燃烧理论与数值模拟课程论文-(陶瓷生产中的节能减排优化)

陶瓷生产中的节能减排优化摘要：本文阐述在陶瓷生产过程中，对于能量的利用如何进行优化处理，以达到有效利用资源，减少碳排放以及减少成本的目的。通过对陶瓷生产的各个主要程序的能效利用提出优化的改善建议，综合实现节能减排的目的。关键词：节能减排、优化、燃烧控制、变频节能、余热利用面对竞争越来越激烈的销售市场形势与原料来源的价格双重压力，陶瓷行业的开始步入薄利时代，如何减轻企业自身的产品资源损耗、降低产品的生产成本已成为企业十分重视的一个经济增长点，同时政府节能减排政策要求的逐步提高对高能耗企业的发展模式提出了新的要求。如何在自身生产环节中采用先进可靠技术实现节能减排，提高产品市场竞争力与企业的社会承认度已成为企业持续稳定发展的一个长远战略课题。近年来，各陶瓷生产企业在国际市场的竞争中也领略到了先进生产工艺与设备的技术和经济优势，均在多方引进各种降低资源消耗的相关技术，不断改善自身的工艺运行水平。国内外在窑炉生产运行的节能减排方面进行了长期尝试，亦取得了一定的效果。在陶瓷窑炉节能上，现有的技术措施可以大致分为：原料制备过程中的节能措施、陶瓷产品成型与干燥过程中的节能措施、陶瓷制品焙烧过程中的节能措施、其他节能措施。原料制备过程中的节能措施。有资料显示，原料制备部分的能耗在整个陶瓷生产过程中占很大的比例，因此也是节能潜力较大的部分之一。对于原料的制备，首先要取消噪音大、能耗高、难以除尘的粗中碎系统，采用连续式、大吨位球磨机进行细磨，不仅可以大幅度提高产量而且节电效果明显。喷雾干燥制粉时，降低泥浆的含水量，提高热风的温度，加大进塔泥浆量，降低废气温度，也可以在提高产量的同时获得较好的节能效果。陶瓷制品成型与干燥过程中的节能措施。对于建筑陶瓷，在选择压砖机上，可选用大吨位、宽间距的压机，实现一机一窑，可以增大产量，提高砖坯质量和产品合格率，同时获得良好的节能效果。值得一提的是，最近广东有关企业开发的大吨位液压全自动陶瓷压砖机系列，最高吨位达到了7800t的国际先进水平。大大提高我国陶瓷墙地砖产品装备的国际竞争力，不仅在国内大量取代进口产品，而且已出口国外，这无疑为我国陶瓷工业的发展打下了坚实的基础。采用空气快速干燥器可明显缩短干燥周期实现节能。另外，微波干燥技术也日益受到关注。陶瓷产品烧成过程中的节能措施。众所周知，陶瓷工业生产过程中要消耗大量的能源，烧成工序的能耗约占总能耗的61%左右，而烧成工序又以陶瓷窑炉为主要能耗设备。在陶瓷产品烧成过程中的节能措施主要有：⑴采用低温快烧工艺；⑵采用裸装明焰烧成技术；⑶采用新型节能燃烧技术；⑷窑型向辊道窑发展；⑸采用高效、轻质保温耐火材料和新型节能涂料优化衬里；⑹改善窑体结构；⑺采用自动控制技术；⑻窑车窑具轻型化；⑼采用清洁液体和气体燃料；⑽充分利用窑炉余热；⑾采用高速烧嘴；⑿采用一次烧成新工艺；⒀加强窑体密封性和窑内压制度；⒁采用微波辅助烧结技术等。以上节能措施，形式各异，但都是从减少要提散热、提高燃烧效率、增强产品有效吸热量、缩短生产周期出发最终提高窑炉热量利用率，实现节能目标。其他节能措施。如配置节电系统，降低厂用电、使用单螺杆空压机代替活塞式压缩机和罗茨风机、减少炉内落脏，提高成品率等。烟气治理的除尘、脱硫技术，在国外、国内已经进行实验、研究、应用的方法有几百种之多。有的已达到技术成熟程度较高的商业化应用水平，有的尚处于试验、研究阶段。其中代表性技术有，麻石水膜除尘器，文丘里及双文丘里水膜除尘器，石灰石法，荷电法等。通过对所掌握的资料进行分析和对比，可以发现，无一例外全部是根据酸碱中和原理进行研究和设计的。究其相关性，无不在于烟气与脱除二氧化硫物质的有效混合方法不同、产生化学反应的物质不同以及使烟气治理在大大降低成本的同时，得到更充分的社会整体效益。其共性在于尽最大可能提高烟气与脱硫剂的混合质量。混合质量越好，除尘、脱硫效率就越高。结构相对越简单，运行的安全可靠性就越好，投运率就越高。石灰、石灰石湿式脱硫工艺是目前界上技术最为成熟、应用范围最为广泛的脱硫方法，特别在美国、德国和日本，应用该脱硫法机组容量约占电站脱硫装机总容量的80%以上。随着陶瓷行业的高速发展及对技术革新的需求不断增强，在陶瓷窑炉的节能减排方面的专利也不断涌现，其中比较有代表性的有：“

节能型窑炉及其实施方法”、“

窑炉用组合式陶瓷纤维炉衬及其制法”、“一种南方瓷业窑炉的消烟除尘技术”、“陶瓷工业窑炉烟气的直接利用方法”等。1、建立陶瓷窑炉的燃烧预测控制技术“原料是基础，成型是条件，烧成是关键”，在陶瓷的发展中，烧成一直是至关重要的。其实，烧成，狭义地说就是窑炉温度的控制。陶瓷窑炉的燃烧预测控制技术，根据原料和产品特性需要，结合窑炉沿线在线温度检测数据，通过分析窑炉内产品焙烧过程中的炉内传热传质机制建立仿真模型进行在线模拟计算，再现炉内的温度场分布情况，并实时预测当前燃烧条件下的窑炉内关键温度点的温度变化曲线。通过比对预测的未来温度变化曲线与理想工艺生产曲线的偏差，调整窑炉各燃烧器入口的物料参数，使其达到炉内温度场分布合理、燃烧参数按合理生产工艺稳定变化的效果。该技术的主要革新在于以窑炉在线温度检测参数为依据，未来运行参数的预测为基础，进行燃烧优化控制调解，使得燃烧稳定性提高、温度分布合理，以提高产品质量和燃料利用率，并减少产品的焙烧工艺周期。同时以内部温度场的合理分布为依据，优化调节各燃烧喷口的燃料量，以有效降低排放烟气的余热损失。窑炉温度模糊控制原理：在测得某区域温度的基础上建立实测温度与预测温度之间的数学关系模型。当实测温度偏离预测温度时，采集的温度数据通过模糊控制器的修正，输出信号调节燃料量以及空气、燃料之比来达到调节的目的。模糊控制器的工作原理测量被控制量的输入数据(这里为温度)，通过模糊化方法将该输入量转化成输入变量模糊子集的隶属函数值。然后根据模糊控制规则进行模糊推理，得出输出变量模糊子集的隶属度，最后将输出的模糊变量转变为可供实际控制输出的精确值。控制过程如图1所示，其中模糊控制模型见图2。实践总结的逻辑规则所对应模糊语言的关系式为：其中相应的语句表述含义为:⑴若温度过低且温度还有持续下降的趋势,则应加大燃料阀的开度,以保证合理温度。⑵若温度波动不大,且温度的缓慢增长的趋势,则应稍减小燃料阀的开度,以此类推。由测量输入的数据确定温度变化及其变化率,再根据每条控制规则得出控制量,经过模糊判决得到一系列的控制量等级作为控制器的输出。这里的隶属函数采用最常用的正态型函数曲线。计算并训练后得到的控制规则见表1。表1中符号意义如下：P=Positive；N=Negative；Z=Zero；B=Big；M=Middle；S=Small；O=None；它们的组合PB、PM言变量值；为被测温度与经验温度的偏差；为被测温度与经验温度偏离的速度即:dE/dt；为输出；前述的模糊语言关系式中模糊语言变量值下标e、ec、u即表示对应于、、的值。该技术机遇开发以下的内容以达到精确控制和节能的目的：根据主要原料特性、燃料特性和产品性能要求建立烧成工艺制度；建立实测温度与预测温度之间的数学关系模型；计算并训练得到合理的控制规则；改造现有控制系统，建立窑炉燃烧计算机智能控制系统。2、变频节能技术陶瓷生产的电能消耗和原材料消耗、燃料消耗一样是耗能大户，建筑陶瓷的电耗有的高达5kWh/m2，以金意陶年产1400万m2的产能计算，电耗成本为几千万元。同时电力消耗也是很有节能潜力的一块资源消耗。项目针对陶瓷生产中的一些主要用电设备的使用特点，通过性价比核算，采用节电器以及变频节能技术进行设备改造，以达到电力节能的效果。球磨制粉机是陶瓷生产企业最大的耗电设备，其现在的起动方式和控制手段浪费了大量的电能，而且球磨机在起动时受到较大的冲击力，对球磨机的机轴和波箱齿轮损坏较大，无形中增加了维修费用；此外，由于球磨机起动时冲击电流大（通常为额定电流的７～８倍），容易造成电网电压的波动，严重时造成设备跳闸，影响正常的生产。球磨制粉机使用过程中随原料品质波动，实际负载变化大，同时为保证制粉质量要求转速平稳。如何动态地调整和控制向电机输出的电流波形，使电机的输入功率按实际需要合理分配，即电机实际用多少电就送多少，节省不必要的消耗达到节约电能的目的，是球磨机电力节能的核心问题。项目拟通过为制粉球磨机装配节电控制器以实现节能目的。节电控制器是一种能够自动监测电动机的负荷状况，根据电机实际负荷的大小，供给电机最适宜的电压与电流，从而有效解决电机在空载、轻负载和变负载状态下的节电问题，而且又不影响电动机的抗过载能力的电机节电新技术。将该节电控制技术应用于球磨机，可有效提高正常工况下运行功率因数，降低输入电机有功功率，节电效果明显，可达15％以上。风机是窑炉运行的另一个大型电耗单元，对于风机的运行设计规范，是当风量本身是重要的调节控制参数时，往往以实际风量为标称风量的70％进行配置。尽管富裕量保证了设备的安全运行，同时也带来了不必要的电力消耗。在陶瓷窑炉生产运行中，对于不同产品的烧制需求以及同一产品的不同烧制阶段，窑炉产生的烟气风量都会产生变化，要实现节能运行就要求改变传统地风门调节模式，能够实时依据风量要求调节风机功率与转速。本项目采用变频节能技术实现节电调节。变频器是通过检测负载的工作情况，调节其输出频率（范围可以从0.5-150Hz）、电压和电流，以适应负载的需要。使输出功率随负荷的变化而变化，从而达到节能的目的。以一台160kW引风机为例，平均风量为额定70％，原实际消耗功率约133KW，节电率保守估计为43％，可实现节电功率为57kW。以年280天全天运行计，年节能可达38万度，一年即可收回投资成本。变频器与节能器的使用不仅可以实现电力节能，同时对于电力启动时的过载、缺相、过欠压、过欠流、堵转等故障保护及状态显示功能，对电力设备的安全稳定运行以及相关转动设备寿命起到极好的保护作用。余热有效利用技术衡量一座窑炉是否先进的一个重要标准就是有没有较好的余热利用。据窑炉热平衡测定数据显示，仅烟气带走的热量和抽热风带出的热量占总能耗的60%～75%。余热利用一直在国内外受到重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节并投入很大力量抓这项工作。而国内大部分陶瓷企业直接把烧成室的烟气引到干燥窑，利用余热进行干燥，从而改变使用热风机加热干燥的生产过程。但由于落渣问题，会严重影响了陶瓷制品的表面质量，直接影响产品质量。项目针对陶瓷生产的工艺流程和窑炉结构分析，采取成熟的高温除尘措施，在不损失烧成室排烟热量的同时，对烟气进行净化，消除落渣问题，从而实现陶瓷窑炉余热利用技术的推广，达到节能减排的目标，为企业和社会创造良好的经济和社会效益，实现陶瓷行业的可持续发展。目前使用较多的余热利用技术是通过简单的烟气管道的重新布局，把辊道窑的燃烧烟气引导到干燥窑，利用余热进行干燥，从而改变使用热风机加热干燥的生产过程。其工艺流程如下：以上工艺，没有考虑除尘，直接把窑炉烟气引入干燥窑，会对陶瓷表面造成污染，从而降低产品合格率。针对这种情况，本项目在引风机前加入高效旋风除尘器，对烟气进行净化，从而可消除干燥窑的落渣问题，同时也可减少烟气对引风机的磨损和腐蚀，延长引风机的使用寿命。为降低投资、提高旋风除尘器利用率，可以对全厂热负荷进行统筹安排，根据旋风除尘器的处理能力和厂房布