改革開放以來，隨著我國陶瓷窯爐技術的快速發(fā)展和清潔燃料的逐步廣泛使用，其能耗大幅下降，己從20世紀80年代的占生產(chǎn)成本的40-45%，降低到現(xiàn)在的30%左右¨。但和西方發(fā)達國家相比，仍有較大舞距，還有巨大的節(jié)能潛力。
一般認為，助燃空氣中的氧氣含量大于21%所采取的燃燒技術，簡稱為富氧燃燒技術。在有色金屬的冶煉、玻璃窯爐中玻璃的熔化、化鐵爐和鑄造爐、內燃機的增氧燃燒、煤氣發(fā)生爐以及生成物質利用、廢棄物焚燒、低熱值司燃氣的利用等啪行業(yè)多采用富氧燃燒技術。
高溫空氣燃燒技術是二十世紀九十年代發(fā)展起來的一種新型燃燒技術，它的特征是煙氣熱量被較大限度地回收，助燃空氣被預熱到1000℃以上，燃料在低氧濃度下燃燒。目前我國高溫空氣燃燒技術的應用主要在鋼鐵工業(yè)的加熱爐中，在陶瓷工業(yè)窯爐中由于氧化鋁陶瓷制品對燒成制度及燒成氣氛有非常嚴格的要求，陶瓷工業(yè)窯爐的高溫空氣燃燒技術研究一種鮮有報道。
本文基于對某公司梭式窯進行熱甲衡測試，采用間歇式燒成工藝。旨在根據(jù)計算結果，結合目前熱工設備和燃料燃燒等新技術（如采用天然氣作燃料，使用高溫空氣燃燒技術、富氧燃燒技術），通過進行M atlab編程分析研究，得出進行技改的節(jié)能潛力。同時根據(jù)企業(yè)技改面臨的資金、技術等難題，提出大力推動合同能源管理在陶瓷工業(yè)技改方面的應用。
方案設計
確定熱平衡測試前得1個月為基準期，基準期內每次燒窯操作基本穩(wěn)定，且無重大設備和操作事故。熱平衡測試期間的有關數(shù)據(jù)為界準數(shù)據(jù)；環(huán)境基準溫度為測試期間正常生產(chǎn)的下均環(huán)境溫度。
要求生產(chǎn)工藝過程穩(wěn)定，實驗嚴格按照燒成制度進行燒成，嚴格遵守升溫曲線，熱工測試持續(xù)時問大于燒成周期。
實驗數(shù)據(jù)
(1)風機的實際流速；(2)換熱器的水量，以便分析換熱器換熱量及換熱能力；(3)梭式窯的外暈溫度分布，分析梭式窯的散熱保溫狀況；(4)環(huán)境溫度，濕度；(5) 控制室記錄系統(tǒng)門帶符溫度測點和壓力測點以及流量測點的讀數(shù)；(6)煙氣取樣及成分濃度分析；(7)預熱風溫度、煙氣離窯溫度、煙氣進入干燥室溫度。
燃料成分
該廠采用的液化石油氣的成分如表1。
熱平衡模型構建
根據(jù)我國國家標準規(guī)定，熱平衡計算以車間環(huán)境溫度和每噸成品為計算基準，由此得出的熱平衡計算公式如下：
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7=Q‘1+Q‘2+Q‘3+Q‘4+ Q‘5+Q‘6+Q‘7+Q‘8+Q‘9
其中：Q1為燃料燃燒熱，kj/kg瓷；Q2為燃料顯熱，kj/kg瓷；Q3為助燃空氣帶入較熱，kJ/kg瓷；Q4為生坯帶入顯熱，kj/kg瓷；Q5為窯體帶入顯熱，kj/kg瓷； Q6為窯車帶入較熱，k J/kg瓷；Q7為窯體開始升溫前蓄熱量，kJ/kg瓷；Q‘1為坯體吸附水、結晶水蒸發(fā)帶走熱量，kJ/kg瓷；Q‘2為粘土燒結耗熱，kJ/kg瓷；Q‘3為坯體吸熱，kj/kg瓷；Q‘4為窯具吸熱，kj/kg瓷；Q‘5為窯壁散熱，kj/kg瓷；Q‘6為燒成溫度下窯體蓄熱量， kj/kg瓷；Q‘7為煙氣帶走顯熱，kj/kg瓷；Q‘8為化學不完全燃燒熱損失，kJ/kg瓷；Q‘9為輻射、對流及其它熱損失，kj/kg瓷；
實驗數(shù)據(jù)整理
根據(jù)實驗實際測量，窯內溫度、窯壁溫度、預熱風溫度以及環(huán)境溫度的升溫曲線如下圖1，2。
從上圖可知，窯內燒成溫度可達到1240℃，分階段升溫，升溫幅度很大；窯壁溫度較高只有60℃，升溫幅度不大；煙氣離窯溫度較高可達450℃；環(huán)境溫度較高達到140℃。
根據(jù)實驗實際測量，氧氣濃度和一氧化碳濃度的變化曲線如圖3。
從圖3可知，氧氣濃度隨著燒成時間的增加，逐漸降低，較低達到6.15%；一氧化碳濃度隨著燒成時間的增加，逐漸升高，較高達到了16m g/m3。
熱平衡計算過程M ATLAB編程計算，各階段及熱量支出項統(tǒng)計如表2（假設實驗誤籌為5%）。
在測試條件下，每燒制一爐的成品消耗液化石油氣的體積為113m3（沒有摻雜N2），消耗的液化石油氣質量為2886kg，1kg合格陶瓷單耗為12163.8kj/kg，有效熱效率為25 .8%，能量利用率為63.7%。
針對測試的不同情況，進行一下七個方面的研究，詳見表3。
若改用天然氣作為燃料（天然氣成分見表4），及目前已有的高溫換熱器（煙氣冷卻空氣預熱）節(jié)能效果分析見表5。煙氣組分及溫度條件采用實測數(shù)據(jù)。
所以通過計算可把天然氣看為c1.02H3.98O0.03N0.01，分子量16.9，低熱值3.61×106kj/Nm3。
以往陶瓷企業(yè)開展節(jié)能減排項目，從項目策劃、籌資到實施全由自己操辦，項目的所有盈利和風險也都由實施企業(yè)承擔。但此種模式己難以適應形勢發(fā)展的需要。生產(chǎn)企業(yè)無論從技術水平和資金實力，均顯得力不從心。 企業(yè)生產(chǎn)只要能達到當?shù)氐呐欧艠藴剩畡t較難有自主開展節(jié)能減排項目的熱情。陶瓷產(chǎn)業(yè)開展節(jié)能減排，引進和運用合同能源管理模式，是一條非常值得探索與實踐，且發(fā)展前景十分廣闊的道路。
合同能源管理的概念
“合同能源管理”（Energy Management Contract. 以F簡稱EMC）是一種基于市場節(jié)能新機制，起源于20世紀70年代，即由專門的節(jié)能服務公司(Energy Service Company．以F簡稱ESC O)，通過與客戶簽訂 節(jié)能服務合同，為客戶提供耗能設備的改良和更新服務， 提供服務所需的資金，在合同期內，ESCO擁有設備的所 有權，并在接下來的一段時間內，按照合同雙方確定的節(jié)能目標向客戶提供綜合節(jié)能服務，從而從節(jié)能降耗所節(jié)約資金的全部或部分中回收投資、獲得利潤。合同結束后，設備和全部節(jié)能效益歸客戶所有。 典型的ESCO工程的流程如圖4所示。
合同能源管理的應用模式
陶瓷窯爐節(jié)能改造的合同能源管理有三種模式：節(jié)能量保證型、節(jié)能效益分享型、節(jié)能費用托管型。
(1)節(jié)能量保證型
在此模式下，ESCO必須在簽訂的合同中向陶瓷企業(yè)保證能耗指標（節(jié)能量），即保證其承包項目在節(jié)能改造后的節(jié)能效益，否則就是違約，ESCO要按照合同約定對陶瓷企業(yè)賠償。作為回報，陶瓷企業(yè)在項目完驗收后，要按照合同約定向ESCO支持項日款。一般還有專門的保險公司參與項日，一口項目失敗，保險公司將承擔ESCO不負責賠償?shù)牟糠帧?/p>
(2)節(jié)能效益分享型
在此模式下，ESCO通過自身渠道，比如向銀行借貸等完成項目融資，同時又和陶瓷企業(yè)簽訂節(jié)能服務合同，節(jié)能效益則有ESCO和陶瓷企業(yè)按照合同約定比例共同分享。在項目實施后的2-3年例，ESCO占據(jù)的效益分成比例會較大，后幾年則逐漸降低，直至合同結束。
(3)節(jié)能費用托管型
在此模式下，陶瓷企業(yè)將自身的能源費用（包括電、氣等）全部交給ESCO管理，ESCO自己改造，節(jié)能效益歸自己所有。陶瓷企業(yè)只需按照合同約定向ESCO提供費用，其余由ESCO負責。
(1)在測試條件F，每燒制一爐的成品消耗液化石油氣的體積為113lm s（沒有摻雜N2），消耗的液化石油氣質量為2886kg，1kg合格陶瓷單耗為12163 .8kJ/kg，有效熱效率為25.8%，能量利用率為63.7ch。如果通過參數(shù)優(yōu)化，使離窯煙氣中一氧化碳濃度降為O.l%和氧氣濃度降為2.1%，同時使排煙溫度降低到150℃以下，則有效熱效率可以達到30.4%，能量利用率達到75.3%，1kg合格陶瓷蓽耗為10291.16kj/kg。如果使用天然氣作為燃料，同時達到上述優(yōu)化條件，則有效熱效率可以達到31.8%，能量利用率達到78.6%，1kg合格陶瓷單耗為9864.8kj/kg。
(2)建議采用天然氣為燃料，利用富氧空氣燃燒技術和商壓空氣燃燒技術，通過降低煙氣離窯溫度和降低CO和O。濃度，提商燃料的能量利用率、有效熱效率， 從而降低1kg合格陶瓷的單耗，進而降低生產(chǎn)成本。
(3)合同能源管理可以與陶瓷的原料制薔、生坯干燥、窯爐改造等生產(chǎn)全過程緊密聯(lián)系，同時還可以再陶瓷企業(yè)推廣諸如富氧燃燒技術、高溫空氣燃燒技術、微波干燥技術等多種新型技術。而且，可以緩解企業(yè)生產(chǎn)改造的技術、經(jīng)濟壓力，并且使ESCO和陶瓷企業(yè)雙方互利， 達到雙贏的日的。將合同能源管理麻用在陶瓷工業(yè)的節(jié)能技改中，是與當前國家產(chǎn)業(yè)政策和節(jié)能減排要求相一致的。
小編：唐東明 原創(chuàng)作者：時章明，易汝楊等人