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(shè)計(jì)（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(zhuān) 業(yè)： 材料工程技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱(chēng)： 講 師 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷

3、窯爐均由原來(lái)的燒煤改成燒氣（煤氣、天燃?xì)?、液化氣﹚，但改造過(guò)程中的能源利用率普遍不高，設(shè)備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應(yīng)的效益增加。本文針對(duì)如何提高陶瓷窯爐由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料燃燒后由質(zhì)的變化而帶來(lái)的效益。我們對(duì)某陶瓷有限公司隧道窯窯車(chē)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造試驗(yàn)。我們采用了熱導(dǎo)率低、密度小、有足夠強(qiáng)度的耐火材料作窯車(chē)車(chē)襯，在設(shè)計(jì)窯車(chē)襯磚時(shí)，除考慮降低蓄熱及散熱損失外，還考慮了實(shí)際工作條件對(duì)窯車(chē)的影響，如車(chē)襯材質(zhì)的荷重軟化溫度要大，在高溫下

4、不與制品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。為此，本次研究設(shè)計(jì)了兩種低蓄熱窯車(chē)結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行試驗(yàn)。改造過(guò)程上馬快，投資小，且節(jié)能明顯，獲得了預(yù)期的效果。</p><p>　　關(guān)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(jù)3</p><p>　　4. 課題研究的目標(biāo)3</p><p>　　5. 課題研究的主要內(nèi)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(guò)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(wèn)題及今后的設(shè)想9</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　致 謝12</b></p><p><b&g

7、t;　　前 言</b></p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷窯爐均由原來(lái)燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃?xì)?、液化氣﹚，但改造過(guò)程中的能源利用率普遍不高，存在較大問(wèn)題。成本的提高卻未獲得相應(yīng)的效益。如何提高由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料質(zhì)的變化而帶來(lái)的效果，這就為廣大熱工工作者提出了要求，本著該目的，結(jié)合工廠現(xiàn)實(shí)情況，圍繞學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，提出了此課題。</p><p&g

8、t;<b>　　方法與路線：</b></p><p>　　針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況存在的實(shí)際問(wèn)題→理論分析→實(shí)際調(diào)研→結(jié)合現(xiàn)狀→設(shè)計(jì)方案→數(shù)據(jù)計(jì)算→結(jié)構(gòu)改造→結(jié)果分析→改進(jìn)提高。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外成熟應(yīng)用情況：</p><p>　　國(guó)內(nèi)外單獨(dú)應(yīng)用情況已有一定的成功經(jīng)驗(yàn)，但在改造過(guò)程中利用原設(shè)備獲得相應(yīng)效果則較少。</p><p

9、><b>　　預(yù)計(jì)技術(shù)與成果：</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有存在的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)科學(xué)分析、理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行比較 ，在運(yùn)行窯爐中獲得數(shù)據(jù)， 預(yù)計(jì)在原基礎(chǔ)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(guó)家科技部、國(guó)家環(huán)?？偩致?lián)合有關(guān)部委組織的清潔能源行動(dòng)。核心問(wèn)題是

10、如何清潔高效地利用煤炭。其主要內(nèi)容是：推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，加大清潔能源使用比例；大力推廣應(yīng)用清潔能源技術(shù)；實(shí)施清潔能源行動(dòng)將促進(jìn)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(zhì)量。能源緊張已制約世界經(jīng)濟(jì)和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陶瓷行業(yè)作為耗能大戶(hù)行業(yè)之一，如何節(jié)能降耗不單是為國(guó)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(gè)生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)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(rùn)上升空間。</p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷窯爐均由原來(lái)的燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃?xì)?、液化氣﹚，但改造過(guò)程中的能源利用率普遍不高，設(shè)備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應(yīng)的效益增加。如何提高由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料燃燒后由質(zhì)的變化而帶來(lái)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(jié)合工廠實(shí)際情況，針對(duì)窯爐現(xiàn)狀提出該課題，同時(shí)得到學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)專(zhuān)家組的審定通過(guò)，進(jìn)行相關(guān)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(wèn)題，始終制約著陶瓷行業(yè)的發(fā)展。相關(guān)企業(yè)能耗的調(diào)查結(jié)果顯示，陶瓷燒成能耗指標(biāo)最高與最低相比，有的可達(dá)到幾倍。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際能源市場(chǎng)供應(yīng)形勢(shì)發(fā)生了許多變化，令人不得不更加關(guān)注陶瓷行業(yè)

13、的節(jié)能?？梢哉f(shuō)，將來(lái)陶瓷業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)首先是降低能耗型的先進(jìn)燒成技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　陶瓷窯爐煤改氣工程在全國(guó)范圍內(nèi)可謂是一場(chǎng)大革命，絕大部分窯爐都進(jìn)行了改造。由于改造過(guò)程中投資大、費(fèi)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(méi)有作更深層次的窯體結(jié)構(gòu)改造，這就造成了用潔凈燃料燒老設(shè)備，成本提高了但是效益卻沒(méi)有體現(xiàn)。因此窯爐結(jié)構(gòu)（如窯體、窯車(chē)及其他附屬設(shè)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(shí)進(jìn)行。而對(duì)于窯車(chē)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(duì)某陶瓷有限公司隧道窯窯車(chē)進(jìn)行了改造試驗(yàn)。</p><p>　　3. 課題研究的依據(jù)</p><p>　　隧道窯窯內(nèi)溫差大是長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的問(wèn)題，造成溫差大的原因雖然很多，但是主要原因是窯車(chē)蓄熱量大。國(guó)內(nèi)外已對(duì)此

15、進(jìn)行了較多的研究，并一致認(rèn)為，采用低蓄熱車(chē)，既可有效降低隧道窯預(yù)熱帶上下溫差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可節(jié)能降耗，改善操作環(huán)境，延長(zhǎng)窯車(chē)壽命等。國(guó)內(nèi)也有成功的先例。針對(duì)該陶瓷有限公司隧道窯窯車(chē)的實(shí)際生產(chǎn)情況，充分利用國(guó)產(chǎn)耐火材料，對(duì)其原窯車(chē)車(chē)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造。并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算分析。</p><p>　　4. 課題研究的目標(biāo)</p><p>　　傳統(tǒng)陶瓷窯爐所用窯車(chē)都是用重質(zhì)耐火材料砌筑而成，體

16、積笨重，操作難度增加。窯車(chē)砌筑耐火材料重量越大，窯車(chē)在燒成過(guò)程中蓄積熱量就越多，熱交換就越高，隧道窯在燒成過(guò)程中熱交換比例就越大，也就是說(shuō)燒成過(guò)程中的能耗就越大，為了提高熱效率，窯車(chē)的重量必須盡可能降低以減少熱交換。達(dá)到提高產(chǎn)量降低能耗，同時(shí)增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的目的。</p><p>　　5. 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　隧道窯是一種比較先進(jìn)的、機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、能耗低的熱

17、工設(shè)備。其中窯車(chē)式隧道窯得到了最為廣泛的應(yīng)用。但是窯車(chē)式隧道窯最嚴(yán)重的缺陷即窯車(chē)笨重，并且在其隨著裝載制品一起經(jīng)過(guò)隧道窯被加熱及冷卻的過(guò)程中處于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程，加熱時(shí)它阻礙和延遲升溫，消耗大量熱能；冷卻時(shí)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(chǎn)實(shí)踐表明，采用熱導(dǎo)率低、密度小、有足夠強(qiáng)度的耐火材料作窯車(chē)車(chē)襯，可以有效地降低窯車(chē)的蓄熱量、散熱量。但窯車(chē)的工作條件隨著燒成制品的變化而變化，因此在設(shè)計(jì)窯車(chē)襯磚時(shí)，除考慮降低

18、蓄熱及散熱損失外，還必須考慮實(shí)際工作條件對(duì)窯車(chē)的影響，如車(chē)襯材質(zhì)的荷重軟化溫度要大，在高溫下不與制品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。為此，本次研究設(shè)計(jì)了低蓄熱窯車(chē)結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　6. 課題研究的方法與步驟</p><p>　　1.分析原窯車(chē)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　原窯車(chē)的襯磚總厚度為320mm，原襯磚材質(zhì)從車(chē)臺(tái)面往下依次為高鋁磚(厚88 mm)、粘土磚、

19、輕質(zhì)粘土磚(厚232mm)。如圖1。</p><p>　　圖1 原窯車(chē)襯磚排布示意圖（窯車(chē)寬1800mm）</p><p>　　圖2 原窯車(chē)實(shí)物圖（窯車(chē)寬1800mm）</p><p>　　2.設(shè)計(jì)低蓄熱窯車(chē)結(jié)構(gòu)</p><p>　　原窯車(chē)基本上全部使用的是重質(zhì)耐火材料。在不改變?cè)G車(chē)車(chē)襯長(zhǎng)、寬、高的情況下，第1方案為第l層(從車(chē)

20、臺(tái)面往下)為莫來(lái)石磚厚134mm，以下各層分別為粘土質(zhì)隔熱磚(134mm)及輕質(zhì)澆注料52mm。第2方案將第1層改為堇青石莫來(lái)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(lái)石質(zhì)材料作為立柱支撐，最下層用90mm輕質(zhì)粘土磚。試驗(yàn)采用第2方案。如圖3。</p><p>　　圖3 設(shè)計(jì)低蓄熱窯車(chē)示意圖(窯車(chē)寬1800mm）</p><p>　　3.窯車(chē)車(chē)襯所用有關(guān)

21、材質(zhì)的物理參數(shù)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(jiàn)圖4。</p><p>　　圖4 隧道窯典型燒成曲線</p><p>　　7. 課題研究的過(guò)程及分析</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)不同的窯車(chē)材料和窯車(chē)結(jié)構(gòu)的比較，確定窯車(chē)改造的思路為以輕質(zhì)材料替代重質(zhì)材料，以立柱支撐系統(tǒng)間歇鋪墊隔熱纖維。</p>

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

23、窯車(chē)的蓄熱和傳導(dǎo)。</p><p>　　隧道窯的兩側(cè)、窯頂和窯車(chē)面形成窯的4個(gè)受熱面，除了窯車(chē)面外其余3個(gè)面在窯爐燒成過(guò)程中溫度保持恒定不變，它們的熱消耗僅限于向外傳導(dǎo)的熱損失，而窯車(chē)是在室溫下推入隧道窯，當(dāng)窯車(chē)在窯道內(nèi)前進(jìn)的過(guò)程中除了向下傳導(dǎo)的熱量外，還吸收并貯存大量的熱量，使其車(chē)面與窯道內(nèi)的溫度相同，以達(dá)到與制品的燒成溫度一致。當(dāng)窯車(chē)從隧道窯出車(chē)后，溫度又會(huì)降至室溫，大量的積蓄熱量又散失掉，形成高低溫度周而復(fù)

24、始的循環(huán)，造成浪費(fèi)。所以高質(zhì)量的隔熱材料可以減少蓄熱量和熱損失。因此窯車(chē)面采用底下覆蓋一層140mm厚硅酸鋁纖維毯。整輛窯車(chē)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(chē)之間接縫處熱量的損失，改窯車(chē)磚與窯車(chē)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(guān)鍵，為保證立柱的可靠性，所有立柱選用重質(zhì)堇青石結(jié)合莫來(lái)石質(zhì)材料。圖五為新設(shè)計(jì)窯車(chē)實(shí)物圖。</p><p&g

25、t;　　圖五 設(shè)計(jì)低蓄熱窯車(chē)實(shí)物圖</p><p>　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的耐火材料行業(yè)發(fā)展很快，出現(xiàn)了很多優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)材料可以選用，能完全有效實(shí)現(xiàn)窯車(chē)重量的減輕</p><p>　　原窯車(chē)與試驗(yàn)窯車(chē)相關(guān)數(shù)據(jù)比較見(jiàn)表2</p><p>　　表2 原窯車(chē)與試驗(yàn)窯車(chē)相關(guān)數(shù)據(jù)比較 </p><p><b>　　8．課題研究成果</b&g

26、t;</p><p>　　（1）該窯爐窯內(nèi)容納窯車(chē)55輛，根據(jù)上述設(shè)計(jì)，其中輕質(zhì)化改造了30輛。在不改變燒成制度的前提下，投入試驗(yàn)運(yùn)行，實(shí)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(chē)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>　　（2）經(jīng)測(cè)算，若全窯窯車(chē)全部改造，則每月可

27、節(jié)煤93t, 節(jié)約用煤量達(dá)到24.54%。全年可節(jié)煤1116t,按每噸優(yōu)質(zhì)塊煤1000元計(jì)算，全年就可節(jié)約一百多萬(wàn)元。而窯車(chē)改造每輛窯車(chē)增加費(fèi)用一萬(wàn)元。半年時(shí)間就可收回窯車(chē)改造費(fèi)用成本，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。</p><p>　　（3）由于窯車(chē)的輕質(zhì)化，降低了窯車(chē)蓄熱，窯車(chē)的出窯溫度明顯降低，同時(shí)大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，車(chē)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(chē)材料的選用較大地影響窯爐的能耗指標(biāo)。在現(xiàn)有的條件下，國(guó)產(chǎn)耐火材料已完全能滿足輕質(zhì)化裝備的需要，對(duì)于中溫隧道窯尤其適用。由此可見(jiàn)，窯車(chē)改造是煤改氣陶瓷窯爐實(shí)現(xiàn)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(wèn)題及今后的設(shè)想</p><p>　　本課題研究?jī)H僅取得了階段性的成功，僅對(duì)窯車(chē)的改造做了一些工作。對(duì)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(duì)于

29、窯爐設(shè)備其它方面的改造還有比較深的潛力可挖。在研究過(guò)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(méi)有能夠進(jìn)行更多的比較；由于在運(yùn)行窯爐中試驗(yàn)，又要保證正常的生產(chǎn)，有些方面做得不是太及時(shí)。就窯車(chē)改造來(lái)說(shuō)，仍然還有許多可做的工作，我們將在此基礎(chǔ)上繼續(xù)下面的工作，力爭(zhēng)把窯車(chē)改造的技術(shù)提到一個(gè)新的層面，以利更多地節(jié)能降耗。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

30、/p><p>　　[1] 陸小榮.《陶瓷工藝學(xué)》.湖南長(zhǎng)沙.湖南大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[2].校本教材《陶瓷窯爐設(shè)計(jì)》</p><p>　　[3].校本教材.《陶瓷熱工過(guò)程及設(shè)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(quán)，《熱交換器設(shè)計(jì)手

31、冊(cè)》</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(guó)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(xiàn)狀與分析及節(jié)能技術(shù)。</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(qiáng)，稅安澤，王慧.陶瓷工業(yè)的節(jié)能技術(shù)[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(zhuān)家縱論陶瓷窯爐和節(jié)能發(fā)展方向[N]，中國(guó)環(huán)境報(bào)，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(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度教導(dǎo)了我踏實(shí)求學(xué)，使我的知識(shí)層次又有所提高，打牢了研究基礎(chǔ)；在學(xué)術(shù)探討和試驗(yàn)過(guò)程中他又以對(duì)問(wèn)題高屋建瓴的專(zhuān)業(yè)見(jiàn)地使我茅塞頓開(kāi)，逐漸掌握了許多研究方法、研究手段和研究思路。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也讓我更直觀的了解了很多課本上學(xué)不到的東西，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)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(wú)微不至的關(guān)懷，常帶給我許多溫暖和感動(dòng)

34、。可以說(shuō)無(wú)論是我在學(xué)業(yè)上的進(jìn)步還是個(gè)人的成長(zhǎng)，都離不開(kāi)他的關(guān)懷。想到付出的辛勞，常為此深深的感動(dòng)，只有在以后的道路上更加勤勉努力，不負(fù)師恩。 同時(shí)，感謝陶瓷工藝系主任***老師，以及其它老師，他們?cè)谡撐拈_(kāi)題時(shí)提出了很多寶貴意見(jiàn)，對(duì)提高本文質(zhì)量和最終的試驗(yàn)結(jié)果也給于了很大幫助。由此對(duì)他們不倦的探求和對(duì)學(xué)生的關(guān)愛(ài)讓我永遠(yuǎn)充滿敬意。 在此，也要感謝2007級(jí)材料工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)的同窗好友，在同大家的交往中我學(xué)到很多，也非?？鞓?lè)，正