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當前一種新型的陶瓷窯爐節(jié)能涂料很受應用者的追捧，在全國各地對將近200條窯爐進行技改使用，一致得到廠家的好評。該高溫輻射節(jié)能材料是由黑體輻射材料與耐高溫粘結(jié)劑組成，其中過渡族元素氧化物和氧化鋯、硅酸鹽耐火材料，高溫摻雜形成固溶體黑體輻射材料，耐高溫粘結(jié)劑則使涂料牢固地粘合在基體表面。作為一種物體表面輻射性能的改性材料，具有施工簡便、成本低廉的特點和強化輻射傳熱過程、保護基體材料的優(yōu)點，因而得到廣泛應用，成為改善工業(yè)爐爐內(nèi)輻射傳熱、參與調(diào)整表面輻射性能的一項重要措施。
該高溫輻射節(jié)能材料是由航空發(fā)動機工業(yè)衍生出的新型節(jié)能產(chǎn)品，利用材料的高吸收、高蓄熱、高輻射、髙放熱的特點強化輻射換熱，提高窯爐效率。該涂料可直接噴涂在各種窯爐耐火材料的表面，如耐火磚、澆注料、保溫棉、陶瓷纖維、玻璃纖維、鍋爐爐管、格子磚、蓄熱體；涂料涂噴在窯爐內(nèi)表面，形成一層堅硬的陶瓷釉質(zhì)硬殼，起到保護爐體，延長爐齡、有效反射爐膛內(nèi)紅外熱能的作用，它能顯著提高爐膛內(nèi)傳熱效果，減少黑煙排放，實際生產(chǎn)運用中，在精細管理中燃料消耗能量降低8-25%，涂料長期耐溫可達1800度，極限耐溫可達2000度。
高溫輻射節(jié)能材料的節(jié)能原理
一般而言，當窯爐溫度在900℃以上時，熱量傳遞以輻射為主，輻射傳熱是對流的15倍，占80%以上。高溫輻射能量波長大多數(shù)集中在1~5μm波段，比如1000℃和1300℃時分別有76%和85%的輻射能量集中在這一波段內(nèi)，一般的耐火材料在這一波段的發(fā)射率很低，而RLHY-2型黑體輻射節(jié)能涂料在1~15um波譜范圍內(nèi)都具有很高的發(fā)射率。常溫下耐火材料的發(fā)射率一般為0.6~0.8，隨著爐溫的升高，會大幅度下降，高溫下只有0.4~0.5，而RLHY-2型黑體輻射節(jié)能涂料一直保持0.9以上的發(fā)射率。根據(jù)基爾霍夫定律，材料的吸收率與發(fā)射率相等。當物體表面的發(fā)射率提高后，它的吸收熱量的能力也相應提高。由于在高溫條件下，熱量傳遞以輻射為主。當被加熱物體表面涂覆納微米高輻射涂料后，極大提高了被加熱體吸收和發(fā)射量的能力，在同樣的加熱條件下，由于傳熱能力的提高，大大提高熱能的利用效率，從而達到節(jié)能的目的，從而減少燃料消耗量，為企業(yè)節(jié)約資金。
實驗效果
1、火焰的溫度范圍
內(nèi)層：深藍色火焰（上圖800℃溫度范圍），因供氧不足，燃燒不完全，溫度最低，稱焰心；中層（上圖1000℃溫度范圍）：暗紅或暗黃色火焰，明亮。溫度比內(nèi)層高，稱內(nèi)焰；外層（上圖1200-1400℃溫度范圍）：橘黃色或乳白色，因供氧充足，燃燒完全，溫度最高，有氧化作用，稱外焰。焰心、內(nèi)焰和外焰，火焰的溫度由內(nèi)向外依次增高。焰心：中心的黑暗部分及藍色部分，由能燃燒而還未燃燒的氣體所組成。內(nèi)焰：包圍焰心的最明亮部分，是氣體未完全燃燒的部分，含著碳粒子，被燒熱發(fā)出強光，并有還原作用，也稱還原焰。外焰最外層淺黃或透明的區(qū)域，叫做反應區(qū)，是氣體完全燃燒的部分，含著過量而強熱的空氣，有氧化作用，也稱氧化焰。
在當前陶瓷窯爐設計中，窯體內(nèi)寬達到3.15米。為保證陶瓷窯爐的高效生產(chǎn)，窯爐噴槍采取棍棒上下布局槍支的特性，以保障產(chǎn)品在棍棒中行走過程中的上下受溫均勻。窯爐噴槍布局如下圖：
同時采用窯爐左右兩邊錯位布局槍支的方式均衡窯爐左右的溫差。窯爐內(nèi)火焰構(gòu)成如下圖：
事實上，當前窯爐噴槍的射程在1800-2000mm之間，由于窯爐運行環(huán)境的波動等因素的影響，比如燃料質(zhì)量、壓力等的波動，或者生產(chǎn)中空疏窯、或者動力機械設備的緊急故障等因素，均可造成窯爐左右的溫差或者窯爐中部的局部高溫或低溫，均對產(chǎn)品的燒制造成重大的影響，從而影響了制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。另外，常規(guī)窯爐中的火焰通過觀火孔或者窯尾位置觀察窯內(nèi)火藥狀況，火焰呈暗紅色或暗黃色。根據(jù)火焰溫度范圍分類的理論，充分表明燃體在窯爐內(nèi)的燃燒不完全，造成大量熱能的浪費，窯內(nèi)氣流隨外部因素的影響變化大，從而影響了陶瓷產(chǎn)品在燒制過程中的產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，增大了操作者的操作難度和對操作者技能要求相對嚴苛。在最近20多年的陶瓷生產(chǎn)管理實踐中，窯爐技師的要求一直是陶瓷生產(chǎn)管理的重中之重。由于對生產(chǎn)穩(wěn)定性的維護執(zhí)行，實踐中，窯爐技師的付出和艱辛是常人無法理解的。如下圖，一般情況下窯爐中常規(guī)火焰的呈色。
該圖為在窯爐技改前窯爐內(nèi)頂部的現(xiàn)時狀況，在長期高溫作用下，窯爐頂部的保溫材料產(chǎn)生了一定程度高溫氧化的腐蝕和剝落，對窯內(nèi)的熱傳遞會帶來大量的熱量損失，形成燃料的大量浪費。
高溫輻射節(jié)能材料應用后的節(jié)能效果如下表：
該組數(shù)據(jù)筆者在廣東某陶企內(nèi)直接截取的動態(tài)生產(chǎn)顯視頻，在2022年初技改前該窯產(chǎn)量32000㎡/日，燃氣損耗800×800mm拋釉磚超過1.85立方/平方的氣耗。2022年4月通過技改后，到6月中旬的燃氣損耗穩(wěn)定在1.60-1.63之間，日產(chǎn)量達到并超過36000㎡。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的觀察，該生產(chǎn)中仍然存在不同程度的空疏窯狀況，并且存在大量的槍支保養(yǎng)維護不當，窯爐密封狀況堪憂等現(xiàn)實情況。如若進一步加強生產(chǎn)現(xiàn)場管理，該窯的能耗至少還能再進一步降低1-3%以上，窯爐產(chǎn)量可同步上升2%左右。經(jīng)過進一步管理的加強，今年上半年該廠該窯的日產(chǎn)量超過39000㎡，燃氣損耗量穩(wěn)定在1.56-1.58立方氣/㎡磚。該廠其他窯爐經(jīng)過同樣方式的節(jié)能改造后，750×1500mm規(guī)格產(chǎn)品能耗降至1.71立方氣/㎡，節(jié)能效果顯著，也給企業(yè)帶來新的活力和競爭力。
3、高溫輻射節(jié)能材料噴涂后對窯爐溫度的影響
噴涂高溫輻射技能涂料后密封室內(nèi)的火焰明亮耀眼，充分顯示燃燒的充分性。
2）從觀火孔觀察到的噴涂高溫輻射節(jié)能涂料后，窯爐火焰的呈色：
噴涂高溫輻射節(jié)能材料后窯爐焰幾乎呈乳白色，在溫度波長范圍幾乎保持在1400度左右。3）經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)，同等條件下，噴涂過高溫輻射節(jié)能材料后室內(nèi)溫度至少高于未噴涂該材料的溫度150℃，根據(jù)溫度差異在窯爐1200℃高溫燒成條件下，至少可節(jié)約熱能12%。4、輥道窯爐噴涂高溫輻射節(jié)能材料后，窯爐內(nèi)的輻射有一個明顯的改善。即從任何一個觀察空去觀察窯內(nèi)的火焰狀況，從視覺上觀察到的均是一個整體。乳白色的火光，再也不像以前那樣噴槍使用的地方火焰明顯，槍與槍的間隔火焰有明顯的的分界線，這個狀況的改善充分體現(xiàn)了燃燒的充分性及熱輻射在窯體內(nèi)的加強。5、高溫輻射節(jié)能材料在窯爐中的適用范圍及注意事項：1）高溫輻射節(jié)能材料的噴涂要噴在有明火的地方，即窯內(nèi)布局噴槍的溫度段內(nèi)；2）噴涂好涂料的地方需升溫加強噴涂層與附著物吸附過程，使用前未經(jīng)升溫吸附的涂層表面盡量不要粘附水汽；3）噴涂高溫輻射節(jié)能材料后窯爐電器頻率、窯爐生產(chǎn)工藝等均應作相應的工作調(diào)整。該環(huán)保型高溫輻射節(jié)能材料，又名納微米高輻射涂料。該涂料可廣泛運用于陶瓷窯爐內(nèi)墻和內(nèi)窯頂噴涂納微米高輻射涂料升溫技術(shù)施工。經(jīng)涂層后的窯爐段可有效地降低生產(chǎn)中造成的窯爐落臟，并切實降低外部環(huán)境的變化對窯爐溫度造成的變化影響。該環(huán)保型高溫輻射節(jié)能材料，又名納微米高輻射涂料，由佛山市淘邦陶科技公司研發(fā)。
該涂料可廣泛運用于陶瓷窯爐內(nèi)墻和內(nèi)窯頂噴涂納微米高輻射涂料升溫技術(shù)施工，可應用于不直接接觸熔體的各種高溫工業(yè)爐窯,將納微米高輻射涂料涂于爐襯內(nèi)壁，提高爐襯的黑度，通過涂層熱能吸收和隔熱反射，改善爐內(nèi)熱交換、提高爐膛內(nèi)溫度場強及均勻性、使燃料燃燒更加充分，達到增加熱效率、減少能耗、節(jié)約能源和保護爐襯、延長爐襯使用壽命、環(huán)保等目的。經(jīng)涂層后的窯爐段有效的降低生產(chǎn)中造成的窯爐落臟，并切實降低外部環(huán)境的變化對窯爐溫度造成的變化影響。實踐證明，陶瓷輥道窯噴涂該節(jié)能涂料后，窯爐生產(chǎn)最低可節(jié)約燃料8%、電能2%，同時窯爐可提產(chǎn)5%以上，窯爐碳排放量遠遠低于國家環(huán)保要求。在當前環(huán)保要求嚴格、陶瓷市場低迷、競爭激烈無序的現(xiàn)實情況下，該窯爐節(jié)能涂料的橫空出世無疑為陶瓷行業(yè)注入了新的興奮劑。
（淘邦陶工作人員辛苦施工現(xiàn)場）
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