工业炉窑节能新技术.doc

工业炉窑节能技术工业炉窑是目前众多用能设备中的重点耗能设备，据有关部门统计，我国现有工业窑炉约80万台，年消耗能源1.9亿t标准煤，约占全国能源消费总量的五分之一。 我国大部分工业窑炉在炉型结构、燃烧系统、余热利用、绝热材料、热工检测、自控、微机应用及环保等方面都比较落后、而且容量大多偏小，造成能源浪费，同时增加环境污染。所以在工业窑炉中，燃烧技术节能潜力是很大的。目前，燃烧节能技术有： 1、富氧燃烧节能技术 富氧燃烧是指助燃空气中含氧量超过正规值直至使用纯氧的助燃过程。 空气中含氧量约21%，而氮的含量为79%。然而在燃烧过程中，只有氧参加燃烧反应，氮仅仅作为稀释剂。大量的稀释剂吸收了大量的燃烧反应放出的热，并从烟道排走。显然这是一种庞大的浪费。 因为富氧燃烧只要用较少的热或者不需要热去加热氮气，所以可以明显增加火焰温度。随着燃烧排气量的减少，使用的风机、管道和烟气处理设备均可减少，同时烟气排放速度也降低，导致烟气排放中尘粒的减少，有利于改善环境。当然，富氧燃烧也有一些辣手的问题要妥善解决，才能真正发挥优势。 2、脉冲燃烧节能技术 脉冲燃烧70年代由欧洲开发成功。较通常的脉冲燃烧与其说是燃烧技术，倒不如说是燃烧控制技术。它是由电子式烧嘴管理系统，以及高性能的然气、空气电磁阀组成，可解决如下问题： 1、炉内温度分布不均匀 2、燃烧系统不便于调节 3、高的燃料消耗 高速燃烧技术 高速燃烧技术的兴起是为了适应一种先进加热技术强对流冲击加热的需要。燃料和助燃空气在烧嘴自带的燃烧室内完成混合燃烧，燃烧后的高温烟气以100-300m/s的高速直接喷向物料表面，强化了炉内的对流换热，促进炉气再循环。在高速喷流下，炉内对流换热量可提高到总传热量的80-85%，有时可更高。同时还可使炉温均匀。 一、工业炉窑是目前众多用能设备中的重点耗能设备，一家拥有工业炉窑的耗能企业，其工业炉窑耗能量约占到本企业耗能量的1070，有的企业甚至更多。 以电子工业炉窑为例，该行业工业炉窑耗能量约占到电子行业耗能量的30。 陶瓷、玻璃生产企业其工业炉窑耗能量，约占到该企业耗能量的50以上，有的企业甚至占到80以上。 二、工业炉窑节能潜力空间大工业炉窑节能潜力空间大工业炉窑节能潜力空间大工业炉窑节能潜力空间大 工业炉窑由于受产品生产工艺、生产组织、炉窑构造、炉窑材料等因素影响，设备热效率相对较低。 如玻璃坩锅炉热效率仅为35，玻璃池炉热效率也只有20左右，隧道窑的热效率也仅在2530，窑车的热损失占到30，窑体散热在810。 现提高工业炉窑的热效率，减少产品耗能量有很大的提升空间。 工业炉窑的种类工业炉窑的种类工业炉窑的种类工业炉窑的种类 工业炉窑门类很多，常有以下分类： 一、按工作温度分为高温炉窑、中温炉窑和低温炉窑。 二、按燃用燃料又分为：煤窑、油窑、天然气、煤气窑炉、电窑。 三、按燃烧方式控制又分为：自动调节(含机械加煤)和人工调节(含人工加煤)两类。 四、按工艺特征又可分为金属冶炼炉窑、热处理炉退火炉、加热炉、蒸馏炉、水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑、石灰窑、玻纤炉等。 五、按炉窑结构特征又可分为隧道窑、台车窑、室式窑、网带炉、推板窑、推杆窑、井式炉、环形炉、辊道窑、梭式窑、钟罩炉、池炉、坩埚炉等。 六、按窑炉内气体成份又可分为真空炉窑、氢气炉窑、氮气炉窑、氢氮混合气体炉窑。 工业炉窑节能技术可以从以下几方面入手： 1、以燃用优质煤、固硫型煤和采用循环流化床、粉煤燃烧等先进技术改造，替代中小炉和工业窑炉。 2、采用蓄热式燃烧技术。 3、富氧闪速及富氧熔池熔炼工艺、替代反射炉、鼓风炉和电炉等传统工艺，提高有色属(铜)熔炼强度。 4、采用氧气底吹炼铝工艺。 5、推广炉窑全保温技术，采用异型保温材料。 6、建材(钢玻、陶瓷)炉窑采用富氧和全氧燃烧技术。 7、推广采用新型窑型。如陶瓷行业：淘汰倒焰窑、推板窑、多孔窑等落后窑型、推广道窑技术。 8、改善燃烧系统，选用高效燃烧器烧嘴，采用先进的电子燃烧控制技术，做到对炉窑温度炉内压力，空燃比例实施自动控制。 9、采用洁净气体燃料无匣钵烧成工艺，减少匣钵蓄热损失。 10、选用高效长寿的电热发热元件。灵敏精确的温度控制技术。 在运行过程中可以从以下几方面节能：1、 根据燃烧设备，使用的燃料种类，燃烧方式，控制好炉窑空气过剩系数。 2、 定期不定期开展燃烧设备的扦查和维修。保证燃烧的供风引风设备，燃烧控制系统，各路控制阀门处于良好状态。 3、 工业炉窑使用的燃料晶料，质量应相对稳定。 4、 根据工艺过程的可能，在降低综合能耗的前提下降低加热温度的规定值，准确控制被加热或被冷却物体的温度防止超出规定的温度范围。 5、 改进工业炉窑的本体、台架以及运送被加热物的台车，链爪辊道等的结构，减少其重量，采用比热和导热率小的材料，降低其蓄热损失和热损失，提高设备加热速度和热效率。 6、 加强生产调度和调整，根据加热产品数量、加热温度，实行集中开炉或集中运行生产，缩短两个加热周期间的空烧仃歇时间及工序间的等待时间减少空载热耗。 7、 使每台炉窑接近额定产量或额定负荷防止产量过低过高而增加热耗。 8在工艺条件允许的情况下，积极采用被加热物热装、连装、热送等加热形式，并尽可能提高热装温度，减少被加热物的吸热量。 9、对工业炉窑及其附件，保温结构开展定期检查及维修，保证炉体外壳、炉底、吊挂炉顶、炉门、孔门有完好的有效的绝热层和密封性，减少热量流失，炉气逸出或冷空气吸入。 10、开展工业炉窑的余热回收利用。 轻质耐火材料与节能轻质耐火材料与节能轻质耐火材料与节能轻质耐火材料与节能 一、 隔热耐火材料与节能隔热耐火材料与节能隔热耐火材料与节能隔热耐火材料与节能 能源是人类赖以生存的重要物质条件。 随着工业化的高速发展，人民生活的不断提高，能源的消耗越来越多，能源的价格成倍增加，“能源危机”已成为工业界的共识。隔热耐火材料的发展和新品种的涌现，为节能、降耗提供了新材料。目前，我国能源利用率只有30左右，比国外先进水平低20多个百分点，而且环境污染严重。 就陶瓷行业而言： 隧道窑 隧道窑窑车蓄热占20一30%，制品与匣钵耗热占25300%，窑体散热占810%。如将隧道窑横截面分成上、中、下三部分，则三部分占用的热量比为1：1.3：3.8，且下部分占用的热量中的23是窑车蓄热。以上数字表明，采用高性能隔热耐火材料砌筑低蓄热窑车具有显著的节能效果。 另外，选用合适的隔热材料，对于加强隔热保温降低表面散热，也能起到节能的显著效果。比如：烧成。温度为1350的隧道窑，在烧成带部位，通过窑内壁高铝砖传到隔热层耐火砖的温度只有1000左右，如用QNO4的轻质粘土砖(允许使用温度1150)替代QN一1O的轻质粘土砖(允许使用温度1350)，其最高温度部位的窑墙的表面温度可隐藏在50左右。 辊道窑 采用优质耐火材料、可减薄窑墙厚度，增加窑内的宽度，因而可获得产量明显增加的效益。比如：窑宽由630mm增加到930mm，则产量可增加43。 间歇窑 采用隔热耐火材料减薄窑墙厚度，其蓄热量可大大的降低。对比数字表明，两座窑墙不同的间歇窑共同的热工条件为：烧成温度1200升温时间12h，环境温度30，窑墙厚度为797mm，蓄热量为361KJ，窑墙厚度减薄在545mm时，蓄热量149KJ，前者是后者的两倍。 根据国内外经验，窑内衬应尽量少用或不用重质材料。在设计时要采用高质的轻质耐火材料，尤其是梭式窑，因是不稳定传热，其内衬采用轻质耐火材料更为重要。窑体还应加强隔热保温，这不但可减薄窑墙厚度，减少积蓄热，节约能耗，还可降低窑体外表面温度，改善操作条件，节约材料。 窑车车衬，在隧道窑内积蓄热要占到总热耗的2030，而且加剧了窑内温差，是造成窑内上下温差的主要原因之一。它严重影响了产品的均匀加热，延长了烧成时间，减少产量，增加了能耗。近年来国外推行的低蓄热窑车节能非常显著，这是国外窑炉热耗低的原因之一，是窑炉节能的一个重要措施，也是窑炉节能的一个方向。 二、 轻质砖的品种轻质砖的品种轻质砖的品种轻质砖的品种。近几年来，国内陶瓷行业发展很快，特别是引进线的不断增加及其表现出的优越性，带动了陶瓷窑炉结构的大革新。我厂对国外轻质砖进行了剖析。在科研单位的帮助下，先后开发了高强漂珠砖，可发聚笨乙稀高铝轻质砖、莫来石轻质砖、氧化铝空心球砖及多种不定形轻质浇注料。为了保证砖型的几何尺寸准确，保证砌筑质量，又购置一整套锯、磨、钻加工设备，从而保证了轻质砖的内在质量和几何尺寸准确。 几种轻质砖的使用领域： (1)漂珠砖 漂珠砖可直接用于隧道窑、辊道窑予热带、冷却带的衬里，在1000以下可直接接触火焰，具有很好的节能效果。还可用于窑车车衬的下部，QN06的漂珠砖可用于保温层。 (2)高铝聚轻球砖 高铝聚轻球砖是以可发性聚笨乙稀为燃烧料，以高铝细粉为主要原料生产的轻质砖，它可用于隧道窑、辊道窑的予热带、冷却带。烧成温度不大于1200的烧成带也可以使用，还可用于轻质窑车的车衬，间歇窑的保温砖。 (3)低铁高铝轻质砖 低铁高铝轻质砖，耐火度高、热稳定性好、耐压、抗折强度高、化学稳定性好，可用于隧道、辊道窑烧成带和梭式窑的衬砖、吊顶砖、盖板砖、窑车上部衬砖。 (4)莫来石轻质砖 莫来石轻质砖具有相当优良的热稳定性和高温性能。它主要用于烧成温度比较高的隧道窑、辊道窑、梭式窑的墙砖、顶砖、窑车上部衬砖。 (5)氧化铝空心球砖氧化铝空心球砖，主要用于烧成温度大于1400的隧道窑烧成带衬砖、梭式窑衬砖、窑车上部衬砖，还可用于烧成电子陶瓷、磁性材料的电推板窑的窑衬。 几种轻质砖的化学、物理性能指标(略) 氧化铝空心球氧化铝空心球氧化铝空心球氧化铝空心球、漂珠砖理化性能漂珠砖理化性能漂珠砖理化性能漂珠砖理化性能 理化性能 氧化铝空心球制品 漂珠砖 1.3 1.6 1.0 0.8 0.6 Al2O3 % 95 95 40 35 32 Fe2O3 % 0.8 0.8 2.5 2.4 2.3 常温耐压（MPa） 17 30 10 8 6 常温抗折（MPa） 3.5 8.5 2.5 1.8 1.2 荷重软化点 1600 1600 1250 1250 1230 耐火度 1790 1790 1700 1670 1650 导热系数（1100热面）W/mk 0.93 1.10 0.22 0.20 0.18 备 注 0.1MAa荷重测试 氧化铝空心球几何尺寸按照GB399583执行。 高强漂珠几何尺寸按照GB399483执行。 莫来石轻质砖莫来石轻质砖莫来石轻质砖莫来石轻质砖、低铁轻质砖低铁轻质砖低铁轻质砖低铁轻质砖、高铝轻质砖理化性能高铝轻质砖理化性能高铝轻质砖理化性能高铝轻质砖理化性能 理化性能 莫来石制品 低铁轻制品 高铝轻制品 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.8 Al2O3 % 55 55 50 50 60 60 Fe2O3 % 0.8 0.8 1 1 1.5 1.5 常温耐压（MPa） 10 6 7 4 6 3 常温抗折（MPa） 3 2 2.5 1.5 1.9 1.7 荷重软化点 1450 1400 1400 1350 1350 1300 耐火度 1750 1750 1750 1700 1700 1700 导热系数（1100热面）W/mk 0.26 0.24 0.26 0.24 0.26 0.24 备 注 注：荷重测试为01MPa。 莫来石轻质砖、低铁轻质砖、高铝轻质砖 几何尺寸按照GB399583执行。 三、 轻质砖在设计和使用中应注意的问题： 1、在设计炉窑时，对轻质砖的耐火性能要留有余地，以防温度波动，造成窑顶坍塌。2、在设计轻质砖的几何尺寸时，不易将异型砖设计的过大，因过大、过厚的砖在制作时不易烧透。尽管延长保温时间，往往还是外熟里生。另外、砖越大，在冷却时产生的热应力越大，越容易剥落掉块。 3、应根据加热过和临界应力出现的部位，确定炉窑膨胀的尺寸，予留好膨胀缝。 4、选用比较合适的粘结剂，特别是砌筑窑顶的粘结剂(泥浆)。5、不可片面强调轻质砖的强度值，从试验研究结果表明，高强度值的材料，往往伴随着脆性和相当低的热震振稳定性。 6、建立科学的热工制度，是保证轻质砖安全使用的重要措施，预防破坏性拉应力的产生，特别应引起注意的是在低温阶段(1000)以下，轻质砖在1000以上常表现出塑性，因而可使应力降低，减缓破坏性，随着温度的降低，塑性渐渐消失，拉应力集中，破坏性增大，实践证明，在1000以下，按25h冷却，一般不会出现问题节能技术的最新的发展(1) 大型台车式加热炉 重机、军工行业有许多与水压机及大型锻压设备配套的台车式加热炉，最高炉温一般要求达到1300以上，如果使用发热值只有1250x4.18KJNm3，的发生炉煤气作燃料(建国初期所建厂一般如此，近年来该种燃料又有上升趋势)，炉子在高温段升温困难，因而要求空气与煤气双预热后燃烧。传统的做法是炉后装设空气换热器与煤气换热器，实际情况煤气换热器往往因煤气质量问题寿命很短，许多厂家都尝够苦头，最后舍弃不用。在煤气不能预热的情况下，即使空气换热器将助燃空气预热到500也解决不了炉温问题。有的工厂为了将空气能预热到600以上人炉，在炉子两侧的地下建设庞大的以格子砖为蓄热体的老式蓄热室(2) 敞焰加热的连续式热处理炉 小型成批工件热处理一般采用连续式炉，炉内无特殊气氛要求、燃料在炉膛内燃烧、燃烧产物可直接接触工件的炉型称为敞焰加热式炉(相对隔焰加热而言)。根据炉内传动方式的不同有辊底式炉、链条式炉、铸造链板式炉、隧道式炉等，它们的共同点是根据热处理工艺曲线的要求，沿炉子长度方向设立若干个区段：如预热段、加热段、保温段、冷却段等，每区段的升温速度与保温温度衡定，炉子连续工作。从热工制度来看，连续式热处理炉与轧钢加热炉有相同之处，但是热处理炉的温度制度一般更加严格，炉内温差要求更小(3) 蓄热式燃气辐射管燃烧器加热炉 有些工业炉为了炉内气氛或工件洁净的需要，要将燃烧产物与工作气氛隔开，一般的做法是让燃料在单独的管状空间内燃烧，然后靠管子表面的热辐射对炉内供热，此种管子装置称为“辐射管”燃烧器。安装辐射管燃烧器的工业炉有各种保护气氛的热处理炉、真空热处理炉、搪瓷行业的搪烧炉等。 燃气辐射管燃烧器一般使用优质气体燃料，最早的燃气辐射管燃烧器没有余热回收装置，根据炉内温度水平和炉温均匀性的要求，沿管子长度上的温差不能过大(一般不能超过150200)，所以辐射管燃烧器排烟温度只能比管壁温度低150200。 对于燃料热值Qd=41304.18kJNm3的焦炉煤气、管壁温度为1100的辐射管，排烟温度以900计，此时排烟热损失Qy为： Qy=509(单位烟气生成量)0.369(烟气比热容)9004.18=16904.18kJNm