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        工業(yè)爐節(jié)能技術(shù)措施初探

        2011-08-15 00:47:52上海燃?xì)馄謻|銷售有限公司張方涌
        上海煤氣 2011年2期
        關(guān)鍵詞:煙氣

        上海燃?xì)馄謻|銷售有限公司 張方涌

        隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和工業(yè)化建設(shè)步伐的加快,對(duì)能源的消耗也大幅度的增加。目前我國已成為世界第二大能源消費(fèi)國,從我國的能源儲(chǔ)量和可開采量來看,能源的供給和需求形勢(shì)嚴(yán)峻,能源緊張的局面日趨嚴(yán)重,但是與此同時(shí)我國能源的利用率卻處在較低的水平。

        工業(yè)爐能源消耗占全國工業(yè)能源消耗量的四分之一,是工業(yè)生產(chǎn)部門的主要耗能設(shè)備,是一個(gè)能源消費(fèi)大戶,由工業(yè)爐的能源構(gòu)成可知,在能源總耗量中化石燃料耗量占 90%以上,燃料爐平均熱效率僅為 20%左右,而世界發(fā)達(dá)國家為 40%以上,可見我國能源利用率方面存在著明顯的差距,所以,有必要利用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)對(duì)我國各種工業(yè)爐,尤其是燃料爐進(jìn)行改造,提高能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。

        節(jié)能一般有兩種方式:直接節(jié)能和間接節(jié)能。直接節(jié)能是指通過提高工業(yè)爐能源利用率、降低產(chǎn)品單耗,從而直接減少能源消耗量;間接節(jié)能則是通過降低原材料消耗、減少廢品率、延長設(shè)備使用壽命等途徑而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。本文介紹了工業(yè)爐直接節(jié)能的各種先進(jìn)技術(shù),重點(diǎn)分析了燃?xì)饧訜釥t的能源效率提高的途徑。

        1 工業(yè)爐節(jié)能措施

        工業(yè)爐節(jié)能的措施主要分為:燃料的高效清潔燃燒、爐內(nèi)強(qiáng)化傳熱、減少工業(yè)爐散熱損失和強(qiáng)化余熱回收利用。

        1.1 工業(yè)爐設(shè)計(jì)上的措施

        從工業(yè)爐的設(shè)計(jì)來說,需要統(tǒng)籌考慮工業(yè)爐的使用要求,重點(diǎn)從爐型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃燒器選擇和爐體選材等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般應(yīng)盡量做到:

        (1)根據(jù)所加熱的物料性質(zhì)和加熱要求,選擇合理的爐膛結(jié)構(gòu),配備數(shù)量合理的燃燒器(或燒嘴),盡可能使用先進(jìn)工業(yè)爐窯自動(dòng)化控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備。

        (2)選擇合理爐型和合適的爐膛尺寸;工業(yè)爐爐襯的蓄熱和散熱一般占總能耗的20%~45%,選用耐高溫、容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低的耐火纖維代替耐火磚做爐襯,可減少爐體的蓄熱和散熱損失,尤其是對(duì)間歇加熱爐來說,減少爐體蓄熱損失對(duì)提高能源利用效率至關(guān)重要,平均節(jié)約能源35%左右。

        (3)強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱過程可以保證被加熱物料的合理升溫過程,促進(jìn)爐內(nèi)溫度均勻性。

        目前,采用加熱爐爐壁噴涂高溫紅外涂料技術(shù),可提高火焰輻射到爐壁的反射率,增強(qiáng)火焰對(duì)被加熱物料的傳熱過程,同時(shí)可減少爐壁散熱損失。不過,需要注意涂層的老化現(xiàn)象。

        另外,在爐壁上加裝突出、凸起物等能夠有效增加爐壁的反射面積,促進(jìn)爐內(nèi)各個(gè)方向和角落的溫度均勻性。

        (4)采用高效清潔燃燒技術(shù),不僅要求燃料釋放出最高的燃料化學(xué)能,而且力求使燃料在接近于 1的過量空氣系數(shù)下完全燃燒,減少污染物的生成。因?yàn)檫^量空氣系數(shù)過小將導(dǎo)致燃料不完全燃燒,而過量空氣系數(shù)過大容易生成過多的氮氧化物或使火焰溫度不能滿足加熱要求,都會(huì)造成很大的浪費(fèi),故燃?xì)馊紵髯詈脩?yīng)選用空燃比例能自動(dòng)調(diào)節(jié)的閥門。經(jīng)驗(yàn)表明過量空氣系數(shù)每增加 0.1,排煙熱損失就要增加0.5%左右。對(duì)燃?xì)馊紵鱽碚f,過??諝庀禂?shù)為1.05時(shí),效率最高。

        (5)高效回收排煙余熱,對(duì)提高工業(yè)爐能源利用率至關(guān)重要。在工業(yè)窯爐領(lǐng)域,尤其是高溫加熱爐,由煙氣帶走的熱量損失占爐子供熱量的40%~60%以上。降低排煙溫度,減少煙氣帶走的熱量損失,最有效的方式是充分利用煙氣余熱對(duì)助燃空氣、燃?xì)夂蜖t料進(jìn)行預(yù)熱。一般助燃空氣溫度每提高100℃,可節(jié)約燃料5%。目前,高溫空氣燃燒技術(shù)已經(jīng)在我國幾百座工業(yè)爐上得到使用,盡管節(jié)能效果明顯,但也帶來了一些負(fù)面作用,例如蓄熱體破損頻繁、煙道堵塞、爐壓波動(dòng)大等。故對(duì)中小型工業(yè)加熱爐來說,亟待研制高溫?zé)煔庥酂峄厥昭b置以及煙氣余熱的深度利用裝置。

        1.2 工業(yè)爐運(yùn)行管理上的措施

        從工業(yè)爐的運(yùn)行管理方面來講,提高操作工的技術(shù)水平,優(yōu)化加熱制度,完善加熱工藝,合理高效組織生產(chǎn),認(rèn)真、定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù),則可以在不付出額外投資的情況下獲得顯著的節(jié)能效果。例如:

        (1)定期對(duì)在用加熱爐的單位產(chǎn)品能耗水平及現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)測(cè)力度,以確定加熱爐達(dá)標(biāo)的實(shí)施方案。建立健全必要的熱工測(cè)量和控制儀表,制定司爐工操作規(guī)程,提高操作技術(shù)水平,加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),延長爐體壽命等都對(duì)節(jié)約燃料有重要的影響。

        (2)加強(qiáng)加熱爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理,加強(qiáng)加熱爐的日常管理,對(duì)在用加熱爐進(jìn)行挖潛增效。注重改善燃料結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確控制空燃比,保證完全燃燒。

        (3)嚴(yán)格各項(xiàng)規(guī)章制度的執(zhí)行,定期或不定期組織檢查規(guī)章制度的執(zhí)行情況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改,使加熱爐各部件始終處于良好的使用狀態(tài)。

        (4)定期對(duì)一線操作人員、管理人員、設(shè)計(jì)人員有計(jì)劃地組織學(xué)習(xí)、培訓(xùn)與研討,提高操作和管理水平。

        (5)積極采用加熱爐節(jié)能新技術(shù),尤其要加強(qiáng)各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的匹配與整合,使每項(xiàng)技術(shù)的使用始終保持在最佳的使用條件。

        2 燃?xì)夤I(yè)爐節(jié)能措施

        在2010年首屆中國國際氣體能源峰會(huì)暨生物天然氣產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上,相關(guān)專家學(xué)者紛紛表示“中國將走入氣體能源時(shí)代”。作為清潔能源的重要組成部分,“氣體能源”將逐步成為21世紀(jì)用能主流已成共識(shí)。尤其是在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國,一次能源消費(fèi)比例嚴(yán)重失調(diào)、對(duì)石油進(jìn)口高度依賴的不斷攀升、碳排放居高不下,已經(jīng)成為阻礙中國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)高速發(fā)展的巨大桎梏。為此從國家到地方,都正在加速推動(dòng)“氣體能源”的發(fā)展。其中,燃?xì)夤I(yè)爐是指應(yīng)用氣體燃料的加熱爐、熱處理爐,由于氣體燃料燃燒特性不同于固體燃料或液體燃料,因此,燃?xì)夤I(yè)爐的節(jié)能措施與固體燃料、液體燃料的工業(yè)爐不完全相同。

        在工業(yè)爐窯中,物體通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射傳熱得到熱量,然而對(duì)燃?xì)夤I(yè)爐來說,在物體獲得的總熱量中,有60%~70%是來自爐襯的輻射傳熱,而不是火焰的輻射。由此可見,爐窯內(nèi)襯發(fā)射輻射的性能對(duì)物體加熱過程有重要影響。由于燃?xì)馊紵幌衩悍廴紵軌蛲ㄟ^煤粉固體粒子向外輻射能量,也不像燃油燃燒產(chǎn)生炭黑向外輻射能量。燃?xì)馊紵闹饕a(chǎn)物中只有CO2、H2O等三原子氣體的輻射性能相對(duì)好一些,而且輻射光譜還不連續(xù)。因此,如何加強(qiáng)爐內(nèi)高溫傳熱過程是燃?xì)夤I(yè)爐必須考慮的問題。

        目前,有廠家采用黑體強(qiáng)化輻射傳熱技術(shù),即多功能爐襯。該技術(shù)主要是通過火焰以輻射、對(duì)流傳熱過程加熱這些黑體元件,即讓燃?xì)夤I(yè)爐內(nèi)襯盡可能多地通過輻射和對(duì)流傳熱過程吸收高溫火焰的熱量,再由這些黑體元件向被加熱物料輻射傳熱,從而間接提高燃?xì)饣鹧鎸?duì)物體的加熱強(qiáng)度。

        黑體元件是多功能爐襯工業(yè)爐的技術(shù)關(guān)鍵。黑體元件在燃?xì)饣鹧娴膶?duì)流、輻射傳熱作用下獲得熱量,提高溫度,同時(shí)向爐膛空間其它方向輻射能量,使得爐內(nèi)傳熱過程重新分配。黑體元件的輻射強(qiáng)度與其發(fā)射率的大小和溫度高低有關(guān)。而普通爐膛內(nèi)襯的發(fā)射率低,不能有效將燃?xì)饣鹧娴臒崃總鬟f給被加熱物體,而燃?xì)饣鹧鎸?duì)流傳熱又沒有強(qiáng)化的話,則排煙溫度將比較高,引起高溫排煙損失。從這個(gè)角度來分析,在爐膛內(nèi)襯上安裝黑體元件能夠有效增加被加熱物體的吸熱量。目前,一種錐形多孔陶瓷空腔形式的黑體元件能夠不僅增大爐膛內(nèi)襯的傳熱面積,而且提高了爐膛內(nèi)襯的黑度,強(qiáng)化爐膛內(nèi)襯向物體的輻射傳熱能力,已有相關(guān)的工程應(yīng)用,效果較好。

        另外,工業(yè)爐排煙溫度普遍在200 ℃以上,煙氣中的水蒸氣仍處于過熱狀態(tài),其中的水蒸氣汽化潛熱不可能得到應(yīng)用。如果開展煙氣余熱的深度利用,即把煙氣溫度降低至100 ℃以下,可以充分回收煙氣中水蒸氣的汽化潛熱,提高能源利用效率10個(gè)百分點(diǎn),在某些特定條件下甚至可以出現(xiàn)能源利用效率高于100%的情況(因?yàn)檩斎肽芰繒r(shí)是按照低位發(fā)熱值計(jì)算的,未考慮煙氣中的水蒸氣汽化潛熱)。不過,此時(shí)低溫腐蝕是需要特別關(guān)注的問題。

        目前,能夠抵抗低溫腐蝕的鋼材或工藝措施已經(jīng)研制出來,可保證在一個(gè)檢修期內(nèi)不會(huì)銹蝕,影響正常操作。如果由于回收了煙氣余熱而帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高于更換、維護(hù)這種換熱器的話,則可以推廣應(yīng)用這種煙氣余熱深度利用的技術(shù)。

        3 總結(jié)

        工業(yè)爐節(jié)能技術(shù)的探討,對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)至關(guān)重要。目前,要推廣應(yīng)用新型高效清潔燃燒裝置,使用富氧燃燒技術(shù),合理應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù),減少氧化燒損,加強(qiáng)工業(yè)爐操作管理,合理調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃。針對(duì)具體的某個(gè)工業(yè)爐來說,準(zhǔn)確控制空燃比,減少爐墻散熱損失,降低排煙溫度,甚至使用煙氣冷凝技術(shù)等,都可以增加工業(yè)爐的熱效率。對(duì)燃?xì)夤I(yè)爐來說,使用黑體強(qiáng)化輻射傳熱技術(shù)能夠強(qiáng)化爐膛內(nèi)襯輻射傳熱能力,增加燃?xì)饣鹧鎸?duì)物體的加熱,從而降低爐膛排煙溫度。

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