同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院 包 暉 馮 良

為控制煤炭消費(fèi)總量、削減主要大氣污染物排放總量和改善環(huán)境空氣質(zhì)量，江蘇省大氣污染防治聯(lián)席會(huì)議辦公室印發(fā)了《江蘇省燃煤鍋爐大氣污染整治工作方案》(以下簡稱《方案》)，《方案》明確到2016年年底前，沿江8市全區(qū)域內(nèi)10 t/h及以下燃燒高污染燃料鍋爐實(shí)現(xiàn)清潔能源、可再生能源、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組替代或淘汰。本項(xiàng)目位于江蘇省沿江區(qū)域，為了響應(yīng)政府號(hào)召推進(jìn)節(jié)能減排工作，企業(yè)進(jìn)行了天然氣燃燒設(shè)備對(duì)燃煤鍋爐的替代。

1 項(xiàng)目簡介

烘缸是拉幅定型機(jī)的干燥設(shè)備，拉幅定型機(jī)主要用于布匹、紙制造過程中的拉幅定型工藝。本項(xiàng)目中烘缸主要用于烘干醫(yī)用敷料，如紗布、手術(shù)巾等，烘缸有2柱共20只(蒸汽烘缸見圖1)，烘缸內(nèi)為加熱盤管，熱源在盤管內(nèi)放熱，布匹沿烘缸外表面滾動(dòng)加熱。改造前熱源為燃煤蒸汽鍋爐，蒸汽通過管網(wǎng)進(jìn)入烘缸內(nèi)盤管，換熱后冷凝水排出缸體。改造后采用天然氣直燃紅外輻射燃燒器，煙氣在烘缸盤管內(nèi)流動(dòng)放熱。

圖1 拉幅機(jī)蒸汽烘缸部分

2 改造方案

2.1 工藝要求

該項(xiàng)目產(chǎn)品為醫(yī)用紗布，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：紗布重量80 g/m2、軋余率70%、幅寬2400 mm、烘干后回潮率 15%、車速 100 m/min、烘房面積9×3m，高1.8 m，要求溫度120 ℃。

2.2 改造方案

改造時(shí)拆除原烘缸中蒸汽供汽管、蒸汽換熱盤管、排水管等，新增紅外輻射燃燒器、燃燒控制系統(tǒng)、以及排風(fēng)系統(tǒng)。原 20個(gè)蒸汽烘缸經(jīng)測算，實(shí)際需要改造 12個(gè)即可達(dá)到工藝要求，每個(gè)烘缸配一個(gè)燃燒器，每個(gè)燃燒器加熱功率45~62.5 kW，共12個(gè)。改造后天然氣烘缸見圖2。

圖2 改造后天然氣烘缸

2.3 紅外輻射燃燒器

本項(xiàng)目中，紅外輻射燃燒器采用金屬纖維編織而成的燃燒頭。該燃燒頭被加工成長條圓柱形，長度參考烘缸長度，直徑根據(jù)紅外燃燒器功率確定表面積后換算得到。該燃燒器安裝在烘缸軸線上，作為烘缸轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心。燃燒器內(nèi)部采用合理的氣流分布方式，確保長度方向火焰燃燒正常，不出現(xiàn)前后火焰分布不均勻和燃燒狀況有差異的情況，見圖3。

圖3 天然氣紅外輻射燃燒器烘缸系統(tǒng)示意

該燃燒器屬于預(yù)混氣體表面燃燒，具有熱強(qiáng)度高、可調(diào)比寬、燃燒均勻、熱效率高和有害氣體排放量少等特點(diǎn)。燃燒器在工作中，熱量通過輻射傳遞到烘缸表面的涂層，再以傳導(dǎo)的方式由內(nèi)表面涂層傳給外表面。由于沒有傳統(tǒng)蒸汽烘缸中冷凝水聚集在烘缸內(nèi)下部的問題，因此比傳統(tǒng)蒸汽烘缸溫度分布更加均勻，烘干效果更好，效率更高。

2.4 燃燒控制系統(tǒng)

改造后燃燒控制系統(tǒng)和燃?xì)舛ㄐ筒糠止灿?，系統(tǒng)控制核心是PLC，所有的參數(shù)都在觸摸屏上顯示和設(shè)置，觸摸屏布置在主控室。

風(fēng)機(jī)預(yù)吹掃：燃燒系統(tǒng)啟動(dòng)前對(duì)燃燒空間進(jìn)行吹掃，防止點(diǎn)火時(shí)因存在可燃?xì)怏w引起事故。

脈沖點(diǎn)火：利用高壓脈沖進(jìn)行點(diǎn)火。

火焰檢測：采用離子電流方式進(jìn)行火焰檢測。

熄火保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)檢測不到火焰時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉燃燒系統(tǒng)并報(bào)警。

風(fēng)機(jī)故障鎖定：當(dāng)風(fēng)機(jī)故障不能送風(fēng)時(shí)，自動(dòng)鎖定系統(tǒng)。

燃?xì)飧叩蛪罕Ｗo(hù)：當(dāng)燃?xì)鈮毫Σ辉谠O(shè)計(jì)范圍時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行鎖定。

燃?xì)鈾z漏：開機(jī)前對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行檢漏。

溫度控制：采用PID調(diào)節(jié)自動(dòng)補(bǔ)償控溫，根據(jù)溫度信號(hào)，PLC通過變頻器控制風(fēng)機(jī)、改變空氣流量，再通過比例閥自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?，從而改變?nèi)紵?fù)荷。

車速保護(hù)：只有當(dāng)車速高于設(shè)定值時(shí)，才能開啟燃燒系統(tǒng)，以防止織物加熱時(shí)間過長導(dǎo)致?lián)p壞。

3 經(jīng)濟(jì)效益

統(tǒng)計(jì)用戶一段時(shí)間日常生產(chǎn)負(fù)荷能耗等數(shù)據(jù)，原生產(chǎn)線每小時(shí)需要烘干634 kg水分，蒸汽烘缸需要消耗約1 140 kg蒸汽。統(tǒng)計(jì)改造后運(yùn)行情況并與原有燃煤鍋爐及天然氣蒸汽鍋爐改造方案進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。

表1 不同改造方式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

綜上所述，改造后天然氣紅外輻射燃燒器烘缸比天然氣鍋爐每小時(shí)節(jié)約能源成本為：76.65元，每年節(jié)約成本為：459900元；對(duì)比燃煤鍋爐，小時(shí)能源成本增加9.2元，年增加費(fèi)用為55 200元，其中，設(shè)備按每年開機(jī)300 d，每天20 h計(jì)算。

4 結(jié)語

使用天然氣紅外輻射烘缸后，運(yùn)營成本較使用天然氣蒸汽鍋爐蒸汽烘缸有大幅下降，較原有燃煤鍋爐蒸汽烘缸運(yùn)營成本有所增長但漲幅僅為3.6%。改造后，廠區(qū)環(huán)境有較大改善，環(huán)境效益提升顯著，符合國家節(jié)能減排政策，并實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。