畢業(yè)論文---- 陶瓷窯爐煤改氣燒成節(jié)能途徑的研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目： 陶瓷窯爐煤改氣燒成節(jié)能途徑的研究 </p><p>　　系 部： 陶瓷工藝系 </p><p>　　專 業(yè)： 材料工程技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 講 師 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷

3、窯爐均由原來的燒煤改成燒氣（煤氣、天燃?xì)狻⒁夯瘹猢w，但改造過程中的能源利用率普遍不高，設(shè)備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應(yīng)的效益增加。本文針對(duì)如何提高陶瓷窯爐由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料燃燒后由質(zhì)的變化而帶來的效益。我們對(duì)某陶瓷有限公司隧道窯窯車進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造試驗(yàn)。我們采用了熱導(dǎo)率低、密度小、有足夠強(qiáng)度的耐火材料作窯車車襯，在設(shè)計(jì)窯車襯磚時(shí)，除考慮降低蓄熱及散熱損失外，還考慮了實(shí)際工作條件對(duì)窯車的影響，如車襯材質(zhì)的荷重軟化溫度要大，在高溫下

4、不與制品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。為此，本次研究設(shè)計(jì)了兩種低蓄熱窯車結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行試驗(yàn)。改造過程上馬快，投資小，且節(jié)能明顯，獲得了預(yù)期的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：陶瓷窯爐 煤改氣 節(jié)能 途徑</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p

5、>　　1. 課題提出的背景2</p><p>　　2. 課題研究的意義2</p><p>　　3. 課題研究的依據(jù)3</p><p>　　4. 課題研究的目標(biāo)3</p><p>　　5. 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　6. 課題研究的方法與步驟4</p><p>　

6、　7. 課題研究的過程及分析6</p><p>　　8．課題研究成果9</p><p>　　9．課題研究存在的主要問題及今后的設(shè)想9</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　致 謝12</b></p><p><b&g

7、t;　　前 言</b></p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷窯爐均由原來燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃?xì)?、液化氣﹚，但改造過程中的能源利用率普遍不高，存在較大問題。成本的提高卻未獲得相應(yīng)的效益。如何提高由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料質(zhì)的變化而帶來的效果，這就為廣大熱工工作者提出了要求，本著該目的，結(jié)合工廠現(xiàn)實(shí)情況，圍繞學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，提出了此課題。</p><p&g

8、t;<b>　　方法與路線：</b></p><p>　　針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況存在的實(shí)際問題→理論分析→實(shí)際調(diào)研→結(jié)合現(xiàn)狀→設(shè)計(jì)方案→數(shù)據(jù)計(jì)算→結(jié)構(gòu)改造→結(jié)果分析→改進(jìn)提高。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外成熟應(yīng)用情況：</p><p>　　國(guó)內(nèi)外單獨(dú)應(yīng)用情況已有一定的成功經(jīng)驗(yàn)，但在改造過程中利用原設(shè)備獲得相應(yīng)效果則較少。</p><p

9、><b>　　預(yù)計(jì)技術(shù)與成果：</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有存在的實(shí)際情況，經(jīng)過科學(xué)分析、理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行比較 ，在運(yùn)行窯爐中獲得數(shù)據(jù)， 預(yù)計(jì)在原基礎(chǔ)上至少節(jié)能20%左右，甚至更多。</p><p>　　1. 課題提出的背景</p><p>　　國(guó)家科技部、國(guó)家環(huán)保總局聯(lián)合有關(guān)部委組織的清潔能源行動(dòng)。核心問題是

10、如何清潔高效地利用煤炭。其主要內(nèi)容是：推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，加大清潔能源使用比例；大力推廣應(yīng)用清潔能源技術(shù)；實(shí)施清潔能源行動(dòng)將促進(jìn)從根本上治理煤煙型大氣污染，有利于改善投資環(huán)境，提高人們生活質(zhì)量。能源緊張已制約世界經(jīng)濟(jì)和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陶瓷行業(yè)作為耗能大戶行業(yè)之一，如何節(jié)能降耗不單是為國(guó)家考慮，為我們的子孫后代考慮，也是行業(yè)自身求生存求發(fā)展的迫切需求。陶瓷整個(gè)生產(chǎn)過程，燒成成本占去總成本30％以上，二次燒成、三次燒成的成本更高。降低燒成成本

11、就是降低了生產(chǎn)總成本，陶瓷行業(yè)原本就是微利行業(yè)，如果在燒成成本上降低10～20％以上，那么企業(yè)就可能增加2～6％以上的利潤(rùn)上升空間。</p><p>　　根據(jù)國(guó)家能源政策和環(huán)保要求，絕大多數(shù)陶瓷窯爐均由原來的燒煤改成燒氣﹙煤氣、天燃?xì)?、液化氣﹚，但改造過程中的能源利用率普遍不高，設(shè)備改造附帶成本的提高但卻未獲得相應(yīng)的效益增加。如何提高由污染燃料轉(zhuǎn)變成潔凈燃料燃燒后由質(zhì)的變化而帶來的效果，這就為廣大熱工工作者提出了

12、要求，本著該目的，結(jié)合工廠實(shí)際情況，針對(duì)窯爐現(xiàn)狀提出該課題，同時(shí)得到學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)專家組的審定通過，進(jìn)行相關(guān)的研究與探討。</p><p>　　2. 課題研究的意義</p><p>　　陶瓷工業(yè)窯爐的節(jié)能問題，始終制約著陶瓷行業(yè)的發(fā)展。相關(guān)企業(yè)能耗的調(diào)查結(jié)果顯示，陶瓷燒成能耗指標(biāo)最高與最低相比，有的可達(dá)到幾倍。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國(guó)際能源市場(chǎng)供應(yīng)形勢(shì)發(fā)生了許多變化，令人不得不更加關(guān)注陶瓷行業(yè)

13、的節(jié)能。可以說，將來陶瓷業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)首先是降低能耗型的先進(jìn)燒成技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　陶瓷窯爐煤改氣工程在全國(guó)范圍內(nèi)可謂是一場(chǎng)大革命，絕大部分窯爐都進(jìn)行了改造。由于改造過程中投資大、費(fèi)用高，很多窯爐只是滿足形式上的改變，將燃燒室換成了噴嘴，只是減少了粉塵的排放和大氣的污染，而沒有作更深層次的窯體結(jié)構(gòu)改造，這就造成了用潔凈燃料燒老設(shè)備，成本提高了但是效益卻沒有體現(xiàn)。因此窯爐結(jié)構(gòu)（如窯體、窯車及其他附屬設(shè)備）的

14、改造就顯得尤為重要。由于窯體改造投資較大，一般企業(yè)很難及時(shí)進(jìn)行。而對(duì)于窯車的改造，則容易得多，上馬快，投</p><p>　　資小，且效果明顯。就此，我們對(duì)某陶瓷有限公司隧道窯窯車進(jìn)行了改造試驗(yàn)。</p><p>　　3. 課題研究的依據(jù)</p><p>　　隧道窯窯內(nèi)溫差大是長(zhǎng)期以來一直存在的問題，造成溫差大的原因雖然很多，但是主要原因是窯車蓄熱量大。國(guó)內(nèi)外已對(duì)此

15、進(jìn)行了較多的研究，并一致認(rèn)為，采用低蓄熱車，既可有效降低隧道窯預(yù)熱帶上下溫差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可節(jié)能降耗，改善操作環(huán)境，延長(zhǎng)窯車壽命等。國(guó)內(nèi)也有成功的先例。針對(duì)該陶瓷有限公司隧道窯窯車的實(shí)際生產(chǎn)情況，充分利用國(guó)產(chǎn)耐火材料，對(duì)其原窯車車襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造。并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算分析。</p><p>　　4. 課題研究的目標(biāo)</p><p>　　傳統(tǒng)陶瓷窯爐所用窯車都是用重質(zhì)耐火材料砌筑而成，體

16、積笨重，操作難度增加。窯車砌筑耐火材料重量越大，窯車在燒成過程中蓄積熱量就越多，熱交換就越高，隧道窯在燒成過程中熱交換比例就越大，也就是說燒成過程中的能耗就越大，為了提高熱效率，窯車的重量必須盡可能降低以減少熱交換。達(dá)到提高產(chǎn)量降低能耗，同時(shí)增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的目的。</p><p>　　5. 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　隧道窯是一種比較先進(jìn)的、機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、能耗低的熱

17、工設(shè)備。其中窯車式隧道窯得到了最為廣泛的應(yīng)用。但是窯車式隧道窯最嚴(yán)重的缺陷即窯車笨重，并且在其隨著裝載制品一起經(jīng)過隧道窯被加熱及冷卻的過程中處于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，加熱時(shí)它阻礙和延遲升溫，消耗大量熱能；冷卻時(shí)它阻礙和延遲降溫，雖然放出熱量，但不能很好利用。大量研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用熱導(dǎo)率低、密度小、有足夠強(qiáng)度的耐火材料作窯車車襯，可以有效地降低窯車的蓄熱量、散熱量。但窯車的工作條件隨著燒成制品的變化而變化，因此在設(shè)計(jì)窯車襯磚時(shí)，除考慮降低

18、蓄熱及散熱損失外，還必須考慮實(shí)際工作條件對(duì)窯車的影響，如車襯材質(zhì)的荷重軟化溫度要大，在高溫下不與制品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。為此，本次研究設(shè)計(jì)了低蓄熱窯車結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　6. 課題研究的方法與步驟</p><p>　　1.分析原窯車的結(jié)構(gòu)</p><p>　　原窯車的襯磚總厚度為320mm，原襯磚材質(zhì)從車臺(tái)面往下依次為高鋁磚(厚88 mm)、粘土磚、

19、輕質(zhì)粘土磚(厚232mm)。如圖1。</p><p>　　圖1 原窯車襯磚排布示意圖（窯車寬1800mm）</p><p>　　圖2 原窯車實(shí)物圖（窯車寬1800mm）</p><p>　　2.設(shè)計(jì)低蓄熱窯車結(jié)構(gòu)</p><p>　　原窯車基本上全部使用的是重質(zhì)耐火材料。在不改變?cè)G車車襯長(zhǎng)、寬、高的情況下，第1方案為第l層(從車

20、臺(tái)面往下)為莫來石磚厚134mm，以下各層分別為粘土質(zhì)隔熱磚(134mm)及輕質(zhì)澆注料52mm。第2方案將第1層改為堇青石莫來石磚88mm,第二層為高溫硅酸鋁耐火纖維氈142mm間隙填層，采用堇青石-莫來石質(zhì)材料作為立柱支撐，最下層用90mm輕質(zhì)粘土磚。試驗(yàn)采用第2方案。如圖3。</p><p>　　圖3 設(shè)計(jì)低蓄熱窯車示意圖(窯車寬1800mm）</p><p>　　3.窯車車襯所用有關(guān)

21、材質(zhì)的物理參數(shù)如表1所示。</p><p>　　4.該公司隧道窯燒制制品的典型燒成制度見圖4。</p><p>　　圖4 隧道窯典型燒成曲線</p><p>　　7. 課題研究的過程及分析</p><p>　　經(jīng)過對(duì)不同的窯車材料和窯車結(jié)構(gòu)的比較，確定窯車改造的思路為以輕質(zhì)材料替代重質(zhì)材料，以立柱支撐系統(tǒng)間歇鋪墊隔熱纖維。</p>

22、<p>　　窯車車面采用硬質(zhì)耐材，以利承重。材料必須結(jié)實(shí)耐用，抗熱沖擊性能要好，耐火度及荷重軟化點(diǎn)要滿足要求并且機(jī)械性能要穩(wěn)定。</p><p>　　隔熱層在窯車耐火材料中所占的體積比例最大，原有的窯車僅用了普通輕質(zhì)粘土磚，容重和熱導(dǎo)率都比較大，不但增加了窯車重量，而且使窯車的蓄熱加大，向下傳導(dǎo)的熱量多，浪費(fèi)的熱量也多。因此可選用高溫硅酸鋁纖維、輕質(zhì)澆注料作為窯車的隔熱層，既能減輕窯車重量，又能降低

23、窯車的蓄熱和傳導(dǎo)。</p><p>　　隧道窯的兩側(cè)、窯頂和窯車面形成窯的4個(gè)受熱面，除了窯車面外其余3個(gè)面在窯爐燒成過程中溫度保持恒定不變，它們的熱消耗僅限于向外傳導(dǎo)的熱損失，而窯車是在室溫下推入隧道窯，當(dāng)窯車在窯道內(nèi)前進(jìn)的過程中除了向下傳導(dǎo)的熱量外，還吸收并貯存大量的熱量，使其車面與窯道內(nèi)的溫度相同，以達(dá)到與制品的燒成溫度一致。當(dāng)窯車從隧道窯出車后，溫度又會(huì)降至室溫，大量的積蓄熱量又散失掉，形成高低溫度周而復(fù)

24、始的循環(huán)，造成浪費(fèi)。所以高質(zhì)量的隔熱材料可以減少蓄熱量和熱損失。因此窯車面采用底下覆蓋一層140mm厚硅酸鋁纖維毯。整輛窯車的耐火材料重量為400kg，較原先的材料配備降低重量800 kg。為減少窯車之間接縫處熱量的損失，改窯車磚與窯車磚之間的剛性接觸密封為陶瓷纖維棉之間的擠緊密封，減少熱量損失。支撐系統(tǒng)立柱為關(guān)鍵，為保證立柱的可靠性，所有立柱選用重質(zhì)堇青石結(jié)合莫來石質(zhì)材料。圖五為新設(shè)計(jì)窯車實(shí)物圖。</p><p&g

25、t;　　圖五 設(shè)計(jì)低蓄熱窯車實(shí)物圖</p><p>　　近年來，國(guó)內(nèi)的耐火材料行業(yè)發(fā)展很快，出現(xiàn)了很多優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)材料可以選用，能完全有效實(shí)現(xiàn)窯車重量的減輕</p><p>　　原窯車與試驗(yàn)窯車相關(guān)數(shù)據(jù)比較見表2</p><p>　　表2 原窯車與試驗(yàn)窯車相關(guān)數(shù)據(jù)比較 </p><p><b>　　8．課題研究成果</b&g

26、t;</p><p>　　（1）該窯爐窯內(nèi)容納窯車55輛，根據(jù)上述設(shè)計(jì)，其中輕質(zhì)化改造了30輛。在不改變燒成制度的前提下，投入試驗(yàn)運(yùn)行，實(shí)踐證明節(jié)能效果明顯。該窯爐使用的燃料為小型自備發(fā)生爐煤氣，窯車未改造之前煤氣站制造煤氣所消耗的塊煤為380t/月，改造之后煤氣站的耗煤量為330t/月，節(jié)約用煤量13.15%，節(jié)能效果明顯。</p><p>　?。?）經(jīng)測(cè)算，若全窯窯車全部改造，則每月可

27、節(jié)煤93t, 節(jié)約用煤量達(dá)到24.54%。全年可節(jié)煤1116t,按每噸優(yōu)質(zhì)塊煤1000元計(jì)算，全年就可節(jié)約一百多萬元。而窯車改造每輛窯車增加費(fèi)用一萬元。半年時(shí)間就可收回窯車改造費(fèi)用成本，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。</p><p>　?。?）由于窯車的輕質(zhì)化，降低了窯車蓄熱，窯車的出窯溫度明顯降低，同時(shí)大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，車間的環(huán)境溫度也有所降低。改善了操作環(huán)境。</p><p>　?。?）隧

28、道窯窯車材料的選用較大地影響窯爐的能耗指標(biāo)。在現(xiàn)有的條件下，國(guó)產(chǎn)耐火材料已完全能滿足輕質(zhì)化裝備的需要，對(duì)于中溫隧道窯尤其適用。由此可見，窯車改造是煤改氣陶瓷窯爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效途徑之一。</p><p>　　9．課題研究存在的主要問題及今后的設(shè)想</p><p>　　本課題研究?jī)H僅取得了階段性的成功，僅對(duì)窯車的改造做了一些工作。對(duì)于陶瓷窯爐煤改氣燒成的節(jié)能途徑還有很多工作要做，特別是對(duì)于

29、窯爐設(shè)備其它方面的改造還有比較深的潛力可挖。在研究過程中，還存在著一些不足，如材料的選擇，受資金的限制，不能選得最好，也沒有能夠進(jìn)行更多的比較；由于在運(yùn)行窯爐中試驗(yàn)，又要保證正常的生產(chǎn)，有些方面做得不是太及時(shí)。就窯車改造來說，仍然還有許多可做的工作，我們將在此基礎(chǔ)上繼續(xù)下面的工作，力爭(zhēng)把窯車改造的技術(shù)提到一個(gè)新的層面，以利更多地節(jié)能降耗。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

30、/p><p>　　[1] 陸小榮.《陶瓷工藝學(xué)》.湖南長(zhǎng)沙.湖南大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[2].校本教材《陶瓷窯爐設(shè)計(jì)》</p><p>　　[3].校本教材.《陶瓷熱工過程及設(shè)備》</p><p>　　[4].李剛.《陶瓷窯爐的節(jié)能方法》</p><p>　　[5].尾花英朗著，徐忠權(quán)，《熱交換器設(shè)計(jì)手

31、冊(cè)》</p><p>　　[6].陳立駿，徐景維.從傳統(tǒng)陶瓷隧道窯的熱能分布狀況，探討提高窯爐熱能利用率的潛力中國(guó)陶瓷工業(yè),1998,(1):23-26</p><p>　　[7].陳立駿，張儒嶺.日用陶瓷工業(yè)能耗現(xiàn)狀與分析及節(jié)能技術(shù)。</p><p>　　[8].張繼光，武力云.超高溫陶瓷窯爐節(jié)能途徑及分析[A],2006年。</p><p&g

32、t;　　[9].曾令可，鄧偉強(qiáng)，稅安澤，王慧.陶瓷工業(yè)的節(jié)能技術(shù)[A]，2006年。</p><p>　　[10].姚玉桂.陶瓷廠的節(jié)能[J],陶瓷;1981年02期。</p><p>　　[11].華夏.專家縱論陶瓷窯爐和節(jié)能發(fā)展方向[N]，中國(guó)環(huán)境報(bào)，2004年。</p><p><b>　　致 謝</b></p><

33、;p>　　能完成這篇論文首先要感謝我的恩師***老師。*老師以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度教導(dǎo)了我踏實(shí)求學(xué)，使我的知識(shí)層次又有所提高，打牢了研究基礎(chǔ)；在學(xué)術(shù)探討和試驗(yàn)過程中他又以對(duì)問題高屋建瓴的專業(yè)見地使我茅塞頓開，逐漸掌握了許多研究方法、研究手段和研究思路。在實(shí)驗(yàn)過程中，也讓我更直觀的了解了很多課本上學(xué)不到的東西，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在生活上，xx老師更是平易近人，親人般無微不至的關(guān)懷，常帶給我許多溫暖和感動(dòng)

34、?？梢哉f無論是我在學(xué)業(yè)上的進(jìn)步還是個(gè)人的成長(zhǎng)，都離不開他的關(guān)懷。想到付出的辛勞，常為此深深的感動(dòng)，只有在以后的道路上更加勤勉努力，不負(fù)師恩。 同時(shí)，感謝陶瓷工藝系主任***老師，以及其它老師，他們?cè)谡撐拈_題時(shí)提出了很多寶貴意見，對(duì)提高本文質(zhì)量和最終的試驗(yàn)結(jié)果也給于了很大幫助。由此對(duì)他們不倦的探求和對(duì)學(xué)生的關(guān)愛讓我永遠(yuǎn)充滿敬意。 在此，也要感謝2007級(jí)材料工程技術(shù)專業(yè)的同窗好友，在同大家的交往中我學(xué)到很多，也非?？鞓?，正