改革開放以來，隨著我國陶瓷窯爐技術(shù)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(jì)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(dá)國家相比，仍有較大舞距，還有巨大的節(jié)能潛力。
一般認(rèn)為，助燃空氣中的氧氣含量大于21%所采取的燃燒技術(shù)，簡稱為富氧燃燒技術(shù)。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(nèi)燃機(jī)的增氧燃燒、煤氣發(fā)生爐以及生成物質(zhì)利用、廢棄物焚燒、低熱值司燃?xì)獾睦玫扰拘袠I(yè)多采用富氧燃燒技術(shù)。
高溫空氣燃燒技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)，它的特征是煙氣熱量被較大限度地回收，助燃空氣被預(yù)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(shù)的應(yīng)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(yán)格的要求，陶瓷工業(yè)窯爐的高溫空氣燃燒技術(shù)研究一種鮮有報(bào)道。
本文基于對某公司梭式窯進(jìn)行熱甲衡測試，采用間歇式燒成工藝。旨在根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合目前熱工設(shè)備和燃料燃燒等新技術(shù)（如采用天然氣作燃料，使用高溫空氣燃燒技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)），通過進(jìn)行M atlab編程分析研究，得出進(jìn)行技改的節(jié)能潛力。同時(shí)根據(jù)企業(yè)技改面臨的資金、技術(shù)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(yīng)用。
方案設(shè)計(jì)
確定熱平衡測試前得1個(gè)月為基準(zhǔn)期，基準(zhǔn)期內(nèi)每次燒窯操作基本穩(wěn)定，且無重大設(shè)備和操作事故。熱平衡測試期間的有關(guān)數(shù)據(jù)為界準(zhǔn)數(shù)據(jù)；環(huán)境基準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照燒成制度進(jìn)行燒成，嚴(yán)格遵守升溫曲線，熱工測試持續(xù)時(shí)問大于燒成周期。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
(1)風(fēng)機(jī)的實(shí)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(diǎn)和壓力測點(diǎn)以及流量測點(diǎn)的讀數(shù)；(6)煙氣取樣及成分濃度分析；(7)預(yù)熱風(fēng)溫度、煙氣離窯溫度、煙氣進(jìn)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(gòu)建
根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱平衡計(jì)算以車間環(huán)境溫度和每噸成品為計(jì)算基準(zhǔn)，由此得出的熱平衡計(jì)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(jié)晶水蒸發(fā)帶走熱量，kJ/kg瓷；Q‘2為粘土燒結(jié)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(xué)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際測量，窯內(nèi)溫度、窯壁溫度、預(yù)熱風(fēng)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(nèi)燒成溫度可達(dá)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(dá)450℃；環(huán)境溫度較高達(dá)到140℃。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)間的增加，逐漸降低，較低達(dá)到6.15%；一氧化碳濃度隨著燒成時(shí)間的增加，逐漸升高，較高達(dá)到了16m g/m3。
熱平衡計(jì)算過程M ATLAB編程計(jì)算，各階段及熱量支出項(xiàng)統(tǒng)計(jì)如表2（假設(shè)實(shí)驗(yàn)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(zhì)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(jìn)行一下七個(gè)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?fù)Q熱器（煙氣冷卻空氣預(yù)熱）節(jié)能效果分析見表5。煙氣組分及溫度條件采用實(shí)測數(shù)據(jù)。
所以通過計(jì)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(xiàng)目，從項(xiàng)目策劃、籌資到實(shí)施全由自己操辦，項(xiàng)目的所有盈利和風(fēng)險(xiǎn)也都由實(shí)施企業(yè)承擔(dān)。但此種模式己難以適應(yīng)形勢發(fā)展的需要。生產(chǎn)企業(yè)無論從技術(shù)水平和資金實(shí)力，均顯得力不從心。 企業(yè)生產(chǎn)只要能達(dá)到當(dāng)?shù)氐呐欧艠?biāo)準(zhǔn)．則較難有自主開展節(jié)能減排項(xiàng)目的熱情。陶瓷產(chǎn)業(yè)開展節(jié)能減排，引進(jìn)和運(yùn)用合同能源管理模式，是一條非常值得探索與實(shí)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(jī)制，起源于20世紀(jì)70年代，即由專門的節(jié)能服務(wù)公司(Energy Service Company．以F簡稱ESC O)，通過與客戶簽訂 節(jié)能服務(wù)合同，為客戶提供耗能設(shè)備的改良和更新服務(wù)， 提供服務(wù)所需的資金，在合同期內(nèi)，ESCO擁有設(shè)備的所 有權(quán)，并在接下來的一段時(shí)間內(nèi)，按照合同雙方確定的節(jié)能目標(biāo)向客戶提供綜合節(jié)能服務(wù)，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(jié)束后，設(shè)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(yīng)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(fèi)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(biāo)（節(jié)能量），即保證其承包項(xiàng)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(bào)，陶瓷企業(yè)在項(xiàng)目完驗(yàn)收后，要按照合同約定向ESCO支持項(xiàng)日款。一般還有專門的保險(xiǎn)公司參與項(xiàng)日，一口項(xiàng)目失敗，保險(xiǎn)公司將承擔(dān)ESCO不負(fù)責(zé)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(xiàng)目融資，同時(shí)又和陶瓷企業(yè)簽訂節(jié)能服務(wù)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(xiàng)目實(shí)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(jié)束。
(3)節(jié)能費(fèi)用托管型
在此模式下，陶瓷企業(yè)將自身的能源費(fèi)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(fèi)用，其余由ESCO負(fù)責(zé)。
(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(zhì)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(shí)使排煙溫度降低到150℃以下，則有效熱效率可以達(dá)到30.4%，能量利用率達(dá)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(shí)達(dá)到上述優(yōu)化條件，則有效熱效率可以達(dá)到31.8%，能量利用率達(dá)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(shù)和商壓空氣燃燒技術(shù)，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(jìn)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(shí)還可以再陶瓷企業(yè)推廣諸如富氧燃燒技術(shù)、高溫空氣燃燒技術(shù)、微波干燥技術(shù)等多種新型技術(shù)。而且，可以緩解企業(yè)生產(chǎn)改造的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)壓力，并且使ESCO和陶瓷企業(yè)雙方互利， 達(dá)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(dāng)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(shí)章明，易汝楊等人