隧道窑热平衡测试及节能分析
我国砖瓦行业经过几十年的发展,其生产规模、产品品种等都出现了很大的变化。产品方面,主流砖瓦产品已由生产传统的黏土实心砖转变成生产轻质、高强、高保温性能的粉煤灰、煤矸石空心砖及空心砌块;烧成设备方面,已由土窑、地沟窑、轮窑、小断面隧道窑发展到4.6m、6.9m、10.4m大断面隧道窑。
伴随着砖瓦生产工艺、生产设备的不断更新,我国很多专家进行了大量的研究工作,涉及生产工艺、生产设备、生产产品、生产经验等,但这些公开的研究成果中以介绍工作原理、生产经验的文章为主,提供完整的实际热平衡测试数据的文献不多,也少见以实测数据作为基础的研究成果。
本文通过整理并公开某砖瓦生产企业大断面隧道窑的热平衡测试过程和结果,并对该隧道窑及干燥室行分析,提出该窑的节能潜力和改造方向,希望达到三个目的:一是通过对隧道窑的热平衡分析,能为砖瓦行业的其它生产企业分析自身窑炉存在的问题、研究改进方向提供一些思路;二是通过测试实践,为测试标准的修订提供参考性建议;三是希望这些测试数据能为砖瓦窑的设计单位所用,并运用到设计中去,为进一步提高我国砖瓦窑的设计水平作出贡献。1测试及计算所依据的标准
（1）JC/T428-2007《砖瓦工业隧道窑热平衡、热效率测定与计算方法》
（2）JC/T792-2007《隧道式砖瓦干燥室热平衡、热效率测定与计算方法》
（3）JC/T429-2007《砖瓦工业隧道窑-干燥室体系热效率、单位热耗、单位煤耗计算方法》
2被测设备基本情况
隧道窑内部尺寸：宽4.6m，高2m，长131.1m；
干燥室内部尺寸：宽6.1m，高2m，长65.7m；
建设时间：1999年；
烧成周期：48h；
产品规格：KMI；
窑车装载量：2640块。
本隧道窑在正常运行时不需使用外燃料，干燥室所用热风全部来自隧道窑。
3热平衡测试仪器及参数测试方法
3.1测试仪器
大气压力表、数字温控计、温湿度计、表面温度计、热流计、烟气分析仪、多功能测量仪、毕托管、量热仪、卷尺、电子称、干燥箱及化学分析设备等。
3.2主要参数测试方法
（1）低位发热量：包括二种内燃料的低位发热量，由量热仪测定；
（2）温度：包括环境温度、干坯的平均温度、窑车入窑时金属材料温度、窑车入窑时非金属材料温度、输出热风温度、砖出窑的平均温度、窑车出窑时金属材料温度、窑车出窑时非金属材料温度、输入干燥室热风的平均温度、湿坯的平均温度、干燥车入干燥室时金属材料温度、干燥车入干燥室时非金属材料温度、干坯出干燥室时的温度、干燥车出干燥室时金属材料温度、干燥车出干燥室时非金属材料温度、出干燥室废气的平均温度等，分别由数字温度计、温湿度计、表面温度计测定；
（3）质量：包括干坯质量、湿坯质量等，由电子秤测定，窑车金属材料质量、窑车非金属材料质量，由设计图纸查得；
（4）含水率：包括干坯的残余含水率、湿坯的含水率，由干燥箱测定；
（5）氧化铝的含量：由化学分析设备通过化学滴定的方法测定；
（6）测量：包括出窑热风的流量、出窑烟气的流量、干燥车输入热风的流量、出干燥室废气的流量，由多功能测量仪、毕托管、大气压力表测试并计算。
（7）气体成分：包括出窑热风的成分、出窑烟气的成分、干燥车输入热风的成分、出干燥室废气的成分，由烟气分析仪测定；
（8）热流：包括隧道窑、干燥室、送排风机的表面热流，由热流计测定；
（9）面积：包括隧道窑、干燥室、送排风机的面积，由卷尺测定。
4热平衡测试结果
该企业砖瓦工业隧道窑、隧道式砖瓦干燥室及整个体系的热平衡测定结果如表1、2、3所示
5热平衡测试结果分析
结合本次热平衡测试过程，由热平衡、热效率计算结果可以看出：
（1）该隧道窑热效率偏低，说明其热量浪费较严重。输出体系热量中最多的是烟气出窑热损失，占比达41.48%.在砖瓦隧道窑运行中，有部分烟气出窑进入烟道是正常现象，但应将烟气流量、烟气温度控制在合理的范围内，但本隧道窑烟气出窑热损失过大，具有较大的节能空间。
（2）从该隧道窑热平衡数据来看，除烟气出窑热损失之外的其它各输出体系热量均较合理。
（3）该干燥室热效率比较理想，干燥室输出体系的各种热量分配较合理，说明其热量使用状况良好，无明显的节能空间。
（4）该隧道窑-干燥室体系热效率偏低，其主要原因是在于该隧道窑热效率偏低，故要想提高体系热效率，还应从提高该隧道窑热效率入手。
6应用节能技术的建议
该砖瓦隧道窑在设计和历次技改中都考虑尽量降低能耗消耗，着力提高能效水平，但由于企业缺少测试手段，故技改时仅采用理论知识和运行经验相结合的方式进行技术改造，从本次测试情况来看，除烟气出窑热损失外，该隧道窑及干燥室设计及运行均较为合理。尽管如此，由于该隧道窑烟气出窑热损失过大，导致体系热效率偏低，企业应着力对此进行改造。针对该隧道窑烟气出窑热损失过大的现象，从节约能源的角度考虑，应重点从以下二个方面考虑进行技术改造;
(1)烟气引风机改造。对烟气引风机系统进行评估，研究是否由于引风机抽力过大导致过多的烟气被抽走，从而带走大量热量。如引风机存在选型过大的问题，应考虑重新选型或对引风机采用切削叶轮等手段以调节风量，以达到减少烟气出窑热损失的目的，提高隧道窑热率；
（2）加装换热装置。可考虑在烟气出口管道上加装换热装置，利用烟气余热来加热空气用于烘干原材料或进入干燥室，以减少烟气余热损失，提高体系热效率。
7结语
热平衡测试是了解一座隧道窑实际运行情况的重要手段，通过热平衡测试，可以帮助企业了解运行中的隧道窑是否达到设计参数、是否有能源浪费的现象、是否存在节能改造的空间。
本文通过公布实测的一座砖瓦隧道窑的热平衡数据并进行分析，希望能给相关人员一些参考和启示，也希望更多的测试单位提供实测数据，寻找最佳的热平衡测试方法、寻找砖瓦隧道窑的节能潜力。
本文摘自：《墙材技术与装备》
作者：沈照人