陶瓷工业的可持续发展正面临自然生态环境的严峻挑战,能源短缺又给陶瓷行业的发展提出了越来越严格的要求。节能降耗和减少陶瓷窑炉污染是陶瓷生产的大势所趋,也是陶瓷工业可持续发展的重要条件。在今年“第三届国际陶瓷工业发展论坛”上,华南理工大学博士导师曾令可教授为中国陶瓷窑炉的新技术与新工艺发展指明了方向。本文是其发言的纲要,希望对业内人士有所启迪。
一 窑炉结构
●间歇式窑炉
能耗大,产量较低,排烟温度在600℃~860℃ 。
影响梭式窑内温度场均匀性的关键因素:
①采用新型烧嘴,如:等温烧嘴,脉冲烧嘴,高速烧嘴。
②调整烧嘴的布设,
③改善码坯的放置,
④合理布设烟道,
⑤对于梭式窑,余热利用,
⑥选择适当的温度检测点和控制方法。
●连续式窑炉
①隧道窑
温差大,特别是预热带; 窑墙、窑车蓄热量大,能耗高2400-12000×4.18kJ/kg产品;采用一些新技术能耗可降至1100-5200×4.18kJ/kg。采用新技术:无匣裸烧,轻质保温,轻质窑车。存在关键问题:还原烧成气氛的检测与控制
②辊道窑
●能耗较低:最低可达200-300×4.18kJ/kg产品;
●产量大:窑长220m以上,墙地砖产量10000m2/d以上;
●合理控制雾化风压和助燃风量
●合理调节排烟风机,抽热风机的抽出量
●合理设置挡火墙,挡火板
●延长烧嘴或延长火焰的长度″引火归心″
●在结构上,将全窑平顶或全窑筑拱的结构改造为烧成带筑拱的结构,可有效的减少断面温差。
二 保温技术
●重质耐火砖:质量、热容、导热系数大蓄热、导热量大,窑墙外表面温度高达300℃~400℃ 。
●轻质保温砖,
●莫来石轻质砖,
●高铝轻质砖,
●轻质陶瓷纤维,质量轻,导热系数小,重量只有轻质材料的1 /6,容重为传统耐火砖的1/25,蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30~1/10窑外壁温度降到30℃~60℃ 。采用轻质陶瓷纤维,降低产品与窑具的质量比。
●纤维节能,总能耗的20.6%下降到9.02%,节能达到16.67%。
●纤维粉化,
●粉化研究,
●抗粉化,
●窑墙结构越合理,节能效果越好。
三 烧成技术
●采用新型烧嘴:等温烧嘴,脉冲烧嘴,高速烧嘴。
●调整烧嘴的布设。
四 涂层技术
●涂层技术范围很广,其中红外辐射涂层和多功能涂层在窑炉中的应用值得关注。
●红外涂层加热工艺简单、成本较低、红外发射率高具有显著的节能效果。
●保护窑墙不受到粉化: 窑内落脏,纤维粉化
●增加红外辐射传热和热能利用率:在高温阶段,将其涂在窑壁耐火材料上,材料的辐射率由0.7升为0.96,每平方米每小时可节能33087×4.18kJ,而在低温阶段涂上HRC后,窑壁辐射率从0.7升为0.97,每平方米每小时可节能4547kcal。
●避免二次落脏。
五 有害气体生成机理
●陶瓷窑炉烟气中有害成份:NOx、SOx、CO、CO2、ROx粉尘
●NO生成机理:
①热力型NOx: 空气中的氮气被氧化,主要受到烟气温度和氧浓度的影响,烟气温度达15000℃以上时,NOx呈指数增加。
②燃料型NOx:燃料中的N被氧化,与燃料中含N量有关。
③快速型NOx:含量较少,一般在5%以下,主要在富燃料的火焰断面。
●SOx的生成
①坯体原料中硫酸盐的分解,如:黄铁矿,硫酸盐的氧化。
②燃料中硫的氧化,如:有机硫,黄铁矿,硫酸盐等的氧化。
六 抑制技术
●还原法:选择性催化还原SCR ,加入还原剂如NH3 在催化剂作用下还原NOx ,还原率90%以上;选择性非催化还原SNCR ,加入还原剂如NH3 在高温作用下还原NOx,还原率30%-70%。易造成二次污染、催化剂失活、腐蚀设备。
●等离子技术:等离子体过程烟气NOx治理技术的核心是通过一定的方式在烟气中产生等离子体,NOx等污染性气体在等离子体区被分解或氧化。设备造价贵,还处于实验阶段。
●微生物法:适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下,利用NOx做为氮源,将NOx氧化成最基本的无害的N2,而脱氮菌本身获得生长繁殖,脱除效率达到99%。厌氧环境难保证。
●电化学法:利用电子作为中间产物氧化或还原NOx,脱除率90%以上。处理工艺温度较低,电解液不易运输。
●氯酸氧化法:利用氯酸的强氧化特性处理,脱除NOx和SOx率95%以上。
●微波技术:
① 高温热解炭(或活性炭)既是一种性能优良的射频能吸收剂,又是一种性能良好的还原剂。当将活性炭置于射频能量场中时,气相中的SO2、NOx与射频能量场中的焦炭接触时,炭能迅速地夺取这些氧化物中的氧,其夺取氧的速度要比没有射频能量场存在时快得多。
② 工艺简单、处理效率高、无二次污染 、投资小,装置简单、能耗低 。
●多功能涂层脱除NOx:
① 在紫外光和太阳光对多功能复合涂膜的照射 |