畢業(yè)論文---- 陶瓷窯爐煤改氣燒成節(jié)能途徑的研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目： 陶瓷窯爐煤改氣燒成節(jié)能途徑的研究 </p><p>　　系 部： 陶瓷工藝系 </p><p>　　專 業(yè)： 材料工程技術 </p><p>　　學 號： <

2、;/p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： 講 師 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據國家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數陶瓷

3、窯爐均由原來的燒煤改成燒氣（煤氣、天燃氣、液化氣﹚，但改造過程中的能源利用率普遍不高，設備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應的效益增加。本文針對如何提高陶瓷窯爐由污染燃料轉變成潔凈燃料燃燒后由質的變化而帶來的效益。我們對某陶瓷有限公司隧道窯窯車進行了設計改造試驗。我們采用了熱導率低、密度小、有足夠強度的耐火材料作窯車車襯，在設計窯車襯磚時，除考慮降低蓄熱及散熱損失外，還考慮了實際工作條件對窯車的影響，如車襯材質的荷重軟化溫度要大，在高溫下

4、不與制品發(fā)生化學反應等。為此，本次研究設計了兩種低蓄熱窯車結構改造進行試驗。改造過程上馬快，投資小，且節(jié)能明顯，獲得了預期的效果。</p><p>　　關鍵詞：陶瓷窯爐 煤改氣 節(jié)能 途徑</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p

5、>　　1. 課題提出的背景2</p><p>　　2. 課題研究的意義2</p><p>　　3. 課題研究的依據3</p><p>　　4. 課題研究的目標3</p><p>　　5. 課題研究的主要內容3</p><p>　　6. 課題研究的方法與步驟4</p><p>　

6、　7. 課題研究的過程及分析6</p><p>　　8．課題研究成果9</p><p>　　9．課題研究存在的主要問題及今后的設想9</p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　致 謝12</b></p><p><b&g

7、t;　　前 言</b></p><p>　　根據國家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數陶瓷窯爐均由原來燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃氣、液化氣﹚，但改造過程中的能源利用率普遍不高，存在較大問題。成本的提高卻未獲得相應的效益。如何提高由污染燃料轉變成潔凈燃料質的變化而帶來的效果，這就為廣大熱工工作者提出了要求，本著該目的，結合工廠現實情況，圍繞學生畢業(yè)設計要求，提出了此課題。</p><p&g

8、t;<b>　　方法與路線：</b></p><p>　　針對現實情況存在的實際問題→理論分析→實際調研→結合現狀→設計方案→數據計算→結構改造→結果分析→改進提高。</p><p>　　國內外成熟應用情況：</p><p>　　國內外單獨應用情況已有一定的成功經驗，但在改造過程中利用原設備獲得相應效果則較少。</p><p

9、><b>　　預計技術與成果：</b></p><p>　　根據現有存在的實際情況，經過科學分析、理論計算和現場試驗，并與現有設備進行比較 ，在運行窯爐中獲得數據， 預計在原基礎上至少節(jié)能20%左右，甚至更多。</p><p>　　1. 課題提出的背景</p><p>　　國家科技部、國家環(huán)保總局聯合有關部委組織的清潔能源行動。核心問題是

10、如何清潔高效地利用煤炭。其主要內容是：推進能源結構調整，加大清潔能源使用比例；大力推廣應用清潔能源技術；實施清潔能源行動將促進從根本上治理煤煙型大氣污染，有利于改善投資環(huán)境，提高人們生活質量。能源緊張已制約世界經濟和中國經濟的發(fā)展，陶瓷行業(yè)作為耗能大戶行業(yè)之一，如何節(jié)能降耗不單是為國家考慮，為我們的子孫后代考慮，也是行業(yè)自身求生存求發(fā)展的迫切需求。陶瓷整個生產過程，燒成成本占去總成本30％以上，二次燒成、三次燒成的成本更高。降低燒成成本

11、就是降低了生產總成本，陶瓷行業(yè)原本就是微利行業(yè)，如果在燒成成本上降低10～20％以上，那么企業(yè)就可能增加2～6％以上的利潤上升空間。</p><p>　　根據國家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數陶瓷窯爐均由原來的燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃氣、液化氣﹚，但改造過程中的能源利用率普遍不高，設備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應的效益增加。如何提高由污染燃料轉變成潔凈燃料燃燒后由質的變化而帶來的效果，這就為廣大熱工工作者提出了

12、要求，本著該目的，結合工廠實際情況，針對窯爐現狀提出該課題，同時得到學院學術委員會專家組的審定通過，進行相關的研究與探討。</p><p>　　2. 課題研究的意義</p><p>　　陶瓷工業(yè)窯爐的節(jié)能問題，始終制約著陶瓷行業(yè)的發(fā)展。相關企業(yè)能耗的調查結果顯示，陶瓷燒成能耗指標最高與最低相比，有的可達到幾倍。進入21世紀以來，國際能源市場供應形勢發(fā)生了許多變化，令人不得不更加關注陶瓷行業(yè)

13、的節(jié)能?？梢哉f，將來陶瓷業(yè)的競爭首先是降低能耗型的先進燒成技術的競爭。</p><p>　　陶瓷窯爐煤改氣工程在全國范圍內可謂是一場大革命，絕大部分窯爐都進行了改造。由于改造過程中投資大、費用高，很多窯爐只是滿足形式上的改變，將燃燒室換成了噴嘴，只是減少了粉塵的排放和大氣的污染，而沒有作更深層次的窯體結構改造，這就造成了用潔凈燃料燒老設備，成本提高了但是效益卻沒有體現。因此窯爐結構（如窯體、窯車及其他附屬設備）的

14、改造就顯得尤為重要。由于窯體改造投資較大，一般企業(yè)很難及時進行。而對于窯車的改造，則容易得多，上馬快，投</p><p>　　資小，且效果明顯。就此，我們對某陶瓷有限公司隧道窯窯車進行了改造試驗。</p><p>　　3. 課題研究的依據</p><p>　　隧道窯窯內溫差大是長期以來一直存在的問題，造成溫差大的原因雖然很多，但是主要原因是窯車蓄熱量大。國內外已對此

15、進行了較多的研究，并一致認為，采用低蓄熱車，既可有效降低隧道窯預熱帶上下溫差，提高產品質量，又可節(jié)能降耗，改善操作環(huán)境，延長窯車壽命等。國內也有成功的先例。針對該陶瓷有限公司隧道窯窯車的實際生產情況，充分利用國產耐火材料，對其原窯車車襯結構進行節(jié)能改造。并進行了相應的計算分析。</p><p>　　4. 課題研究的目標</p><p>　　傳統(tǒng)陶瓷窯爐所用窯車都是用重質耐火材料砌筑而成，體

16、積笨重，操作難度增加。窯車砌筑耐火材料重量越大，窯車在燒成過程中蓄積熱量就越多，熱交換就越高，隧道窯在燒成過程中熱交換比例就越大，也就是說燒成過程中的能耗就越大，為了提高熱效率，窯車的重量必須盡可能降低以減少熱交換。達到提高產量降低能耗，同時增加企業(yè)的經濟效益的目的。</p><p>　　5. 課題研究的主要內容</p><p>　　隧道窯是一種比較先進的、機械化、自動化程度高、能耗低的熱

17、工設備。其中窯車式隧道窯得到了最為廣泛的應用。但是窯車式隧道窯最嚴重的缺陷即窯車笨重，并且在其隨著裝載制品一起經過隧道窯被加熱及冷卻的過程中處于非穩(wěn)態(tài)導熱過程，加熱時它阻礙和延遲升溫，消耗大量熱能；冷卻時它阻礙和延遲降溫，雖然放出熱量，但不能很好利用。大量研究及生產實踐表明，采用熱導率低、密度小、有足夠強度的耐火材料作窯車車襯，可以有效地降低窯車的蓄熱量、散熱量。但窯車的工作條件隨著燒成制品的變化而變化，因此在設計窯車襯磚時，除考慮降低

18、蓄熱及散熱損失外，還必須考慮實際工作條件對窯車的影響，如車襯材質的荷重軟化溫度要大，在高溫下不與制品發(fā)生化學反應等。為此，本次研究設計了低蓄熱窯車結構改造進行試驗。</p><p>　　6. 課題研究的方法與步驟</p><p>　　1.分析原窯車的結構</p><p>　　原窯車的襯磚總厚度為320mm，原襯磚材質從車臺面往下依次為高鋁磚(厚88 mm)、粘土磚、

19、輕質粘土磚(厚232mm)。如圖1。</p><p>　　圖1 原窯車襯磚排布示意圖（窯車寬1800mm）</p><p>　　圖2 原窯車實物圖（窯車寬1800mm）</p><p>　　2.設計低蓄熱窯車結構</p><p>　　原窯車基本上全部使用的是重質耐火材料。在不改變原窯車車襯長、寬、高的情況下，第1方案為第l層(從車

20、臺面往下)為莫來石磚厚134mm，以下各層分別為粘土質隔熱磚(134mm)及輕質澆注料52mm。第2方案將第1層改為堇青石莫來石磚88mm,第二層為高溫硅酸鋁耐火纖維氈142mm間隙填層，采用堇青石-莫來石質材料作為立柱支撐，最下層用90mm輕質粘土磚。試驗采用第2方案。如圖3。</p><p>　　圖3 設計低蓄熱窯車示意圖(窯車寬1800mm）</p><p>　　3.窯車車襯所用有關

21、材質的物理參數如表1所示。</p><p>　　4.該公司隧道窯燒制制品的典型燒成制度見圖4。</p><p>　　圖4 隧道窯典型燒成曲線</p><p>　　7. 課題研究的過程及分析</p><p>　　經過對不同的窯車材料和窯車結構的比較，確定窯車改造的思路為以輕質材料替代重質材料，以立柱支撐系統(tǒng)間歇鋪墊隔熱纖維。</p>

22、<p>　　窯車車面采用硬質耐材，以利承重。材料必須結實耐用，抗熱沖擊性能要好，耐火度及荷重軟化點要滿足要求并且機械性能要穩(wěn)定。</p><p>　　隔熱層在窯車耐火材料中所占的體積比例最大，原有的窯車僅用了普通輕質粘土磚，容重和熱導率都比較大，不但增加了窯車重量，而且使窯車的蓄熱加大，向下傳導的熱量多，浪費的熱量也多。因此可選用高溫硅酸鋁纖維、輕質澆注料作為窯車的隔熱層，既能減輕窯車重量，又能降低

23、窯車的蓄熱和傳導。</p><p>　　隧道窯的兩側、窯頂和窯車面形成窯的4個受熱面，除了窯車面外其余3個面在窯爐燒成過程中溫度保持恒定不變，它們的熱消耗僅限于向外傳導的熱損失，而窯車是在室溫下推入隧道窯，當窯車在窯道內前進的過程中除了向下傳導的熱量外，還吸收并貯存大量的熱量，使其車面與窯道內的溫度相同，以達到與制品的燒成溫度一致。當窯車從隧道窯出車后，溫度又會降至室溫，大量的積蓄熱量又散失掉，形成高低溫度周而復

24、始的循環(huán)，造成浪費。所以高質量的隔熱材料可以減少蓄熱量和熱損失。因此窯車面采用底下覆蓋一層140mm厚硅酸鋁纖維毯。整輛窯車的耐火材料重量為400kg，較原先的材料配備降低重量800 kg。為減少窯車之間接縫處熱量的損失，改窯車磚與窯車磚之間的剛性接觸密封為陶瓷纖維棉之間的擠緊密封，減少熱量損失。支撐系統(tǒng)立柱為關鍵，為保證立柱的可靠性，所有立柱選用重質堇青石結合莫來石質材料。圖五為新設計窯車實物圖。</p><p&g

25、t;　　圖五 設計低蓄熱窯車實物圖</p><p>　　近年來，國內的耐火材料行業(yè)發(fā)展很快，出現了很多優(yōu)質的輕質材料可以選用，能完全有效實現窯車重量的減輕</p><p>　　原窯車與試驗窯車相關數據比較見表2</p><p>　　表2 原窯車與試驗窯車相關數據比較 </p><p><b>　　8．課題研究成果</b&g

26、t;</p><p>　?。?）該窯爐窯內容納窯車55輛，根據上述設計，其中輕質化改造了30輛。在不改變燒成制度的前提下，投入試驗運行，實踐證明節(jié)能效果明顯。該窯爐使用的燃料為小型自備發(fā)生爐煤氣，窯車未改造之前煤氣站制造煤氣所消耗的塊煤為380t/月，改造之后煤氣站的耗煤量為330t/月，節(jié)約用煤量13.15%，節(jié)能效果明顯。</p><p>　?。?）經測算，若全窯窯車全部改造，則每月可

27、節(jié)煤93t, 節(jié)約用煤量達到24.54%。全年可節(jié)煤1116t,按每噸優(yōu)質塊煤1000元計算，全年就可節(jié)約一百多萬元。而窯車改造每輛窯車增加費用一萬元。半年時間就可收回窯車改造費用成本，經濟效果非常顯著。</p><p>　　（3）由于窯車的輕質化，降低了窯車蓄熱，窯車的出窯溫度明顯降低，同時大大降低了工人的勞動強度，車間的環(huán)境溫度也有所降低。改善了操作環(huán)境。</p><p>　?。?）隧

28、道窯窯車材料的選用較大地影響窯爐的能耗指標。在現有的條件下，國產耐火材料已完全能滿足輕質化裝備的需要，對于中溫隧道窯尤其適用。由此可見，窯車改造是煤改氣陶瓷窯爐實現節(jié)能降耗的有效途徑之一。</p><p>　　9．課題研究存在的主要問題及今后的設想</p><p>　　本課題研究僅僅取得了階段性的成功，僅對窯車的改造做了一些工作。對于陶瓷窯爐煤改氣燒成的節(jié)能途徑還有很多工作要做，特別是對于

29、窯爐設備其它方面的改造還有比較深的潛力可挖。在研究過程中，還存在著一些不足，如材料的選擇，受資金的限制，不能選得最好，也沒有能夠進行更多的比較；由于在運行窯爐中試驗，又要保證正常的生產，有些方面做得不是太及時。就窯車改造來說，仍然還有許多可做的工作，我們將在此基礎上繼續(xù)下面的工作，力爭把窯車改造的技術提到一個新的層面，以利更多地節(jié)能降耗。</p><p><b>　　參考文獻</b><

30、/p><p>　　[1] 陸小榮.《陶瓷工藝學》.湖南長沙.湖南大學出版社，2005</p><p>　　[2].校本教材《陶瓷窯爐設計》</p><p>　　[3].校本教材.《陶瓷熱工過程及設備》</p><p>　　[4].李剛.《陶瓷窯爐的節(jié)能方法》</p><p>　　[5].尾花英朗著，徐忠權，《熱交換器設計手

31、冊》</p><p>　　[6].陳立駿，徐景維.從傳統(tǒng)陶瓷隧道窯的熱能分布狀況，探討提高窯爐熱能利用率的潛力中國陶瓷工業(yè),1998,(1):23-26</p><p>　　[7].陳立駿，張儒嶺.日用陶瓷工業(yè)能耗現狀與分析及節(jié)能技術。</p><p>　　[8].張繼光，武力云.超高溫陶瓷窯爐節(jié)能途徑及分析[A],2006年。</p><p&g

32、t;　　[9].曾令可，鄧偉強，稅安澤，王慧.陶瓷工業(yè)的節(jié)能技術[A]，2006年。</p><p>　　[10].姚玉桂.陶瓷廠的節(jié)能[J],陶瓷;1981年02期。</p><p>　　[11].華夏.專家縱論陶瓷窯爐和節(jié)能發(fā)展方向[N]，中國環(huán)境報，2004年。</p><p><b>　　致 謝</b></p><

33、;p>　　能完成這篇論文首先要感謝我的恩師***老師。*老師以嚴謹求實的治學態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度教導了我踏實求學，使我的知識層次又有所提高，打牢了研究基礎；在學術探討和試驗過程中他又以對問題高屋建瓴的專業(yè)見地使我茅塞頓開，逐漸掌握了許多研究方法、研究手段和研究思路。在實驗過程中，也讓我更直觀的了解了很多課本上學不到的東西，對我以后的學習和工作有很大的幫助。在生活上，xx老師更是平易近人，親人般無微不至的關懷，常帶給我許多溫暖和感動

34、?？梢哉f無論是我在學業(yè)上的進步還是個人的成長，都離不開他的關懷。想到付出的辛勞，常為此深深的感動，只有在以后的道路上更加勤勉努力，不負師恩。 同時，感謝陶瓷工藝系主任***老師，以及其它老師，他們在論文開題時提出了很多寶貴意見，對提高本文質量和最終的試驗結果也給于了很大幫助。由此對他們不倦的探求和對學生的關愛讓我永遠充滿敬意。 在此，也要感謝2007級材料工程技術專業(yè)的同窗好友，在同大家的交往中我學到很多，也非?？鞓罚?/p>