中國陶瓷窯爐的新技術(shù)與新工藝

中國陶瓷窯爐的技術(shù)與工藝陶瓷工業(yè)的可持續(xù)進展正面臨自然生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)，能源短缺又給陶瓷行業(yè)的進展提出了越來越嚴格的要求。節(jié)能降耗和削減陶瓷窯爐污染是陶瓷生產(chǎn)的大勢所趨，也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)進展的重要條件。在今年“第三屆國際陶瓷工業(yè)進展論壇”上，華南理工大學(xué)博士導(dǎo)師曾令可教授為中國陶瓷窯爐的技術(shù)與工藝進展指明白方向。本文是其發(fā)言的綱要，期望對業(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對于梭式窯，余熱利用，⑥選擇適當?shù)臏囟葯z測點和把握方法。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)：無匣裸燒，輕質(zhì)保溫，輕質(zhì)窯車。存在關(guān)鍵問題：復(fù)原燒成氣氛的檢測與把握②輥道窯能耗較低：最低可達２００－３００×４．１８ｋＪ／ｋｇ產(chǎn)品；產(chǎn)量大：窯長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，抽熱風(fēng)機的抽出量合理設(shè)置擋火墻，擋火板延長燒嘴或延長火焰的長度″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３００℃～４００℃。輕質(zhì)保溫磚，莫來石輕質(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，蓄熱量僅為磚砌式爐襯的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１６．６７％。纖維粉化，粉化爭論，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)欤}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潔、本錢較低、紅外放射率高具有顯著的節(jié)能效果。保護窯墻不受到粉化：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，每平方米每小時可節(jié)能４５４７ｋｃａｌ。避開二次落臟。陶瓷窯爐煙氣中有害成份：ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、ＲＯｘ粉塵ＮＯ生成機理：①熱力型ＮＯｘ：空氣中的氮氣被氧化，主要受到煙氣溫度和氧濃度的影響，煙氣溫度達１５０００℃以上時，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)：等離子體過程煙氣ＮＯｘ治理技術(shù)的核心是通過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)備造價貴，還處于試驗階段。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氧化成最根本的無害的Ｎ２，而脫氮菌本身獲得生長生殖，脫除效率到達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，電解液不易運輸。氯酸氧化法：利用氯酸的強氧化特性處理，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。當將活性炭置于射頻能量場中時，氣相中的ＳＯ２、ＮＯｘ與射頻能量場中的焦炭接觸時，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有射頻能量場存在時快得多。多功能涂層脫除ＮＯｘ：，ＮＯｘ光催化降解率可達５５％左右。②在剛開頭反響時，ＮＯｘ的降解率很快就到達了５０％以上，６ｈ后變化不大，到達了飽和值８０％左右。③當ＮＯｘ流速為０．１Ｌ／ｍｉｎ，反響物接觸時間為７６．３ｓ時的ＮＯｘ降解率最高，到達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，每個月測試１次對ＮＯｘ降解效果，結(jié)果說明，在室外放置６個月后，該涂料對ＮＯｘ的氧化降解作用降低很少，大約只降低２％３％，涂層外觀無變化。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)完全可以避開產(chǎn)生ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２及ＮＯｘ等廢氣熱效率可以提高４０％～５０％在國內(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。在國外，這類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)國外資料報道承受ＭＡＧＦ技術(shù)燒成可增產(chǎn)４倍，節(jié)能７０％以上，能源本錢下降４０％，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大量削減，產(chǎn)品的機械性能亦有所改善。模糊把握：優(yōu)點：對于陶瓷窯爐這種非線性、難于建立模型的把握對象不失為一種良好的把握方法。缺點：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)機制。單點模糊把握：把握對象通常是爐溫，由于陶瓷燒成過程中受窯爐把握特性的影響，造成所設(shè)計的模糊把握規(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針對具有多樣、隨機、連續(xù)、高度不確定等特性的把握對象，到達多層次、多目標的綜合效果。②技術(shù)核心：軟嵌入式無模型自學(xué)習(xí)多變量模糊把握器。斷面流場把握：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，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)置多個噴空向急冷帶鼓入冷風(fēng)或低溫?zé)犸L(fēng)。⑤對于寬斷面窯，應(yīng)適當?shù)难娱L火焰長度，避開斷面溫度的駝峰分布。實體模型：水利模型、火焰模型、空氣動力模型ＦＬＵＥＮＴ軟件數(shù)值：①模擬材窯內(nèi)流體對流換熱過程，②模擬輥道窯燒嘴的布設(shè)角度對窯內(nèi)流場的影響，③模擬梭式窯內(nèi)流場，對流換熱規(guī)律以及對流換熱系數(shù)對窯內(nèi)換熱不均勻度的影響，④模擬陶瓷燒成過程中影響ＮＯｘ生成的各個因素。陶瓷窯爐的進展方向：在窯爐構(gòu)造上，向連續(xù)式窯爐長度方向進展，在窯體、