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陶瓷工業(yè)的節(jié)能技術(shù)

一、陶瓷原料加工過程中的節(jié)能
     據(jù)資料記載,原料加工部分的能耗在整個陶瓷生產(chǎn)過程中占很大的比例,料耗用量占49%,裝機容量占72%,因此節(jié)能潛力較大。
1、陶瓷原料的粉碎加工其中燃    
原始陶瓷原料主要是由硬質(zhì)原料和軟質(zhì)原料組成。對陶瓷原料的粉碎加工主要體現(xiàn)在對于硬質(zhì)原料的加工。首先應逐步減少噪音大、能耗高、難以除塵的粗中碎加工,如:粗顎式破碎機、細顎式破碎機、旋磨機等,改用質(zhì)量穩(wěn)定且能夠及時供應的原料粉料進廠。其次,積極推進陶瓷原料的標準化、商品化和系列化生產(chǎn),供給符合陶瓷工業(yè)需求的粉料,保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和不可再生資源的合理利用;提高粉碎設備利用率,減少對原料車間的重復建設,有利于減少工廠原料的儲備,節(jié)約場地的投資和減少城市粉塵、噪音污染。
2、陶瓷原料的細加工    
工業(yè)上廣泛使用間歇式球磨機作為細磨設備,其內(nèi)襯主要有燧石襯,氧化鋁襯和橡膠襯。如果球磨機的內(nèi)襯采用橡膠襯,既可以減小球磨機的負荷,又增加了球磨機的有效容積,產(chǎn)量可以提高30~50%,單位產(chǎn)品電耗降低10~30%。如果采用氧化鋁襯則可提高球磨效率、縮短球磨周期。為了提高球磨機的效率,根據(jù)工藝配方不同向泥漿中加入高效減水劑,助磨劑并制定合理的料、球、水比例。在磨球的選擇上應有合理的大中小級配成不同形狀的磨球級配。在球磨時,采用氧化鋁球,既可縮短球磨時間,又可節(jié)電35%左右。
與國內(nèi)間歇式球磨機相比,國外普遍采用連續(xù)式、大噸位球磨機進行細磨,產(chǎn)量可提高10倍以上,電耗為原來的20%。由于可以連續(xù)入料和出料,不需要停機,比間歇式球磨機節(jié)省能耗15%~30%;并易制濃漿,使后面的噴霧干燥過程節(jié)約能量,節(jié)省能耗20%一30%。與小噸位球磨機相比,大噸位球磨機可以節(jié)省能耗10%一30%。另外,國內(nèi)外不少球磨機采用變頻器改變電流頻率宋調(diào)速,有可能縮短球磨周期15%~25%,從而減少電耗。    
3、陶瓷原料的其他節(jié)能
   噴霧干燥制粉時,降低泥漿的含水量,提高熱風的溫度,加大進塔泥漿量,降低廢氣溫度,產(chǎn)量可提高近1倍,能耗下降30%。另外,料漿池采用間歇式攪拌,一天可節(jié)電135kw·h,年節(jié)電4.5萬kw·h。
二、陶瓷成型過程中的節(jié)能
      陶瓷成型種類繁多,不同的陶瓷成型有不同的成型方法,和日用陶瓷節(jié)能方面做一簡要分析。
1、大噸位壓磚機    
對于建筑陶瓷,在選擇壓磚機上,應選用大噸位、寬間距的壓機,實現(xiàn)一機一窯,因為大噸位壓磚機壓力大,產(chǎn)量大,壓制的磚坯質(zhì)量好,合格率高。在同等條件下,電耗可減少30%以上。目前,國產(chǎn)液壓壓磚機的最大噸位已經(jīng)達到7800t,各種噸位的大型壓機也已廣泛應用于國內(nèi)陶瓷企業(yè),節(jié)能效果顯著。
2、高中壓注漿成型    
對于衛(wèi)生陶瓷可采用高中壓注漿成型技術(shù),將傳統(tǒng)石膏模依靠毛細管力吸水成型機理變?yōu)槎嗫姿芰夏簽V排水機理,使衛(wèi)生瓷成型次數(shù)由l天/次提高到10-30min/次,模具壽命達2萬次以上,可節(jié)省模具干燥和加熱工作環(huán)境所需的熱能。
3、等靜壓成型
當前日用陶瓷成型工藝有滾壓成型、注漿成型、塑壓成型、等靜壓成型、高壓注漿、微波注漿成型和激光快速成型,其中后半部分具有較大的發(fā)展和應用前景。從效率、節(jié)能和成熟程度宋考慮,應該采用等靜壓成型,其具有瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻致密、質(zhì)量高、工序簡單、無雜質(zhì)、抗彎強度高、可成型復雜型、尺寸精確、生產(chǎn)周期短、耗能低等優(yōu)點。等靜壓成型的最大特點是:產(chǎn)量大、質(zhì)量好、坯體規(guī)整度好、品質(zhì)規(guī)格一致、取消了石膏模和干燥工序、能適應于多種產(chǎn)品的生產(chǎn)等。
四、窯爐結(jié)構(gòu)的選擇
①窯型向輥道化發(fā)展
    在陶瓷工業(yè)中,使用較多的主要窯爐有:隧道窯、輥道窯和梭式窯三大類。其中,輥道窯具有產(chǎn)量大、質(zhì)量好、能耗低、自動化程度高、操作方便、勞動強低、占地面積小等優(yōu)點,是當今陶瓷窯爐的發(fā)展方向。    
②采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料
    常見的保溫材料有重質(zhì)耐火磚、輕質(zhì)保溫磚、莫來石輕質(zhì)磚,高鋁輕質(zhì)磚和輕質(zhì)陶瓷纖維等。合理的選擇保溫材料對節(jié)能降耗產(chǎn)生了很大的影響。如輕質(zhì)陶瓷纖維與重質(zhì)耐火磚相比:質(zhì)量輕、導熱系數(shù)小、重量只有輕質(zhì)材料的1/6、容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25、蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30—1/10、窯外壁溫度降到30℃~60℃。纖維節(jié)能方面,從總能耗的20.6%下降到9.02%,節(jié)能達到16.67%。    
另外,為了提高陶瓷纖維抗粉化能力,又增加窯爐內(nèi)傳熱效率,節(jié)能降耗。可使用多功能涂層材料,如熱輻射涂料HIKAMI  RADIATION  COATING簡稱HRC。在高溫階段,將其涂在窯壁耐火材料上,材料的輻射率由0.7升為0.96,可節(jié)能138.3MJ/M2·h;而在低溫階段涂上HRC后,窯壁輻射率從0.7升為0.97,可節(jié)能4547KCAL/M2·h。
五、改善窯體結(jié)構(gòu)
      隨著窯內(nèi)高的增加,單位制品熱耗和窯墻散熱量也增加。如當輥道窯窯高由0.2m升高至1.2m時,熱耗增加4.43%,窯墻散熱升高33.2%,故從節(jié)能的角度講,窯內(nèi)高度越低越好;隨著窯內(nèi)寬度增大,單位制品熱耗和窯墻散熱減少。如當輥道窯窯內(nèi)寬從1.2m增大到2.4m,單位制品熱耗減少2.9%,窯墻散熱降低25%,故在一定范圍內(nèi),窯越寬越好;當窯內(nèi)寬和窯內(nèi)高一定的情況下,隨著窯長的增加,單位制品的熱耗和窯頭煙氣帶走的熱量均有所減少。如當輥道窯的窯長由50m增加到100m時,單位制品熱耗降低1%,窯頭煙氣帶走熱量減少13.9%。
    窯車窯具材料輕型化    
 采用輕質(zhì)耐火材料制作窯車和窯具對節(jié)能具有重大的意義。產(chǎn)品與窯具的重量比越小,其熱耗越低。窯車應使用低蓄熱、容重小、強度高、隔熱性能好的材料來制備。至于窯車車襯材質(zhì)的選取,據(jù)報道,輕質(zhì)磚、輕質(zhì)磚與硅酸鋁耐火纖維和全硅酸鋁耐火纖維做車襯時,產(chǎn)品熱耗是傳統(tǒng)重質(zhì)耐火磚做車襯時的91%、79.5~85.8%和59.1~66.3%。
 輥子的散熱    
輥子是輥道窯的一個重要組成部分,分布在沿窯長的不同溫度區(qū)間。受溫度的影響,輥棒分別采用鋼輥和瓷輥。輥棒向外散熱主要是通過其兩端各伸出窯墻約0.1米的輥端。由于輥道窯中使用的輥棒數(shù)量之多通??蛇_1000多根,以至于其能耗增加。通過對輥道窯長80米,輥棒兩端各伸出窯墻0.11米,共有1327根輥子進行數(shù)值計算,其中T>800℃高溫區(qū)采用瓷輥,其余采用鋼輥。
隨著溫度的升高,瓷輥的散熱損失變化比較平緩,而鋼輥的熱量散失則幾乎呈線性增加。計算表明,輥子兩端通過導熱過程所散失的熱量約占窯爐總供給熱量的2%,因此,其具備節(jié)能潛力。    
加強窯體密封性和窯內(nèi)壓力制度
加強窯體密封,窯體與窯車之間、窯車之間的嚴密性,降低窯頭負壓、保證燒成帶處于微正壓,減少冷空氣的進入窯內(nèi),從而減少排煙量,降低熱耗。經(jīng)計算,煙道匯總出的空氣過剩系數(shù)由5減少到3時,當其他條件不變的情況下,煙氣帶走熱量從30%降為18%,節(jié)能12%。
六、窯爐余熱的利用
      衡量一座窯爐是否先進的一個重要標準就是有沒有較好的利用余熱。據(jù)窯爐熱平衡測定數(shù)據(jù)顯示,僅煙氣帶走的熱量和抽熱風帶出的熱量占總能耗的60%-75%。若能利用蓄熱式燃燒技術(shù)將明焰隧道窯的余熱預熱空氣供助燃,不但可改善燃料燃燒,提高燃燒溫度,而且可降低燃耗7%。余熱利用在國外受到重視,視其為陶瓷工業(yè)節(jié)能的主要環(huán)節(jié)。國外對煙氣帶走的熱量和冷卻物料消耗的熱量約占總窯爐耗能的50%~60% 這一部分數(shù)量可觀的余熱利用較好。目前,國外將余熱主要用于干燥和加熱燃燒空氣。現(xiàn)在歐洲陶瓷企業(yè)普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置,進行余熱的再回收利用。對于排煙廢熱的余熱利用,亦采用換熱器進行能量收集與輸送到所需場所。其綜合節(jié)能的效果使熱效利用達到80%~90%。
七、采用自控技術(shù)
      采用自控技術(shù)是目前國外普遍采用的有效節(jié)能方法,它主要用在窯爐的自動控制。因而使窯爐的調(diào)節(jié)控制更加精確,對節(jié)省能源、穩(wěn)定工藝操作和提高燒成質(zhì)量十分有利,同時還為窯爐燒成的最優(yōu)化,提供了可靠的數(shù)據(jù)。計算表明,在排出煙氣中每增加可燃成分1%,則燃料損失要增加3%,如果能夠采用微機自動控制或儀表一微機控制系統(tǒng),則可節(jié)能5-10%。當今先進的自控可以通過高級專家系統(tǒng)來實現(xiàn),可以通過在線的外部參數(shù)溫度、濕度、壓力、氣氛等 測量宋引導操作向最大的節(jié)能方向進行,降低能耗5%以上。在國外,如日本礙子公司的窯爐均設置有先進的自動點火、熄火測知、窯內(nèi)壓力監(jiān)測、地震監(jiān)測、窯內(nèi)氧濃度監(jiān)測、氣體泄漏監(jiān)測、瓷輥損折監(jiān)測及噴嘴用電偶記錄儀等一系列監(jiān)測儀器。從而保證了窯爐的省力、節(jié)能、快速燒成,其可節(jié)能10%~30%。在國內(nèi)尚未達到。
八、其他節(jié)能技術(shù)
1、新型雙層雙溫窯爐    
雙層雙溫窯爐是一種新型節(jié)能窯爐,其結(jié)構(gòu)特點是窯爐從單層單溫發(fā)展為雙層雙溫。其上下兩層溫度均采用PID單獨控制,兩層之間采用結(jié)晶碳化硅作橫梁并用高保溫性能的耐火材料做隔熱層。特殊的設計能有效防止上下兩層串溫,同時又能使有效的熱量共享。與單層窯爐能耗相比,雙層雙溫窯爐低于其150-250大卡/kg瓷,即最少可以節(jié)省能耗30%。  
2、微波輔助燒結(jié)技術(shù)
    微波輔助燒結(jié)技術(shù)是通過電磁場直接對物體內(nèi)部加熱,而不像傳統(tǒng)方法熱能是通過物體表面間接傳入物體內(nèi)部,故熱效率很高一般從微波能轉(zhuǎn)換成熱能的效率可達80~90%,燒結(jié)時間短,因此可以大大降低能耗達到節(jié)能效果。例如A12O3的燒結(jié),傳統(tǒng)方法只需加熱幾個小時而微波法僅需3~4分鐘。    
據(jù)報道,英國某公司有一種新型的陶瓷窯爐生產(chǎn)與制造技術(shù),該窯爐最大的特點在于:它不僅采用了當今世界上微波燒結(jié)陶瓷的最新技術(shù),而且采用了傳統(tǒng)的氣體燒成技術(shù)。它在傳統(tǒng)窯爐中把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結(jié)合起來,這樣既解決微波燒成不容易控制的問題,又解決了傳統(tǒng)窯爐燒成周期長,能耗大等問題。據(jù)介紹這種窯爐適用于高技術(shù)陶瓷及其他各種陶瓷的燒成,達到快速燒成,減少能耗,降低成本的目的。

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