节能技术之工业窑炉

1、u工业炉窑节能意义工业炉窑节能意义u工业炉窑工业炉窑 的的 种种 类类u工业炉窑节能技术工业炉窑节能技术u工业炉窑节能案例工业炉窑节能案例 一、工业炉窑是目前众多用能设备中的重点一、工业炉窑是目前众多用能设备中的重点耗能设备。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、工业炉窑节能潜力二、工业炉窑节能潜力我国将生产蒸汽和热水用于工业生产和采暖的锅炉称为工业锅炉。工业锅炉的蒸

2、汽压力较低，一般不高于1.6MPa，单台蒸发量不超过10t/h，蒸发量在46t/h以下者占绝大多数。我国现有工业锅炉40多万台，每年净增约34万台。我国工业锅炉的耗煤量为我国年产煤量的1/3以上，耗电量占全国年发电量的9、3。因此，工业锅炉是公认的“煤老虎”，也是尚未被重视的“电老虎”。我国工业锅炉燃料以煤为主，加上煤种供应往往不符合设计要求，并且多数管理水平不高，因此锅炉热效率较低，平均仅为5560。这也说明，工业锅炉的节能潜力较大，平均为30左右。 我国现有各种工业炉14万台，平均热效率为2030，年耗煤炭2亿多吨。工业炉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

3、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。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。工业炉窑门类很多，常有以下分类：1. 按工作温度分为高温炉窑、中温炉窑和低温炉窑。2. 按燃用燃料又分为：煤窑、油窑、天然气、煤气窑炉、电窑。 3. 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。4. 按工艺特征又可分为金属冶炼炉窑、热处理炉、加热炉、蒸馏炉、水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑、石灰窑、玻纤炉等。 5. 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

4、、井式炉、环形炉、立窑、辊道窑、梭式窑、钟罩炉、池炉、坩埚炉等。6. 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。1.燃料燃烧的合理化燃料燃烧的合理化2.传热的合理化传热的合理化3.减少散热、泄漏等损失减少散热、泄漏等损失4.充分利用余热充分利用余热5.工业锅炉节能技术工业锅炉节能技术6.工业炉节能技术工业炉节能技术l控制过量空气系数、降低排烟温度，见表6-2、表6-3；锅炉的过量空气系数表锅炉的过量空气系数表表表6-3 工业炉过量空气系数表工业炉过量空气系数表燃料种类燃料种类燃烧方式燃烧方式过量空气系数过量空气系数煤机械化加煤人工加煤1.21.41.31.5煤 粉

5、人工调节1.151.25重 油自动调节人工调节1.11.21.151.25气体燃料自动调节人工调节喷射式调节1.051.151.11.21.031.10l减少燃烧损失（固体不完全燃烧损失、气体不完全燃烧损失），见表6-4；表表6.4 燃煤工业锅炉的燃烧损失燃煤工业锅炉的燃烧损失燃烧方式燃烧方式过量空气过量空气系数系数固体不完全燃烧损失固体不完全燃烧损失% %气体不完全燃烧损失气体不完全燃烧损失% %褐煤、烟煤褐煤、烟煤无烟煤无烟煤褐煤、烟褐煤、烟煤煤无烟煤无烟煤手烧炉1.51.845583423链条炉1.31.581210150.52.00.51.0抛煤机1.31.481210150.51.0

6、抛煤机链条炉1.31.481210150.51.0往复炉排1.31.57109120.52.00.51.0煤粉炉1.151.25390.5沸腾炉1.11.215300.5l燃烧设备的合理配置（燃烧设备必须适应于燃料的品质，除应与燃料相适应之外，还需要考虑能否与工厂的生产要求相适应。如生产要求的供热负荷在一天之内波动很大，这就要求燃烧设备能在甚低的负荷下经济运行。有的窑炉生产是间歇性的，有的又需要炉内温度能按预定的温度曲线升降，以及对炉内气氛有某些特殊要求等等。所以在选用燃烧设备时，正如“导则”中所指出的“必须适合燃料种类及其理化性能，适合热设备与工艺的要求，并且要有足够的可调范围，以满足加热负

7、荷变化的要求。” ）l燃烧精心调整（煤层和炉排的调整、供风的调整、炉温的调整）合理传热，就是通过改进加热、冷却方法和改进热交换设备，尽可能地减少能源消耗和取得更多的经济效益。改进传热的措施：l加强传热设备的运行管理和调整操作；l改进传热设备；l引进新型传热设备或对生产工艺采取根本性改造措施。定期检查和及时维修，保证设备、附件和仪表处于完好状态。为防止设备传热性能下降，要定期清除设备内的灰渣、水垢、污垢、结霜和清洗过滤器。对锅炉、冷却构件的水质，应按规定进行处理和排污，并注意排污水的余热回收。核定传热介质的温度、压力和流量是否超过实际工艺需要，能否降低和减少。检查加热炉的操作，以保证被加热物能按

8、规定的温度制度加热。应研究改进温度制度和周期性工作的热设备的加热制度，进一步提高热效率。对连续生产中周期工作的设备，或对同一被加热物质反复加热的设备，应尽可能缩短两个加热周期间的空烧停歇时间，在重复加热的工序中，应缩短工序间的等待时间。间断运行的加热设备，应通过改进生产调度，实现集中时间运行。调整被加热物或被冷却物的数量，使每台设备接近额定产量，防止因产量过低或过高而增加热耗。多台设备并列运行时，应根据单产耗热量低的原则，调整设备开动台数和各台之间的合理负荷分配，优先利用热效率高的设备 提高设备传热能力。如改善工业炉内壁表面的性能和形状，提高其辐射能力；提高热交换器等传热面的传热系数。 回收余

9、热，减少热损失。如合理延长加热炉长度，用以预热被加热工件；装设空气预热器和余热锅炉；增加多效重复用热的级数；增设并合理布置热交换装置，高温与低温加热设备配合使用，以提高综合热效率。在工艺条件允许的情况下，采取被加热物热装，并尽可能提高热装温度。 减少台架、夹具、运物台车、链爪、辊道等的质量，采用比热及导热率小的材料，以降低它们的蓄热量，减少加热过程中的无效热。 尽量利用直接明火加热，浸没燃烧等加热方法，减少热量传递次数，和提高加热速度。 多台炉窑共用同一排烟系统时，每台均应有单独的调节闸门，以保证设备内压力分布的调节能力。 高效传热管 板式换热器 热管换热器 回转式换热器 叉流气气换热器 流化

10、床换热器 闭环盘管 l 设备和管道的保温l 确定保温层的经济厚度l 减少热泄漏的措施在具有下列情况之一的设备、管道及其附件必须保温：外表面温度高于323K(50)者；工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结的部位；工艺生产中不需保温的设备、管道及其附件，但其外表面温度超过333K(60)，而又需要经常操作维护，又无法用其他措施防止人员可能引起烫伤的部位。 但对那些在工艺生产中不宜或不需要保温的部位，主要指需要散热或强制冷却的设备管道和排烟管道，放空管道等，以及各种热工仪表则不受此规定约束。合理用热导则规定工业锅炉外壁表面温度不得超过50。对工业炉窑则规定了各种炉温时的炉体外表面温度标准(表

11、6.5)，以作为设计、建造与维修工业炉窑时，评价炉体保温性能的依据。 表表6.5 工业炉窑炉体外表面温度标准工业炉窑炉体外表面温度标准炉内温度炉内温度外表面温度标准外表面温度标准侧侧 墙墙炉炉 顶顶7006080900809011009510513001051201500120140注：此标准不适用于额定热负荷低于8.5105kJ/h(2105kca1.h)者，炉壁强制冷却者和回转窑 确定保温层的厚度，一般有三种方法，即按设备表面温度、按允许散热损失或按经济厚度来计算。我国标准规定的计算原则是，对为减少散热损失的保温层先按经济厚度的方法计算，但其散热损失不得超过表6.7中所列的允许最大散热损失

12、。如超过了，则可按允许散热损失计算。表表6.7 允许最大散热损失允许最大散热损失设备管道及附件外表面温度50100150200250300350400450500550600650允许最大散热损失W/m2(kca1/m2h)常年运行工况5893116140163186209227244232279296314(50)(80)(100) (120) (140) (160) (180) (195) (210) (225) (240) (255) (279)季节运行工况116163203244279308(100) (140) (175) (210) (240) (265)为了防止热泄漏，在结构和使

13、用上要注意以下几点： 管道中需设有膨胀接头，减少管道受热膨胀时的热应力；按需要设置管道支承架，防止管子挠曲。 高压蒸汽的管接头，尽量采用焊接。 阀门要设置在操作方便、照明好的位置上，对设置在高处的阀门，要配有检修平台和升降设施。 关闭阀门时，不得对阀门施加过大扭矩(如用扳手关阀)，造成阀门损坏。停止送汽时，要确认阀门是否关闭，还要采取他人不能随便打开的锁定装置或特别标志等措施。 对管道和阀门要制定巡回检查制度。对地下和高空处，甚至地沟中的管道也不能例外，并做出记录。特别要注意容易腐蚀的地下管道和疏水管道。 一旦发现泄漏，无论多么小，原则上必须立即修理，以免扩大。 对炉体及其孔门进行检查和维修，

14、保证其气密性，减少炉气逸出或冷空气吸入。 尽量减小工业炉窑炉门及孔口的数目和面积，或采用双层密封孔门，减少孔门的开启次数、时间与幅度，以减少热辐射和漏气、漏风。 尽量减少工业炉窑水冷构件的数目及尺寸。在可能情况下，适当提高冷却水出口温度，减小流量，以降低冷却水造成的热损失。 控制炉内压力，减少烟气或空气渗漏。炉墙必须有良好气密性，尽可能包以钢板，减少渗漏热损失。 热设备的连接、旋转部分均应可靠密封，防止泄漏。 对蒸汽疏水器要经常检查与维修，保证不漏汽。 合理布置热管道，减少管道长度；合理选用管内介质流动速度，减小管径，以减少散热面积。 对开式热水柜，应加盖罩，减少表面蒸发热损失。 余热的回收利

15、用方法，随余热源的形态(固体、液体、气体、蒸汽、反应热)和温度水平(高温、中温、低温)等各不相同。尽管余热回收方式各种各样，但总不外可分为热回收(直接利用热能)和动力回收(转变为动力或电力后再用)两大类。从回收技术难易程度看，利用余热锅炉回收气、液的高温余热比较容易，回收低温余热则比较麻烦和困难。在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处和在经济上必须合算。如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。 通常进行回收余热的原则是： 对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料或被加热物体(工质、工件)，以提高本设备的

16、热效率，降低燃料消耗。“合理用能导则”为此规定了工业锅炉的最低热效率标准(表6.12)和排烟温度标准(表6.13)，也规定了工业炉烟气余热回收率、排烟温度和预热空气温度的标准(表6.14)。表表6.12 6.12 工业锅炉最低热效率标准工业锅炉最低热效率标准表表6.13 6.13 工业锅炉排烟温度标准工业锅炉排烟温度标准锅炉容量锅炉容量MWMW热效率热效率% %锅炉容量锅炉容量MWMW排烟温度排烟温度0.35580.353000.350.7600.350.72500.72.8650.72.82202.87702.872007747180 表6.14中低发热量燃料指高炉煤气、发生炉煤气及发热量8

17、360kJ/Nm3(2000kca1/Nm3)的混合煤气等，高发热量燃料指焦炉煤气、煤、重油等。表中的余热回收率即预热空气所获热量与烟气的载热量之比，所列预热空气温度是选定的经济温度。 表表6.14 工业炉烟气余热回收率标准工业炉烟气余热回收率标准烟气出炉烟气出炉温度温度使用低发热量燃料时使用低发热量燃料时使用高发热量燃料时使用高发热量燃料时余热回收余热回收率标准率标准% %排气温度排气温度预热空气预热空气温度温度余热回收余热回收温度温度% %排气温度排气温度预热空气预热空气温度温度50020350250223402206002340025027380220700244603002744026

18、08002453035028510300900265803502856030010002667040028650350100026487104704503055670400400 在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应利用来生产蒸汽或热水，以及产生动力等。 要根据余热的种类、排出的情况，介质温度，数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。 应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。 工业锅炉的节能措施主要是：u改进燃烧、减少损失u提高传

19、热性能 u回收利用余热u合理调度各台锅炉之间的负荷分配u配齐必要的运行监测仪表，以能了解锅炉工作的实际情况和合理调节。有条件时可装备自动调节和控制系统。u锅炉附属设备的合理选用和配套。锅炉的附属设备有给水泵，鼓风机、引风机、水处理设备、上煤和出渣系统。这些设备是锅炉的耗电部分，并且经常处于低负荷工况运行，节电潜力极大。l采用循环流化床、粉煤燃烧等先进技术改造，替代中小锅炉。 合理配煤，使燃煤的品种(水分、灰分、挥发分、粒度等)符合锅炉燃烧设备要求。l对煤质要求：水分、灰分少，发热量高，挥发分多，焦块疏松但不成粉末状，灰的熔化温度高。l精心操作，适量配风，保持尽量低的过量空气系数（见下表）。l减

20、少漏风，保持适当炉内负压，降低排烟损失。l及时调整燃烧工况，使燃料着火稳定，减少燃烧不完全损失。l改造炉型，加拱或适当调整水冷壁面积，以适应燃用煤种的正常燃烧。锅炉的过量空气系数表锅炉的过量空气系数表l改善炉水处理，防止水垢。l定期洗炉和清扫烟道，扫除受热面上的水垢和烟灰。l注意运行时的吹灰和排污，但也不可过量。l增添省煤器或空气预热器，降低排烟温度。l充分利用蒸汽凝水和排汽余热，提高锅炉给水温度。l尽量利用表面连续排污水热量。l减少锅炉长期处于低负荷下运行工况。l装设蒸汽蓄热器。u利用余热u减少散热损失u改善空气燃料比u改进燃烧和操作方法u工业炉的合理选型和配置u综合考虑燃料、电力、蒸汽、水

21、、氧气等的节能措施u转换热源u不断采用新工艺、新技术u利用余热l用热交换器或蓄热器预热空气，用余热锅炉、燃气轮机回收余热；l用余热来预热材料、工卡模具、托架等；l低温炉使用高温余热；保护性气体的再利用。u减少散热损失l改善炉壁、台车等的隔热；l推广炉窑全保温技术，采用异型保温材料；l加强水冷部位的隔热；l改进冷却管的配置和设计；l改进炉门；l开口部的密闭；l改进砂封、气帘等密封方式；l减轻输送机、工卡模具、托架、工具砖等的重量。l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。 工业炉炉体外表面温度标准表工业炉炉体外表面温度标准表炉内温度炉内温度外表面温度标准外表面温度标准侧侧 墙墙炉炉 顶顶7006080900809011009510513001051201500120140注：此标准不适用于额定热负荷低于8.5105kJ/h(2105kca1.h)者，炉壁强制冷却者和回转窑u改善空气燃料比l空燃比的自动控制；l控制炉压以减少漏风；l炉型、烧嘴配置的设计研究。工业炉过量空气系数表工业炉过量空气系数表燃料种类燃料种类燃烧方式燃烧方式过量空气系数过量空气系数煤机械化加煤人工加煤1.21.41.31.5煤 粉人工调节1.151.25重 油自动