工业炉窑新技术二.pptx

第3章 高能耗工业炉窑节能新工艺新技术 v我国工业炉窑能源利用概况v工业炉窑的燃料消耗占全国燃料量的1/2以上，是用能大户。由于用能设备较落后，能量有效利用率较低。v目前，我国能源利用率只有约32，比国外先进水平低十多个百分点。节能降耗是提高经济增长的质量和效益的重要途径，所以我国的节能工作仍需向广度和深度发展。v若能将我国的能源利用率提高到中等水平即40，则节约的燃料相当于 1亿吨标准煤，可见节能潜力是十分巨大的。第一节 锅炉的节能途径v我国锅炉现状 我国现有工业锅炉约25万台，燃料消耗约占全国燃料总消耗量的1/3。锅炉数量多、容量小(2t/h以下的锅炉占总数的 70-80)、机械化程度差(70是人工投煤)、效率低(平均热效率仅55左右)。相当数量的锅炉不符合保产保暖、安全运行、节约能源、保护环境的要求，急待更新或进行技术改造。v锅炉设备工作过程简述 锅炉由“锅”和“炉”两部分组成：炉是放热部分，燃料在其中燃烧，将化学能转化为热能；锅是吸热部分，高温烟气通过锅的受热面将热量传给锅内工质（水或汽）。v锅炉设备工作过程可分为如下两部分（1）炉内过程 炉子包括炉膛、燃烧器、燃料及空气供应系统。要求有良好的燃烧条件，使燃料的化学能量大限度地转化为热能，并最有效地将热能传给工质，以节约燃料。v（2）锅内过程锅炉内的热交换 包括烟气向水传热和水的汽化过程。传热情况的好坏关系到锅炉运行的经济性，应使传热过程在最大传热系数和最大温差条件下进行，以达节能、节省金属的目的。锅内水循环 依靠工质的密度差循环流动的称为自然循环；借助水泵使工质流动的称为强制循环。水循环是关系到锅炉安全运行的重要因素。汽水分离 受热面连续向汽锅内送入汽、水混合物，因此在汽锅内需要一个汽、水分离过程，使蒸汽得以净化。v锅炉的节能改造 大力开展以节能为中心的技术改造和结构改革，具体说可采用下列措施:要发展选进炉型结构，使大部分锅炉能吃“粗粮”，即解决适应燃烧各地中、低质煤炭，以充分利用我国煤炭资源。沿燃烧机械化(如采用链条炉排、往复炉排、沸腾炉、煤粉炉等)和提高锅炉容量与参数的方向发展，不断提高锅炉效率。逐步实现以更新为主的锅炉改造方针。暂无条件列新的低效锅炉，可在原有基础上进行改装以提高效率，并实现消烟除尘和确保安全运行。抓好热能的综合利用，逐步实行集中供热，热电结合和热能逐级使用。v锅炉热能的合理利用 集中供热 在热用户比较集中的地区，用集中供热的锅炉房把分散的旧式小型锅炉替换下来，改用效率较高、机械化程度较好的中等容量锅炉，或发展效率较高、又能节省钢材的中、大型热水锅炉（包括汽、水两用炉），实行连续供热的热水采暖。可以减少环境污染、减少运行和管理人员数量，并节约能源。热电并供 在蒸汽供需之间存在一个较大的压差，压差发电就是利用这一供需压差，在其间配置适当的背压汽轮发电机组，使从热源来的新汽先进入汽轮机发电，而将其排汽导入输热管网送往各热用户使用。此时汽轮机相当于旋转式减压装置，这种方法既满足用热参数要求，又获得廉价电力，因而大大提高了能源利用率，是当前能源综合利用的一项较好措施。1977年世界动力协会的结论性观点是：热电并供是目前惟一经实践证明可以大量节约能源的有效途径。蒸汽热能的分级利用 过热蒸汽首先用来推动汽轮机以提供工厂所需的机械能，从汽轮机排出的压力较低的蒸汽又分为不同等级而分别作工艺原料和加热介质，并把各处蒸汽冷凝回收经处理后再送回锅炉。这样构成了一个全厂的蒸汽动力循环系统。例如合成氨厂把生产各阶段可以回收的热量统筹安排逐级回收：低温热源用来加热进入除氧器的给水；中温热源用来加热进入锅炉的给水；高温热源用来生产蒸汽及过热蒸汽，蒸汽也可逐级使用。使用蒸汽蓄热器 蒸汽蓄热器是一种间接的节能装置。在轻工、化工、钢铁等工厂中用汽的工节设备对蒸汽的需求量常呈周期性波动，时大时小。这造成供汽的锅炉时而需猛烧，时而需压火，既操作紧张，又使煤耗增多。就是在供汽系统中能自动调节工艺设备用汽和锅炉供汽之间不平衡的蒸汽储蓄装置。蒸汽蓄热器属于变压式蓄热器，工作压力是变化的，蓄热器依靠压力变化进行充热和放热。其他措施 减少锅炉排烟的余热损失，一般排烟温度每降低12-15，排烟热损失相应可减少1；实现燃烧自动调节，使燃烧达最佳工况，一般可节约燃料3-5；层燃炉的烟灰回燃，如充分利用也可节约燃料3-5；选择技术经济的水处理装置也是节能重要手段。第二节 工业炉窑的节能途径 v我国工业炉窑能耗的现状 我国工业炉窑种类多、数量大，全国共有工业炉窑11.4万台，仅机械系统就有工业炉5万余台，其中锻造加热炉约1万台。工业炉窑广泛应用在冶金、机械、硅酸盐、轻工和化工等工业部门。目前工业炉的燃料耗量1.62亿吨标准煤。占全国燃料总消耗量的25%我国炉型结构、工艺和操作管理较落后，能量有效利用程度低，工业炉节能潜力十分巨大。例如：钢铁厂余热资源据估计相当于1000多万吨标准煤，其中65%是可以回收的，而目前只回收了总量的10%，仍有500多万吨标准煤的能量可回收。v工业炉窑节能效果分析 在考虑工业炉节能方案及分析其节能效果时，应注意以下几种情况：任一项节能技术均有其适宜的使用条件选择节能方案时，除注意节能效果外还要考虑技术效能为了提高节能效果，当采用多种节能技术时要注意其相互间的合理匹配工业炉的节能效果与节能改造前炉子的原始能源利用水平有关v国家标准 GB/T3486-93规定了企业合理用热的技术管理原则，分：燃料燃烧的合理化、传热的合理化、减少传热与泄漏的热损失和余热回收利用四个部分。a)燃料燃烧的合理化工业炉使用不同燃料时助燃用的空气系数应符合下表的规定。工业炉空气系数b)传热的合理化原理采用直接加热（明火）、浸没燃烧等加热方法，以提高加热速度，降低燃料消耗；排烟系统应有适当抽力，良好的气密性，保证设备内压力分布的调节能力；改进设备结构，提高传热能力，降低蓄热量及热损失；采用增设并合理布置热交换器、配合使用高温与低温加热设备等方法，多次利用热量，提高综合热效率。c)减少传热与泄漏的热损失工业炉炉体外表面温度，为了减少泄露损失，规定：热设备的砌体应具有完好的效的绝热层，提高隔热性能。尽量减少水冷或汽化冷却构件的数目及尺寸，并可靠地进行绝热。炉墙必须有良好的气密性，尽可能包以钢板。热设备中的连接、旋转部分应可靠密封，防止热载体泄漏热损失。d)余热的回收利用余热回收应优先用于设备本系统，例如预热空气、预热工件等v节能途径及措施1.加强生产管理 在许多工厂内工业炉的最大节能潜力往往在于加强生产管理，而不是首先在于改进炉子结构。例如加强计划调度、改革加热工艺、高效率组织生产、加强对炉子的维护和修理，教育操作人员严格按操作规程进行操作等各项管理步骤后，在不付出任何额外投资的情况下即可获得显著的节能效果。2.改革燃料结构 我国工业炉能源结构以煤为主，占总构成的57.19%，但并不意味着工业炉应采取直接烧煤的燃烧方式。直接烧煤有许多缺点，不仅炉体庞大，主要是燃烧过程不能稳定，炉温不均匀，气氛不能控制，烟尘危害大，余热不能充分利用，无法完成某些加热工艺要求等。即使采用机械加煤方式，上述缺点也不能根本解决。将煤转化成煤气是改革燃料结构的重要步骤 天然气和燃料油的发热量高，是工业炉的理想燃料。3.炉型与工艺改革 炉子结构形式对节能效果影响很大，在生产环境允许的情况下，采用上排烟的炉子不仅炉体结构简化、制造成本降低，而且有助于提高余热回收率。有的资料提出：用圆形截面炉膛代替传统的矩形截面炉膛，能减少炉体体积，降低造价，强化传热，在一定程度上能加快升温速度、均匀炉温、降低燃料消耗。在满足同样工艺条件下，采用罩式炉代替台车罩式炉代替台车式炉式炉，能简化炉体结构，减少占地面积，十分有利于降低成本和节约能源。机械工业每年有数万吨钢材在加热过程中变成氧化铁皮，采用少无氧化加热炉通过减少金属氧化实现间接节能。4.正确控制空气燃料配比 在炉子运行中正确控制燃料量与空气量的配比，是合理组织燃烧过程的重要内容。在保证燃料完全燃烧的条件下，使助燃空气量超过燃烧所需理论空气量最少，亦即空气系数大于1的数值部分越小，则燃烧温度越高，而炉子加热速度则越快，燃料消耗量亦越低。空气系数与燃料燃烧温度的关系（燃料为油）空气系数与烟气中氧气含 量的关系（燃料为油）烟气中氧气不同含量时的空气量或烟气量（燃料为油）空气系数与离炉烟气带走热损失的关系（燃料为油）5.控制炉内压力 当炉内压力为负值时，例如炉内压力为-10Pa，即可产生2.9m/s的吸入风速，此时将由炉口及其它不严密处吸入大量冷空气，导致离炉烟气带走的热损失增加；当炉内压力为正值时，高温烟气将逸出炉外，同样也导致逸出烟气造成的热损失。为了减少上述热损失，在操作上要随时注意调整烟道闸门以保持正常炉内压力值。正常炉内压力值为：对于加热炉和热处理炉其炉底处一般控制为零压值。控制炉内压力不仅与节约燃料有关，而且能通过控制炉内压力分布，达到强化炉气循环和均匀炉温的作用。炉内压力与吸入空气及逸出烟气热损失的关系1逸出烟气热损失2吸入冷空气热损失6.减少炉墙热损失 炉墙热损失包括散热损失和蓄热损失两项 炉墙厚度增加，炉墙散热损失少，炉墙外表温度低，炉墙蓄热量将增多。炉墙耐火层采用轻质耐火砖或耐火纤维，炉墙散热损失明显减少，炉墙外表面温度显著降低，蓄热量亦将因而减少，但材料费用有所增加。所以间断式炉应采用较薄的炉墙以减少蓄热损失，连续式炉应采用较厚的炉墙以降低炉墙外表面温度，从而能减少经常性的散热损失。7.预热空气、煤气和炉料 降低离炉烟气温度，即减少烟气带走的热损失，最有效的办法是利用烟气余热对煤气、空气和炉料进行预热。预热空气、煤气和炉料相当于直接向炉内回收一部分热量，对强化燃烧和节约燃料有明显效果。如下图所示，随着空气预热温度的提高，燃料节约率亦相应增大。烟气中氧气含量与燃料节约率的关系1空气预热250 2空气预热200 3空气预热1508.采用新型燃烧装置9.富氧送风 增加助燃空气中的氧气含量，会相应降低燃烧生成气中惰性气体氮气的含量，从而可增加燃料的热量利用率，达到节约燃料的目的。富氧送风的经济性决定于燃料和氧气的供应价格10.实行少无氧化加热 少无氧化加热主要有以下几种方法：利用燃料不完全燃烧产生还原性气氛，工件在这种气氛中加热可避免或减少氧化。根据不同的加热温度，选择一定的CO2/CO的平衡值，即可实现少无氧化加热。液体介质中加热 真空加热 在马弗炉或可控气氛炉中加热第第4章章 工业炉窑工业炉窑余热回收利用新余热回收利用新工艺新技术工艺新技术 v可回收的能量叫做余能资源，其中以热能形式回收的能量叫做余热资源。目前习惯上把余能资源统称为余热资源，余热资源由余热和重热两部分组成。v余热资源是工矿企业中一种很普通的二次能源，它在工业能耗中占有相当大的比重。过去许多余热资源未能得到合理的利用，浪费现象十分惊人。在能源日趋紧张的今天，如何合理地、有效地进行余热资源的回收将是一件十分紧迫的大事情。第一节第一节 余热资源概述余热资源概述v对于稳定的热力系统，热力学第一定律可表达为热力学第二定律指出，在热能转变为机械功的过程中，不可能将高温热源(T1)传给工质的全部热量Q1在热机中都转化为机械功(W)，必然有一部分热量(Q2)要传给低温热源(T2)，热机的输出功为v热机的热效率为 一般工业炉窑加热矿石和钢锭等工艺流程的热效率比较低，仅达10%-20%。显然，具有丰富的余热资源。工业锅炉、工业炉窑及一切热机，在实现能量转换的过程中，必然产生余热资源。第二节 余热资源的来源v1.工业炉窑余热资源的来源：高温烟气的余热、产品的重热，炉渣的重热和冷却介质的余热。v烟气余热是指炉窑排放的烟气中含有的可回收热量。由于工业炉窑多数是依赖直接燃烧燃料释放热量来加热工质和工件的，其排烟温度大多在500以上，有些甚至达到1600左右。v产品重热是指炉窑中被加热工件本身所含有的可回收热量，例如钢厂炼钢炉冶炼出来的钢水和钢锭、炼焦厂生产的赤焦等所含有的热量。通常，钢锭的温度范围为1200-1500，赤焦的温度范围为1000-1200，分块压延的金属材料温度范围为1000-1100。显而易见，这些工件都含有大量的显热。v许多工业炉窑的燃料燃烧之后会留下不少残渣，也有些工件和炉料在高温处理或自燃之后留下数量可观的残渣，它们的温度都很高，例如炼铁和炼钢的熔渣温度可高达1300-1500，这些熔渣含有大量可回收的重热。v不少工业炉窑运转时需要用冷却水对其燃烧室或某些高温部件进行冷却，冷却水温度为35-90，也含有一定数量的可回收热量，约占余热总量的15-23%。国标GB/T-1028-2000工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法国标GB/T17719-1999工业锅炉及火焰加热炉烟气余热资源量计算方法与利用导则