做好这几点能大大提高耐火砖隧道窑的热效率
耐火制品企业是高耗能企业，而隧道窑是耐火制品生产过程中的主要耗能设备。近年来，尽管对隧道窑的控制以及结构都作了大量改进，但国内隧道窑与国外相比，在设计和生产中仍然存在较大差距。最为突出的问题是能耗高、烧损大和产品质量不稳定。因此，加强隧道窑在设计和运行等方面的研究对提高我国耐材行业的整体水平，并最终提高整个耐材行业在国际上的竞争力都有着重要的现实意义。
对耐火隧道窑进行热平衡测试了解它的能量利用情况，再结合该炉窑的热工操作、窑体结构和生产管理方面的具体情况，可以从中得到有价值的节能经验或找出更好的节能措施，因而对隧道窑进行热平衡测定是很有必要的。
一
耐火隧道窑热工测试方法
为保证测试数据的准确和可靠，耐火隧道窑热工测试安排在正常生产工况期间，并保证设备连续运行、生产操作连续稳定后进行测试。根据一个焙烧周期的实际测定结果进行热平衡计算。
1.1隧道窑技术参数
以某耐火材料公司高铝砖隧道窑为测试对象，其技术参数见表1。
1.2隧道窑测试依据和目的
表1某耐火材料公司高铝砖隧道窑技术参数
测试依据是《中华人民共和国国家标准》之GB/T23459-2009《陶瓷工业窑炉热平衡、热效率测定与计算方法》及原冶金部《耐火工业隧道窑热平衡测定与计算方法暂行规定》。
测试目的是对隧道窑热工性能进行评价，定量分析隧道窑热量利用现状，确定其热效率及经济指标，为下一步隧道窑的节能改造提供依据和参考。
1.3隧道窑热工测试参数及其测试方法
隧道窑各部分外表面温度、窑车钢结构及耐火砖温度由红外热像仪测得;去干燥的烟气成分和温度、排烟的气体成分和温度由烟气分析仪测得;高铝砖出窑温度由多支热电偶与数据记录仪相结合测得;环境温度和湿度由数显温湿度计测得;环境风速由热线风速仪测得;各管道烟气流速由毕托管与数显微压计相结合测得;窑体及炉门尺寸、各管道直径用米尺现场测量;燃料消耗量现场记录数据;窑车及耐火砖质量、燃料成分及温度、高铝砖含水量由厂方提供;孔洞辐射温度由高温红外热像仪测得;一、二次风量由热线风速计现场测得。测试数据经过处理和计算可以得到高铝砖隧道窑热平衡状况，见表2。
表2生产1吨高铝砖的热平衡表
二
热工测试结果及节能分析
从热平衡测试来看，该隧道窑系统运行安全、平稳、可靠，各项技术性能指标较为稳定。出窑制品温度低，说明冷却进行的很彻底，有效地降低了窑车及成品带出的显热损失。
根据《陶瓷工业窑炉热平衡、热效率测定与计算方法》的规定，烧成产品的窑炉热效率为烧成产品的有效热与供给热的比值：
式中 ：Q2 为 坯 体 吸 附 水 分 、结晶水分的蒸发及水蒸气加热所需的热量，kj;Q3为坯体烧成过程分解黏土耗热，kJ;Q4为焙烧至最高烧成温度耗热，kJ。
根据测试数据和公式(1)，可得出高铝砖隧道窑的热效率为17%左右，与国内同期窑相比热能利用状况较好。但与近年来先进的隧道窑相比，仍有一定的差距。其中燃烧不充分、烟气余热损失、散热损失大、窑车及衬砖带走热是影响隧道窑热效率的主要因素。
(1)燃烧不充分
在炉子运行中正确控制燃料量与空气量的配比，是合理组织燃烧过程的关键。在保证燃料完全燃烧的前提下，助燃空气量越少，其燃烧效果就越好。
实际操作过程中，操作人员对空气系数设置在理论上是合理的，一般不超过1.10。但在测试过程中，利用烟气分析仪测得烟气中O2含量大于10%，说明烧嘴的设计不是十分合理，导致发生炉煤气和助燃空气之间混合不均匀，影响燃烧效果。
可以通过烧嘴结构优化，改善发生炉煤气和助燃空气混合状态，实现充分燃烧。
(2)排烟热损失
通过测试可知排烟热损失约占热支出的70%，虽然大部分烟气通过管道输送到干燥窑进行利用，但仍有部分排空。排烟热损失是隧道窑热效率不高的主要原因，且其排烟温度近200℃。
有效利用烟气余热是减少热损失最直接、最有效的办法。建议更换高效余热回收装置回收及利用富裕高温烟气显热，通过提高其利用水平来提高理论燃烧温度，进而提高隧道窑的全系统热效率;还可以通过更换燃料种类如天然气等，使改造投产后烟气产生量大量减少，进而减少排烟热损失，可节能30%以上。
(3)表面散热损失
窑体表面散热损失较大。烧成带部分外表面平均温度为130℃，特别是孔洞附近表面及内部衬砖损坏部位温度高达200℃以上，大大超过了国标GB/T24565-2009《隧道窑节能监测》中小于等于70℃的规定。建议在隧道窑外表面上铺设50mm保温石棉毡，将窑外表面温度降低到80℃左右，可以节能8%以上。增强炉体的保温和对热风管道采取相应的保温是提高热效率的有效措施。
(4)窑车及衬砖带走热量
窑车及衬砖带走热是指窑车和衬砖蓄热量，占总热支出的6.04%。建议在满足窑车承载强度的前提下，减少衬砖的数量。
(5)车下风热损失
车下风是为了冷却台车，延长其使用寿命，向台车下部通入的冷却风，一般车下风温度为150°C左右。这部分热损失只占总热支出的1.53%，且该损失为工艺要求，所以在节能工作中可以不予考虑。
三
结 论
从测试结果看，高铝砖隧道窑热效率为17%左右，与国内同期窑相比热能利用状况较好。但与近年来先进的隧道窑相比，仍有一定的差距。影响隧道窑热效率的主要因素为燃烧不充分、散热损失大和烟气余热损失。其中通过烧嘴结构优化可以改善燃烧不充分的影响;更换高效高温烟气余热回收装置和更换燃料种类(如天然气)可以减少排烟热损失;增强炉体和热风管道保温能够降低表面散热损失;减少衬砖的数量可以减少衬砖蓄热量。采取上述节能措施，可以提高隧道窑热效率50%以上。车下风热损失是工艺要求，可以不予考虑。
中钢集团鞍山热能研究院