。纖維粉化，粉化爭(zhēng)論，抗粉化，窯墻構(gòu)造越合理，節(jié)能效果越好。承受型燒嘴：等溫?zé)?，脈沖燒嘴，高速燒嘴。調(diào)整燒嘴的布設(shè)。涂層技術(shù)范圍很廣，其中紅外輻射涂層和多功能涂層在窯爐中的應(yīng)用值得關(guān)注。紅外涂層加熱工藝簡(jiǎn)潔、本錢(qián)較低、紅外放射率高具有顯著的節(jié)能效果。保護(hù)窯墻不受到粉化：窯內(nèi)落臟，纖維粉化增加紅外輻射傳熱和熱能利用率：在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由０．７升為０．９６，每平方米每小時(shí)可節(jié)能３３０８７×４．１８ｋＪ，而在低溫階段涂上ＨＲＣ后，窯壁輻射率從０．７升為０．９７，每平方米每小時(shí)可節(jié)能４５４７ｋｃａｌ。避開(kāi)二次落臟。陶瓷窯爐煙氣中有害成份：ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、ＲＯｘ粉塵ＮＯ生成機(jī)理：①熱力型ＮＯｘ：空氣中的氮?dú)獗谎趸?，主要受到煙氣溫度和氧濃度的影響，煙氣溫度達(dá)１５０００℃以上時(shí)，ＮＯｘ呈指數(shù)增加。②燃料型ＮＯｘ：燃料中的Ｎ被氧化，與燃料中含Ｎ量有關(guān)。③快速型ＮＯｘ：含量較少，一般在５％以下，主要在富燃料的火焰斷面。ＳＯｘ的生成①坯體原料中硫酸鹽的分解，如：黃鐵礦，硫酸鹽的氧化。②燃料中硫的氧化，如：有機(jī)硫，黃鐵礦，硫酸鹽等的氧化。ＳＣＲ，參與復(fù)原劑如ＮＨ３在催化劑作用下復(fù)原ＮＯｘ，復(fù)原率９０％以上選擇性非催化復(fù)原ＳＮＣＲ，參與復(fù)原劑如ＮＨ３在高溫作用下復(fù)原ＮＯｘ，復(fù)原率３０％－７０％。造成二次污染、催化劑失活、腐蝕設(shè)備。等離子技術(shù)：等離子體過(guò)程煙氣ＮＯｘ治理技術(shù)的核心是通過(guò)確定的方式在煙氣中產(chǎn)生等離子體，ＮＯｘ等污染性氣體在等離子體區(qū)被分解或氧化。設(shè)備造價(jià)貴，還處于試驗(yàn)階段。微生物法：適宜的脫氮菌在有外加碳源的狀況下，利用ＮＯｘ做為氮源，將ＮＯｘ氧化成最根本的無(wú)害的Ｎ２，而脫氮菌本身獲得生長(zhǎng)生殖，脫除效率到達(dá)９９％。厭氧環(huán)境難保證。電化學(xué)法：利用電子作為中間產(chǎn)物氧化或復(fù)原ＮＯｘ，脫除率９０％以上。處理工藝溫度較低，電解液不易運(yùn)輸。氯酸氧化法：利用氯酸的強(qiáng)氧化特性處理，脫除ＮＯｘ和ＳＯｘ率９５％以上。微波技術(shù)：①高溫?zé)峤馓俊不蚧钚蕴俊臣仁且环N性能優(yōu)良的射頻能吸取劑，又是一種性能良好的復(fù)原劑。當(dāng)將活性炭置于射頻能量場(chǎng)中時(shí)，氣相中的ＳＯ２、ＮＯｘ與射頻能量場(chǎng)中的焦炭接觸時(shí)，炭能快速地奪取這些氧化物中的氧，其奪取氧的速度要比沒(méi)有射頻能量場(chǎng)存在時(shí)快得多。多功能涂層脫除ＮＯｘ：，ＮＯｘ光催化降解率可達(dá)５５％左右。②在剛開(kāi)頭反響時(shí)，ＮＯｘ的降解率很快就到達(dá)了５０％以上，６ｈ后變化不大，到達(dá)了飽和值８０％左右。③當(dāng)ＮＯｘ流速為０．１Ｌ／ｍｉｎ，反響物接觸時(shí)間為７６．３ｓ時(shí)的ＮＯｘ降解率最高，到達(dá)４０．２％以上。④將涂有光催化涂料的玻璃板放置于室外，每隔１０天用水沖洗１次，每個(gè)月測(cè)試１次對(duì)ＮＯｘ降解效果，結(jié)果說(shuō)明，在室外放置６個(gè)月后，該涂料對(duì)ＮＯｘ的氧化降解作用降低很少，大約只降低２％３％，涂層外觀(guān)無(wú)變化。微波燒成與常規(guī)燒成的區(qū)分。微波關(guān)心氣體燒成技術(shù)〔ＭＡＧＦ〕是一種較有用、合理的環(huán)保型干凈燒成技術(shù)。承受微波燒成技術(shù)完全可以避開(kāi)產(chǎn)生ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２及ＮＯｘ等廢氣熱效率可以提高４０％～５０％在國(guó)內(nèi)，微波燒成技術(shù)在高性能陶瓷及電瓷燒成中有所嘗試，但在日用陶瓷、建筑陶瓷上仍是空白。在國(guó)外，這類(lèi)ＭＡＧＦ技術(shù)已成功地在各種耐火材料、日用陶瓷及衛(wèi)生陶瓷燒成中得到應(yīng)用段走向了小規(guī)模生產(chǎn)。據(jù)國(guó)外資料報(bào)道承受ＭＡＧＦ技術(shù)燒成可增產(chǎn)４倍，節(jié)能７０％以上，能源本錢(qián)下降４０％，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大量削減，產(chǎn)品的機(jī)械性能亦有所改善。模糊把握：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于陶瓷窯爐這種非線(xiàn)性、難于建立模型的把握對(duì)象不失為一種良好的把握方法。缺點(diǎn)：把握精度不高、自適應(yīng)力氣有限、存在穩(wěn)態(tài)誤差、可能引起振蕩，缺乏有效的學(xué)習(xí)機(jī)制。單點(diǎn)模糊把握：把握對(duì)象通常是爐溫，由于陶瓷燒成過(guò)程中受窯爐把握特性的影響，造成所設(shè)計(jì)的模糊把握規(guī)則不適宜或不完整而影響其把握效果。多變量模糊把握：①針對(duì)具有多樣、隨機(jī)、連續(xù)、高度不確定等特性的把握對(duì)象，到達(dá)多層次、多目標(biāo)的綜合效果。②技術(shù)核心：軟嵌入式無(wú)模型自學(xué)習(xí)多變量模糊把握器。斷面流場(chǎng)把握：①在預(yù)熱帶的特定位置窯室下部安裝假設(shè)干高速燒嘴，加大上下氣流的攪動(dòng)，削減斷面的上下溫差。②在燒成帶和冷卻帶的窯頂每間隔確定距離設(shè)置吊掛式耐火纖維″屏障″。③在燒成帶窯頂和被燒制品的上邊緣之間合理選擇上部燒嘴的最正確位置。④在冷卻帶，制品的上方和下方設(shè)置多個(gè)噴空向急冷帶鼓入冷風(fēng)或低溫?zé)犸L(fēng)。⑤對(duì)于寬斷面窯，應(yīng)適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)火焰長(zhǎng)度，避開(kāi)斷面溫度的駝峰分布。實(shí)體模型：水利模型、火焰模型、空氣動(dòng)力模型ＦＬＵＥＮＴ軟件數(shù)值：①模擬材窯內(nèi)流體對(duì)流換熱過(guò)程，②模擬輥道窯燒嘴的布設(shè)角度對(duì)窯內(nèi)流場(chǎng)的影響，③模擬梭式窯內(nèi)流場(chǎng)，對(duì)流換熱規(guī)律以及對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)窯內(nèi)換熱不均勻度的影響，④模擬陶瓷燒成過(guò)程中影響ＮＯｘ生成的各個(gè)因素。陶瓷窯爐的進(jìn)展方向：在窯爐構(gòu)造上，向連續(xù)式窯爐長(zhǎng)度方向進(jìn)展，在窯體、