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基于隧道窯窯體散熱分析提出窯爐節(jié)能改造措施

文檔作者：韓文祥，奉杰，朱群敏文檔來(lái)源：江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月16日
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基于隧道窯窯體散熱分析提出窯爐節(jié)能改造措施
■韓文祥，奉杰，朱群敏　■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西　南昌?。常常埃埃埃?
摘　要：本文通過(guò)對(duì)四家企業(yè)的隧道窯進(jìn)行熱平衡測(cè)試，重點(diǎn)分析了窯體散熱損
失，得出影響窯體散熱損失的主要影響因素：摻煤量、窯的小時(shí)產(chǎn)量、窯
體保溫及窯體厚度，并提出了相應(yīng)具體解決措施，可以提高窯爐熱效率。
關(guān)鍵詞：隧道窯　窯體散熱　窯爐熱效率　節(jié)能改造
１ 　引言
隨著改革開放３０ 多年的發(fā)展，中國(guó)磚瓦工業(yè)也發(fā)生了巨大變化，
原材料豐富多樣化、產(chǎn)品節(jié)能化、設(shè)備自動(dòng)生產(chǎn)化、窯結(jié)構(gòu)改造提升化、
規(guī)模產(chǎn)量上升化。但隨著我國(guó)節(jié)能減排任務(wù)的加重，磚瓦行業(yè)也積極
響應(yīng)貫徹落實(shí)國(guó)家墻材革新與建筑節(jié)能的各項(xiàng)方針政策，將磚瓦工業(yè)
節(jié)能減排列入議事日程。梁嘉琪［１］在當(dāng)前我國(guó)燒結(jié)磚隧道窯發(fā)展中
的問(wèn)題與探討中指出當(dāng)前我國(guó)磚瓦行業(yè)隧道窯的發(fā)展問(wèn)題主要是缺乏
對(duì)隧道窯基本概念上的系統(tǒng)知識(shí)，存在粗制濫造、低水平重復(fù)建
設(shè)現(xiàn)象。張翠清等［２］在工業(yè)鍋爐及窯爐節(jié)能減排技術(shù)途徑與關(guān)
鍵問(wèn)題分析中指出實(shí)現(xiàn)工業(yè)窯爐節(jié)能的主要途徑有運(yùn)行控制技術(shù)、法
規(guī)政策以及能效監(jiān)測(cè)和管理。２０１３ 年李江［３］等對(duì)湖南科輝墻材磚廠
隧道干燥窯熱平衡測(cè)試進(jìn)行分析，但文中并未詳細(xì)分析干燥窯體散熱
情況，僅提出需增強(qiáng)干燥窯的保溫效果。鑒于當(dāng)前我國(guó)磚瓦產(chǎn)品生產(chǎn)
熱效率低，單位產(chǎn)品綜合能耗高，而窯體是磚瓦生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，
因此研究減少窯體散熱損失必能促進(jìn)磚瓦行業(yè)節(jié)能減排偉業(yè)發(fā)展。
２　窯體測(cè)試方法與設(shè)備
對(duì)窯體表面散熱損失測(cè)試的方法主要依據(jù)ＪＣ ／Ｔ ４２８ －２００７《磚瓦
圖１　紅外測(cè)溫儀圖
工業(yè)隧道窯熱平衡、熱效率測(cè)定與計(jì)算方
法》［４］、ＪＣ ／Ｔ ４２９ －２００７《磚瓦工業(yè)隧道窯－
干燥室體系熱效率、單位熱耗、單位煤耗計(jì)算
方法》［５］以及《磚瓦》雜志社的《燒結(jié)磚瓦干
燥室窯爐熱工設(shè)計(jì)原理》［６］。首先將窯體外
表面劃分為若干個(gè)矩形面，同一面上個(gè)點(diǎn)溫
度值最大值與最小值之差不大于３℃，每個(gè)面
的中心作為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在測(cè)定周期內(nèi)每隔６ｈ
測(cè)定一次，熱平衡計(jì)算取各次測(cè)定的平均值。
窯體表面溫度及周圍空間溫度采用紅外測(cè)溫
儀測(cè)定，紅外測(cè)溫儀見(jiàn)圖１ 所示，其測(cè)溫范圍
為－５０ ～１０００℃，誤差為±１．０℃，空間溫度
誤差±０．５℃。矩形面積采用量程為５ｍ，精度為１ｍｍ 的卷尺測(cè)量。窯
體表面散熱損失計(jì)算如下：
ａｂｉ ＝ｋ（ｔｂｉ －ｋ ｋｉ） ０．２５ ＋
２０．４１ε［（
ｔｂｉ ＋２７３
１００ ） ４ －（ ｔ ｋｉ ＋２７３
１００ ） ４ ］
ｔｂｉ －ｔｋｉ
（１）
ｑｂｓｉ ＝ａｂｉ１（ｔｋｉ１ －ｔｋｉ１）·Ｆｂ１ ＋ａｂｔ２（ｔｂｉ２ －ｔｋｉ２）·Ｆｂ２ ＋…… ＋ａｂｉｎ（ｔｂｉｎ －ｔｋｉｎ）·Ｆｂｎ
Ｆｂ１ ＋Ｆｂ２ ＋…… ＋Ｆｂｎ
（２）
Ｑｂｓ ＝ Ｆｂ
Ａ·ｎΣｎ
ｉ ＝１ｑｂｓｉ （３）
式中ａｂｉ ———第ｉ 次測(cè)得的窯體表面綜合傳熱系數(shù)，ｋＪ／（ｍ２·ｈ·Ｋ）；
ｋ ———決定于散熱面位置的對(duì)流傳熱系數(shù)。側(cè)向散熱面?。梗玻?，
水平向上的散熱面?。保保罚保较蛳碌纳崦嫒。叮玻罚?
ｔｂｉ ———第ｉ 次測(cè)得的窯體表面溫度，Ｋ；
ｔｋｉ ———第ｉ 次測(cè)得的與測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的空間溫度，Ｋ；
ε———窯體表面發(fā)射率，可查《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二
版上冊(cè)３６ －３７ 頁(yè)；
ｑｂｓｉ ———第ｉ 次測(cè)得的全窯表面平均散熱流量，ｋＪ／（ｍ２ ·ｈ）；
ａｂｉ１ 、ａｂｉ２ ……ａｂｉｎ ———分別為第ｉ 次測(cè)得的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的窯體表面綜
合傳熱系數(shù)，ｋＪ／（ｍ２ ·ｈ·Ｋ）；
ｔｂｉ１ 、ｔｂｉ２ ……ｔｂｉｎ ———分別為第ｉ 次測(cè)得的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的窯體表面溫
度，Ｋ；
ｔｋｉ１ 、ｔｋｉ２ ……ｔｋｉｎ ———分別為第ｉ 次測(cè)得的與各個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的空
間溫度，Ｋ；
Ｆｂ１ 、Ｆｂ２ ……Ｆｂｎ ———分別為各個(gè)測(cè)點(diǎn)所在矩形的面積，ｍ２ ；
Ｑｂｓ ———相應(yīng)于單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品的窯體表面散熱量，ｋＪ；
ｎ ———測(cè)定次數(shù)；
Ａ ———以單位質(zhì)量產(chǎn)品為計(jì)量單位的窯的小時(shí)產(chǎn)量。
３　數(shù)據(jù)分析
對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)按照公式（１）、（２）、（３）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖２、圖
３ 所示。
圖２　不同窯體表面散熱損失占窯總熱量損失的百分?jǐn)?shù)
圖３　單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品內(nèi)燃料的燃燒反應(yīng)熱及窯體表面散熱量
從圖２ 中，可以看出４＃窯的窯體表面（文中窯體包含窯頂外表面、
窯墻外表面、窯門外表面、煙道外表面、投煤孔外表面等）散熱損失占
窯總熱量損失的百分?jǐn)?shù)最大，依次是１＃、２＃、３＃。由此可知，４＃窯的窯
體表面散熱損失部分具有明顯降低空間，其次是１＃、２＃、３＃。減少窯體
表面散熱損失，就意味著可以減少內(nèi)燃料的燃燒反應(yīng)熱，即減少輸入熱
量，窯爐熱效率也必定會(huì)提高。
從圖３ 中，可以看出窯體表面散熱損失趨勢(shì)與內(nèi)燃料的燃燒反應(yīng)
熱一致，也可以說(shuō)單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品摻入內(nèi)燃料的燃燒反應(yīng)熱越多，
窯體表面散熱損失也就越多，但并沒(méi)有對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。因?yàn)楦G體散
熱損失Ｑ散
Ｑ散＝λ
Ａδ（Ｔｉｎ －Ｔ０ ）Ｆ （４）
式中Ｑ散———單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品窯體表面散熱損失，Ｗ；
Ｔｉｎ ———窯體內(nèi)表面溫度，Ｋ；
Ｔｏ ———窯體外表面溫度，Ｋ；
Ａ ———以單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品為計(jì)量單位的窯的小時(shí)產(chǎn)量；
λ———窯體導(dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；
δ———窯外厚度，ｍ；
Ｆ ———窯體外表面面積，ｍ２ 。
·９·
２０１４ 年第２４ 期（總第１５３ 期）　　　　　　　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)用研究
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
　　我們知道，窯體內(nèi)表面溫度Ｔｉｎ 與單位質(zhì)量（噸）產(chǎn)品摻入內(nèi)燃料
的燃燒反應(yīng)熱有關(guān)，內(nèi)燃料摻的越多，窯體內(nèi)表面溫度就越高；反之越
低。而相同大小窯的表面積變化很小，假定窯體外表面溫度Ｔｏ 在環(huán)境
中不變，因此要減少窯體表面散熱損失的主要因素有：
（１）控制摻入的內(nèi)燃料量。隧道窯生產(chǎn)的熱量輸入主要是內(nèi)燃料，
內(nèi)燃料摻入越多，測(cè)出窯表面溫度越高，窯表面散熱損失越大。因此，為
減少窯體散熱損失，可通過(guò)量熱儀測(cè)試坯體熱值，控制內(nèi)燃料的摻入量。
（２）提高窯的小時(shí)產(chǎn)量。磚瓦焙燒生產(chǎn)全程在隧道焙燒窯和干燥
窯及其相關(guān)設(shè)施加上自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制等設(shè)備構(gòu)成一個(gè)磚瓦焙燒自
動(dòng)控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)配合，工藝要求的質(zhì)量和產(chǎn)量
才能達(dá)到最佳效果。
（３）窯體保溫和密封。常用材料有：聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料、聚苯乙
烯硬質(zhì)泡沫塑料、巖棉、微孔硅酸鈣、珍珠巖等。它們的導(dǎo)熱系數(shù)處０．
０２５ ～０．０５Ｗ／（ｍ·Ｋ）范圍內(nèi)，是較好的保溫隔熱材料。
（４）在經(jīng)濟(jì)合理、制造可行的情況下，盡可能增加窯體厚度。從傳
熱學(xué)角度考慮，窯體厚度越厚，傳熱熱阻越大，熱量損失就越少。
４　結(jié)論
通過(guò)四家窯體測(cè)試對(duì)比分析，得出窯體散熱損失主要影響因素有
煤摻入量、窯的小時(shí)產(chǎn)量、窯體的保溫及窯體厚度等。提出相應(yīng)解決措
施：（１）通過(guò)量熱儀測(cè)試坯體熱值，監(jiān)控內(nèi)燃料的摻入量；（２）生產(chǎn)過(guò)程
采用自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制設(shè)備，確保設(shè)備配合協(xié)調(diào)；（３）加強(qiáng)窯體的保
溫和密封；（４）適當(dāng)增加窯體的厚度。
參考文獻(xiàn)
［１］梁嘉琪．當(dāng)前我國(guó)燒結(jié)磚隧道窯發(fā)展中的問(wèn)題與探討［Ｊ］．磚瓦，
２０１０，７∶８０ －８６．
［２］張翠清，杜銘華，郭治，俞珠峰．工業(yè)鍋爐及窯爐節(jié)能減排技術(shù)途徑
與關(guān)鍵問(wèn)題分析［Ｊ］．中國(guó)能源，２００８，２（３０）：１７ －２０，４１．
［３］李江，曹小林，彭好義，陳立勇，朱金明等．湖南科輝墻材磚廠隧道干
燥窯熱平衡測(cè)試［Ｊ］．磚瓦，２０１３，３∶２２ －２３．
［４］ＪＣ ／Ｔ ４２８ －２００７．磚瓦工業(yè)隧道窯熱平衡、熱效率測(cè)定與計(jì)算方法
［Ｓ］．
［５］ＪＣ ／Ｔ ４２９ －２００７．磚瓦工業(yè)隧道窯－干燥室體系熱效率、單位熱耗、
單位煤耗計(jì)算方法［Ｓ］．
［６］《磚瓦》雜志社．燒結(jié)磚瓦干燥室窯爐熱工設(shè)計(jì)原理［Ｍ］．
江西省鷹潭市預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展與規(guī)劃研究
■黃明夫，張建強(qiáng)　■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西　南昌?。常常埃埃埃?
摘　要：為落實(shí)建設(shè)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的國(guó)家戰(zhàn)略和江西省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃，實(shí)
現(xiàn)鷹潭市建設(shè)“世界銅都”和“四大一新”發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步落實(shí)《江西省
促進(jìn)散裝水泥和預(yù)拌混凝土條例》、《鷹潭市促進(jìn)散裝水泥和預(yù)拌混凝土
發(fā)展管理辦法》（鷹府發(fā)〔２００９〕２５ 號(hào)）等法規(guī)及政策，開展專題調(diào)查研
究，總結(jié)了鷹潭市所有在目錄內(nèi)的商品混凝土企業(yè)的生產(chǎn)信息，并收集
了建設(shè)部門、統(tǒng)計(jì)部門、規(guī)劃部門的相關(guān)數(shù)據(jù)。結(jié)合了我省近年來(lái)預(yù)拌
混凝土發(fā)展趨勢(shì)并借鑒了相關(guān)調(diào)研資料，進(jìn)行了分析，總結(jié)了目前鷹潭
市預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題及相關(guān)對(duì)策。
關(guān)鍵詞：預(yù)拌混凝土　城鎮(zhèn)化　發(fā)展規(guī)劃　銷售價(jià)格
２０１４ 年７ 月１５ 日江西省發(fā)改委發(fā)布了《江西省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃
（２０１４—２０２０ 年）》。城鎮(zhèn)化必然帶動(dòng)預(yù)拌混凝土發(fā)展，近年來(lái)，鷹潭市
在城鎮(zhèn)化大發(fā)展趨勢(shì)下，在國(guó)家禁止現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土政策引導(dǎo)下，預(yù)拌
混凝土生產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，至２０１３ 年末全市已建有預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)
５ 家，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)供應(yīng)能力可達(dá)３２２ 萬(wàn)ｍ３ 以上，近３ 年（２０１１ －２０１３
年）實(shí)際年平均供應(yīng)量為９８ 萬(wàn)ｍ３ ，２０１３ 年供應(yīng)量實(shí)破１００ 萬(wàn)ｍ３ ，達(dá)
１３２ 萬(wàn)ｍ３ 。預(yù)拌混凝土行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題十分復(fù)雜，
不僅結(jié)構(gòu)材料在環(huán)境作用下本身多變，帶有很大的不確定性，而且混凝
土企業(yè)布局對(duì)于城市建設(shè)需求量之間的關(guān)系也有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步
完善。
１ 　鷹潭市預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)江西省鷹潭市城市總體規(guī)劃，鷹潭市域城鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)為“一
區(qū)兩片”。一區(qū)：即鷹潭都市區(qū)。以市域現(xiàn)狀主要城鎮(zhèn)為基礎(chǔ)，依托現(xiàn)
狀縱橫交通軸線和規(guī)劃新建的城際快速連接線，形成半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈。
整合區(qū)域內(nèi)的工業(yè)園區(qū)、旅游風(fēng)景區(qū)、綠色觀光農(nóng)業(yè)、物流商貿(mào)服務(wù)設(shè)
施與科技生活區(qū)等功能組團(tuán)，形成城鎮(zhèn)與產(chǎn)業(yè)密集發(fā)展的都市區(qū)，帶動(dòng)
市域整體協(xié)調(diào)發(fā)展。
鷹潭全市總面積３５５６．７４ｋｍ２ ，其中貴溪市２２８０ｋｍ２ ，余江縣
９３７ｋｍ２ ，月湖區(qū)１３７ｋｍ２ ，龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)２００ｋｍ２ ；其中月湖區(qū)的面
積雖然僅為全市面積的３．９％，但它是鷹潭市“都市區(qū)”中心的同時(shí)也
是鷹潭地區(qū)預(yù)拌混凝土使用量最大的區(qū)域，同時(shí)也是鷹潭地區(qū)預(yù)拌混
凝土企業(yè)最集中的地方，目前有三家預(yù)拌混凝土企業(yè)坐落于月湖區(qū)；以
周坊鎮(zhèn)為中心的北部發(fā)展片區(qū)和以塘灣鎮(zhèn)為中心南部發(fā)展片區(qū)因?yàn)樯?
未納入“禁現(xiàn)”區(qū)域，還沒(méi)有培育起成熟的預(yù)拌混凝土市場(chǎng)，市場(chǎng)需求
量遠(yuǎn)不及“都市區(qū)”，所以目前還沒(méi)有一家預(yù)拌混凝土企業(yè)入駐“兩
片”。
截至２０１４ 年７ 月，鷹潭全市范圍內(nèi)在省工信委目錄內(nèi)的預(yù)拌混凝
土企業(yè)數(shù)量有５ 家，分別是貴溪花園恒基建材有限公司、江西貝融新型
建材股份有限公司、鷹潭市信江混凝土有限公司、江西喜鵬商品混凝土
有限公司、鷹潭鴻泰混凝土有限公司。目前５ 家預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)
全部分布在鷹潭“都市區(qū)”內(nèi)，其中鷹潭市城區(qū)（月湖區(qū)）３ 家、貴溪市１
家、余江縣１ 家。
２　預(yù)拌混凝土供應(yīng)銷售概況
“十二五”期間（２０１１ －２０１４．６），鷹潭市預(yù)拌混凝土累計(jì)供應(yīng)量達(dá)
３５０．７６ 萬(wàn)立方米，其中２０１１ 年，鷹潭市預(yù)拌混凝土供應(yīng)量為８１．１４ 萬(wàn)
立方米，２０１２ 年供應(yīng)量為８１．６５ 萬(wàn)立方米，２０１３ 年供應(yīng)量高達(dá)１３２．８３
萬(wàn)立方米，２０１４ 年１ 月－６ 月供應(yīng)量達(dá)５５．１４ 萬(wàn)立方米。預(yù)拌混凝土
供應(yīng)量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，２０１２ 年預(yù)拌混凝土供應(yīng)量增長(zhǎng)率為０．６３％，
而２０１３ 年預(yù)拌混凝土供應(yīng)增長(zhǎng)率高達(dá)６２．６％。期間，累計(jì)使用散裝水
泥１０１．５５ 萬(wàn)噸，河沙２３０．４５ 萬(wàn)噸，碎石３０６．６８ 萬(wàn)噸，外加劑２．２２ 萬(wàn)
噸，綜合利用工業(yè)廢渣（粉煤灰與礦渣粉）３０．５８ 萬(wàn)噸。
“十二五”期間，全省預(yù)拌混凝土的主要原材料價(jià)格如下：ＰＯ４２．５
散裝水泥平均價(jià)格為３４４．５ 元／噸，粉煤灰平均價(jià)格為１５７．６４ 元／噸，
礦粉平均價(jià)格為２５４．３ 元／噸，河砂平均價(jià)格為４１．２５ 元／噸，碎石平均
價(jià)格為４１．４５ 元／噸，卵石平均價(jià)格為３４．８３ 元／噸，外加劑價(jià)格為
２０２０．６４ 元／噸。通過(guò)對(duì)比，鷹潭市的混凝土原材料價(jià)格在全省屬于中
等偏上的水平。
表２．１　全省預(yù)拌混凝土原材料價(jià)格
元／ｔ
城市
砂碎石卵石
水泥
ＰＯ４２．５ 粉煤灰礦粉外加劑
南昌市３０ ５９ ４８ ２９０ １５０ ２００ ２２００
九江４５ ４５ ３５ ３６０ １４６ ２６３ ２２００
上饒４９ ３９ ３０ ３７９ ２０９ ３４０ １９１７
鷹潭３７ ６１ ４３ ３６０ １７０ ／ ２０００
·１０·
２０１４ 年第２４ 期（總第１５３ 期）　　　　　　　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)用研究

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