工业锅窑炉节能原理与技术教学版省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第八讲：

工业锅（窑）炉节能理论与技术1/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering1工业锅炉锅炉：是将燃料化学热转变成热能，又将热能传递给水，生产一定温度和压力蒸汽或热水设备。工业锅炉：为工矿企业提供蒸汽或热水以满足生产工艺、动力以及采暖等需要锅炉。

一、工业锅（窑）炉概念与特点概念2/52经典小型燃气工业锅炉内部结构示意图3/52经典大型工业锅炉内部结构示意图4/52工业锅炉裸炉结构图5/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering按燃烧设备：手烧炉、链条炉排、振动炉排、往复式推进炉排、配有抛煤机燃烧方式、沸腾炉和煤粉炉。按本体结构：火管锅炉（包含烟管锅炉）、水管锅炉、快装锅炉、热水锅炉、废热锅炉等。工业锅炉种类6/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering工业炉窑：将燃料燃烧产生热量或将电能转化为热能，对工件或物料进行熔炼、加热、烘干、烧结、裂解和蒸馏等热工设备。炉窑组成：工业炉窑主要由炉衬、炉架、供热装置（如燃烧装置、电加热元件）、预热器、炉前管道、排烟系统、炉用机械等部分组成。通常将熔炼和加热金属装置经常称为炉，而熔化和加热非金属装置往往称为窑或窑炉。2工业炉窑7/52经典加热炉外部结构图8/52经典加热炉内部结构图9/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering按工作温度：高温窑炉、中温窑炉和低温窑炉。按燃用燃料：煤窑、油窑、天然气窑炉、煤气窑炉、电窑等。按工艺特征：金属冶炼炉、热处理炉、加热炉、蒸馏炉、水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑、石灰窑、玻纤窑等。按结构特征：隧道窑、台车窑、室式窑、网带炉、推板窑、推杆窑、井式炉、环形炉、立窑、辊道窑、梭式窑、钟罩炉、池炉、坩埚炉等。按炉内气份：真空窑炉、氢气窑炉、氮气窑炉、氢氮混合气体窑炉等。工业炉窑种类10/523锅炉与窑炉主要差异项目指标工业锅炉工业炉窑加热对象水、蒸汽金属或非金属制品炉膛内衬水冷管耐火隔热材料（有节能空间）炉墙外壁温＜50℃＞50℃（有节能空间）炉内温度控制要求不甚严格有严格要求排烟温度≈120℃＞200℃（有较大节能空间）产品出炉（窑）热损失无较大

（有余热利用空间）最终产品热水或蒸汽加热或熔炼后金属或非金属制品11/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering工业锅炉占我国煤炭消耗26.03%。工业锅炉耗能概况1能源消耗量大

燃煤工业锅炉占工业锅炉总量80%以上，燃油气锅炉占15%，电加热锅炉占1%左右，其余是以沼气、黑液、生物质等为燃料锅炉。全国当前约有50余万台燃煤工业锅炉，约180万蒸吨/小时。以层燃工业锅炉（链条锅炉占总量60%以上）为主，量大面广。耗煤量约占全国年耗煤总量1/3。二、工业锅（窑）炉能耗现实状况12/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering工业炉窑：约占整个企业耗能量10-70%；电子工业炉窑：约占电子行业耗能量30%；陶瓷玻璃炉窑：约占行业总耗能量50-80%。水泥窑：约占建材行业耗能量57%，占全国能源消耗总量5%。工业窑炉耗能概况13/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering工业锅炉

当前工业锅炉平均运行效率约60%～65%，比国外先进水平低15～20%。工业窑炉

工业窑炉能源利用率低，平均热效率≤30%。冲天炉平均热效率≤42%，工业电炉热效率≤30%；水泥窑平均能耗比国外先进水平低20%以上，钢铁工业能耗比国外先进水平低50%以上。效率低、与先进水平差距较大能耗现实状况2炉窑本体平均热利用效率较低14/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering

单台锅炉容量小，设备陈旧老化平均负荷低，“大马拉小车”现象突出自动控制水平低，燃烧设备和辅机质量不高

……工业锅炉工业窑炉

技术水平低，装备陈旧落后规模小、能耗高运行管理水平低，缺乏污染控制办法

……

能耗现实状况3配套设施及辅助设备能效水平低15/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering（1）锅炉效率各类工业燃煤锅炉平均热效率各类工业燃油（气）锅炉平均热效率20t/h及以下工业燃煤锅炉加权平均热效率为68.72%20t/h及以下工业燃油(气)锅炉加权平均热效率为82.61%量大面广＋燃烧效率不达标节能潜力巨大1.工业锅炉三、工业锅（窑）炉能效与节能原理16/52２工业锅炉及炉窑能源转换利用特点工业锅炉燃料(qr)空气水蒸汽、水（q1)烟气(q2,q3)灰渣（q4,q6)q5工业炉（窑）燃料(qr)空气物料烟气（q2,q3)产品(q6)灰渣（q4,q6)q5(1)锅炉及炉窑本体节能原理工业锅炉能量平衡原理示意图工业炉窑能量平衡原理示意图17/52工业锅炉燃料(qr)空气水蒸汽、水（q1)烟气(q2,q3)灰渣（q4,q6)q5对于工业锅炉：18/52工业锅炉本体节能原理与思绪当Qr一定时，欲提升锅炉热效率提升Q1份额。要提升Q1份额降低Q2～Q6份额。Q2↓：降低排烟温度。Q3↓：提升可燃气体成份燃烧效率。

Q4↓：提升固定碳燃烧效率。Q5↓：降低炉体散热损失。Q6↓：降低离开炉膛灰渣或物料带走热损失。19/52工业炉窑本体节能原理与思绪工业炉（窑）燃料(qr)空气物料烟气（q2,q3)产品(q6)灰渣（q4,q6)q5Q2↓：降低排烟温度。Q3↓：提升可燃气体成份

燃烧效率。

Q4↓：提升固定碳燃烧效率。Q5↓：降低炉体散热损失。Q6↓：降低离开炉膛灰渣

或物料带走热损失。与工业锅炉不一样，工业炉窑不产生热水或蒸汽（Q1），只加热物料或工件，所以，为降低能量损耗，应尤其注意降低Q2、Q6

、Q5。20/52燃料燃烧步骤：降低Q3、Q4把握工业锅炉及炉窑本体节能三个步骤炉内传热步骤：提升传热效

率，降低Q5燃烧优化技术燃烧器改造余热利用步骤：降低烟温，

回收余热，

降低Q2降低传热阻力增大传热面积加强炉墙保温降低炉膛漏风优化燃烧配风烟气余热回收21/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能潜力燃料机械未完全燃烧损失影响原因：

燃料性质、燃烧方式、燃烧设备结构与布置、炉膛温度、过剩空气系数、配风方式等。燃料化学不完全燃烧损失q3:指未完全燃烧可燃气体（co，h2,ch4）随烟气排放到大气所造成热损失，固体燃料较小，气体燃料可能较大。燃料燃烧步骤：降低Q3、Q4燃烧优化技术燃烧器改造燃烧步骤22/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能潜力不一样炉渣含碳量对层燃炉热效率影响23/52传热步骤炉内传热步骤：提升传热效

率，降低Q5降低传热阻力增大传热面积加强炉墙保温……….24/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering设备内灰渣、水垢、污垢没有及时清理，没有及时排污，增加热阻，降低传热系数，降低了设备传热效率。强化传热节能潜力25/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能潜力降低散热损失q5:因为炉墙、金属结构、锅炉范围内汽水管道、烟风管道等温度高于周围环境温度所造成。普通锅炉越大，散热损失越小。加强保温26/52余热利用步骤余热利用步骤：降低烟温，

回收余热，

降低Q2降低炉膛漏风优化燃烧配风烟气余热回收……….排烟温度每增加10-20度，热损失增加1%!27/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能潜力炉窑排烟温度过高。排烟过剩空气系数过大。锅炉受热面设计不合理。锅炉超负荷运行。锅炉运行维护不妥。影响排烟损失原因28/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能潜力排烟温度及过剩空气系数对排烟损失影响29/52(2)锅炉及炉窑辅助设备节能思绪主要辅助设备送风机引风机给水泵选取高效产品优化容量匹配采取变频调整设备节能改造30/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering（1）燃烧设备及系统改造锅炉更新：采取循环流化床、煤粉锅炉替换低效破旧锅炉。炉型改造：用燃气改造燃煤炉；用CFB、PCB改造链条炉。受热面调整：加拱或调整水冷壁、省煤器、空气预热器等。燃烧设备改造：改用先进高效燃烧器及相关燃烧设备；

链条炉双层燃烧改造等。燃料制备系统改造：使燃料颗粒度更均匀。1工业锅炉四、锅（窑）炉节能办法及技术31/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering

增设工质压力、温度、流量检测仪表：对热工参数及工质流量进行准确检测与计量。增设炉膛负压检测仪表：检测炉内负压。增设烟气氧量检测仪表：控制过剩空气系数。增设燃烧自动控制系统：优化空气/燃料比，准确控制炉膛负压，降低漏风量。（2）仪表及控制系统改造32/52（3）炉膛结构改造与受热面调整炉膛空气动力场改造：如增设炉拱；加高炉膛。炉膛密封性改造：降低炉膛漏风量。炉膛保温系统改造：降低炉墙散热损失。受热面调整：增减水冷壁、过热器、省煤器或空气预热器面积。33/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering

水质净化处理：强化入炉水净化处理，提升水质，预防水垢。锅炉定时吹扫：定时洗炉和清扫烟道，扫除受热面上水垢和烟灰。

锅炉定时排污：运行时注意定时排污。节能办法（4）受热面洁净化处理34/52（5）烟气余热回收利用增加省煤器面积：提升入炉水温，降低排烟温度。增设空气预热器：提升燃烧空气温度，改进燃烧，降低排烟温度。35/52（6）运行优化与管理炉内流场优化：经过冷态空气动力场试验及设备改造优化炉内空气动力场。空燃比优化：经过热态调整试验，优化确定不一样工况及燃料特征下最正确空燃比。炉膛负压控制：使漏风量最小，且使送引风机电耗最小。炉排速度优化：使灰渣含碳量最小。炉排燃料层厚度优化：通风阻力均匀，阻力较小，使灰渣含碳量最小。炉排长度方向配风优化：着火稳定，灰渣含碳量最小。燃料颗粒尺寸优化：炉排通风阻力均匀，预防气流短路。36/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering水泵、送引风机节能改造节能办法（7）辅机系统与设备节能改用高效水泵、送风引机。水泵、送引风叶轮改造。水泵、送风引机变频改造。加热器改造。送水管道优化改造。送引风管道优化改造。37/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能办法2工业炉窑（１）工业炉窑与工业锅炉主要差异窑炉出口产品是温度较高金属或非金属制品。窑炉出口烟气通常含有较高温度。窑炉炉膛内壁无水冷管壁，因而散热损失通常较大。38/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能办法（２）工业炉窑节能思绪与技术办法工业锅炉中燃烧步骤及辅助设备节能办法与技术通常适合用于工业炉窑。39/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能办法重点关注以下几方面节能办法及技术：高温预热空气燃烧技术富氧燃烧技术高效烧咀技术基于空气预热器、省煤器及余热锅炉烟气余热回收技术高温物料余热回收技术新型高效隔热保温材料技术工件与物料加热工艺优化、改进与革新40/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering高温空气燃烧

高温空气燃烧，包含两项基本技术办法：一是采取蓄热装置回收燃烧产物显热预热助燃空气，取得800~1000℃，甚至更高高温空气；二是利用燃烧烟气回流等办法降低燃烧区含氧体积浓度，取得浓度为1.5%~2%低氧气氛。蓄热式高温空气燃烧技术原理图节能新技术41/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering技术优势排烟温度低余热回收充分，燃料能量利用率靠近90%助燃空气温度靠近炉内温度均匀炉内温度分布，消除局部高温区，有效抑制热力NOx生成化学反应速率和燃烧效率提升炉内辐射换热增强，单位面积热强度增加，装备尺寸缩小贫氧燃烧炉窑内生成还原气氛，满足一些特殊炉窑需要助燃空气温度到达燃料自燃点扩大燃料可燃范围，可燃用低热值燃料节能新技术42/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering富氧燃烧技术富氧燃烧，是指助燃空气含氧量超出21%直至使用纯氧助燃过程。

提升燃烧区域火焰温度火焰温度与氧浓度关系曲线图

降低过量空气系数，降低排烟体积理论空气需求量与氧浓度关系技术优势43/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering

增加热量利用率利用富氧助燃技术可提升炉子热效率5%~19%，含有稳定炉运行工况、降低大气污染、延长炉子使用寿命等效果。加热温度与热量利用率关系图在加热温度为1300℃时，含氧量为21%空气燃烧，热量利用率为42%；含氧量为26%空气燃烧，热量利用率达56%，增加14%。44/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering余热类型主要有：烟气余热；可燃废气、废液、废料余热；高温产品及炉渣余热；冷却介质余热；化学反应余热；废水、废气余热。利用路径

直接利用

间接利用

综合利用

预热助燃空气

干燥

生产热水和蒸汽

制冷

余热发电

低温炉热源依据工业余热温度高低，采取不同利用方法，实现余热梯级利用。先进余热回收技术45/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能新技术玻璃窑余热发电技术46/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节能新技术水泥窑纯低温余热发电技术47/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering节约燃料消耗、节约辅机电耗辅机主要包含通风设备，给水与补水泵，燃料处理与输送设备，出渣、除尘及水处理设施等。机械密封变频调速技术滑参数启停运行可靠性管网改造，减小阻力损失通风设备改造水泵节电改造辅机优化运行技术48/52能源与动力工程学院SchoolofEnergyandPowerEngineering1调整燃料结构五、锅（窑）炉节能技术发展趋势鉴于我国富煤、贫油、少气能源结构，尽