工业炉窑节能技术措施

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工业炉窑的能耗受许多方面因素的影响，但是节能的主要措施一般都离不开优化设计、改进设备、回收余热利用、加强检测控制和生产管理等几方面。

1. 工艺节能

在炉窑工艺过程认定后，关键是外部热交换过程及内部热交换的紧密配合。因而与炉窑结构，产品码放方式密切相关。对炉窑热工过程进行分析，针对炉窑结构、所用燃料和工艺要求与特点，不断改进炉窑结构和提高炉窑热工性能，合理改变工艺流程、安排热利用子过程或与外界热利用系统合理配置和引入到新工艺流中去，这样不仅可以合理用能、节能，还可改进产品质量。

在工业炉窑中，热量的传递方式有传导、对流和辐射。炉窑内的传热是多种传热方式组合在一起的复杂的物理化学过程。在燃料与物料混烧的炉窑中，热量可以通过热传导的方式直接从燃烧传向物料。因此，燃料物料的颗粒大小、混合程度都对热传递有着重要的影响。

对流对大多数工业炉窑都是非常重要的传热方式。高温的烟气冲刷加热表面，不断将热量传递给物料或工件。烟气的成分、流向、流速、加热表面形状等因素都会对对流换热系数产生很大的影响。在工业炉窑中燃料、烟气、炉体都处于高温状态，因而会有很强的辐射换热。

影响辐射换热效果的因素很多，如辐射体的温度、角系数、灰度系数等。合理的设计大大提高了辐射换热的效果。

合理组织燃烧改善炉窑内的燃烧过程可以降低气体和固体的不完全燃烧损失。对于燃煤炉窑充分考虑煤的燃烧特性，针对煤燃烧不同过程对空气、温度和燃烧时间的不同要求，合理地组织燃烧。在燃料的加热干燥阶段，利用对流、辐射等传热手段，提供足够的热量，使入炉的燃料被充分烘干;在着火和焦炭燃烧阶段应提高温度，加大氧气供应量，从而加快燃烧反应速度。
对于燃油炉窑，保证燃油的良好雾化以及油蒸气与空气的良好混合是完全燃烧的关键。

油通过油枪喷进炉内并被雾化成油滴。油喷嘴在油枪的头部，它决定着喷油量的大小和雾化的质量。为了获得良好的雾化质量，要求选择合适的油喷嘴，使得在一定的出力范围内，获得尽可能细的油雾，并使油雾的分布适合配风的要求，便于操作和检修。决定油燃烧好坏的另一关键设备是调风器。调风器将燃烧所需的空气送入炉内，调风器的合理设计可以获得一定的空气动力场，既能保证稳定而迅速地着火，又能使空气能及时与相应数量的油相混合，达到经济而稳定的燃烧。在烧成品的要求特点基础上，选用高效燃烧器，改善燃烧状况，会大大减少燃料的不完全燃烧热损失，同时也会提高制成品的质量。采用新型燃烧器，如高速烧嘴、平焰烧嘴和自身预热式烧嘴等，可以改善炉窑内的燃烧过程，降低气体和固体的不完全燃烧热损失。

燃烧器是工业炉窑的核心部件，其工作的好坏直接影响到能源消耗量的多少。目前，国内成功地应用于工业炉的燃烧器有:调焰烧嘴、平焰烧嘴、高速喷嘴、自身预热烧嘴、低氧化氮烧嘴等，近来又研制成蓄热式烧嘴，为适应煤气和柴油的使用提供了多种先进的燃烧器。正确地使用高效先进燃烧器一般可以节能5%以上。其中应用较广的有平焰烧嘴、高速烧嘴和自身预热烧嘴。平焰烧嘴最适合在加热炉上使用，高速烧嘴适用于各类热处理炉和加热炉，自身预热烧嘴是一种把燃烧器、换热器、排烟装置组合为一体的燃烧装置，适用于加热熔化、热处理等各类工业炉。

另外根据燃料种类，选择性能良好的节能型燃烧器和与之相配套的风机、油泵、阀件以及热工检测与自动控制系统，保证良好的燃烧条件和控制调节功能也是行之有效的节能措施。

常规的节能燃烧技术有:高温空气燃烧技术、富氧燃烧技术、重油掺水乳化技术、高炉富氧喷粉煤技术、普通炉窑燃料入炉前的磁化处理技术等。这些技术在工业炉上的应用已取得一定的节能效果，其中应用广泛的有高温空气燃烧技术和富氧燃烧技术。

2. 炉型结构形式

工业炉窑既是燃烧设备又是传热设备，显然，燃烧和传热对热利用起至关重要的作用。炉窑的热工过程包括内部热交换、外部热交换、燃烧过程和窑内气体流动过程。燃烧过程直接影响到产品的产量、质量和燃料消耗。提高炉窑热工性能的前提条件是改进燃烧过程并提高燃放效率。其实质是燃烧技术的应用，因此应掌握炉窑燃烧的特点。分析燃烧过程的特点，合理组织气体的流动过程和燃料燃烧过程，同时控制生成物的排放，防止环境污染。

工业炉窑的结构根据不同行业、不同工艺而异，种类很多，如钢铁、有色业的熔炼、熔化烧结、热处理、加热等炉窑，建材、轻工、化工、机器制造、食品等行业的焙烧、煅烧、熔融、热处理、反应干燥、烘烤等炉窑。随着科学技术的进步，节能与环保政策的推行与市场竞争的发展，工业炉窑的结构在不断改进与优化，其主要目的是改善燃烧状况、缩小散热面积、增大炉窑的有效容积，结构改造的效果既可减少能源消耗，又可以提高产品的质量和增加产量。炉窑结构的改造，尤其是以大代小的项目，要分清一个界限，即改造项目的节能效益大于增产等其他效益，方能确认为节能改造项目。

对炉体进行设计或改进时，应根据生产工艺要求和热工测量数据寻求炉窑热工性能的规律性，以便定量给出各种参数对炉窑热工性能的影响，为改进炉窑结构设计提出依据。尽量选用新型节能炉型结构，提高机械化程度和能源利用率。

结构节能已是一项极为普及的节能措施，是通过改造或更新设备、设备大型化而实现节能。在设备方面，可以采取的措施有以下几种。

(1)设备工艺改造 如换热式加热炉改造为蓄热式加热炉，可将加热炉的单位产品能耗降至1.0GJ/t以下。
(2)设备节能改造 对设备的保温措施和燃料燃烧方式、余热利用方式进行改造，可提高设备的能源利用效率，减低设备单位产品能耗。
(3)设备大型化 设备的大型化可以带来产量提高、热损失相对减少、能源利用率提高等诸多好处。

3. 炉体保温技术
炉体采用轻质的耐火材料，可以降低炉墙的容积比热容，减小墙体的蓄热损失。在炉墙内壁设置反射系统，减少炉墙吸收的辐射热，从而减小墙体的散热与蓄热损失。使用耐火纤维等绝热材料降低炉墙的当量热导率，减少炉体导热所产生的散热损失，实现炉墙与受热物之间辐射与吸收的良好匹配。耐火纤维的热导率小，可使炉体散热损失减少50%左右，而且热容量小，因此炉温的升降快，炉体的热损失小，炉体使用耐火纤维不仅节能，而且可以提高炉窑的作业率，即提高炉窑的产量。对于使用温度为1000℃以下的炉窑，如热处理炉，可以在炉窑内壁贴一层耐火纤维，也可以全部用耐火纤维作炉衬。对于炉温1300℃以上使用的耐火纤维尽管国内外已开发出来，但由于价格昂贵，限制了它的使用和推广。如果炉子全部用耐火纤维作炉衬，炉体质量显著减轻，则炉体钢架等结构都可以轻型化，炉窑设计将有很大变化。对于高温炉窑，还可以把耐火纤维贴在炉壁外层当作绝热材料使用。另外，炉窑内壁涂刷辐射率(黑度)大的涂料，可以强化炉内的辐射传热，有助于热能的充分利用，其节能效果为3%～5%。

扩大和推广使用不定型耐火材料是筑炉技术的发展方向，近年来广泛应用的耐火可塑料、耐火浇注料等均属于不定型耐火材料范畴，与耐火砖相比，节省了制砖烧成等工序，节省了能耗。用不定型耐火材料筑炉，炉窑的整体性能好，严密、结实、寿命长，从而提高了炉窑的作业率，因此可以全面改善炉窑的技术经济指标。近年来不定型耐火材料在品种、质量方面均取得了长足的进步，开发推广的钢纤维增强耐火浇注料以及各种复合耐火浇注料在很大程度上满足了工业炉窑耐高温、耐急冷急热、耐冲刷等特殊要求。一般而言，可使炉窑节能4%左右。由于延长炉体寿命提高了炉子作业率，所带来的炉窑高产的效益尤为显著。

4. 余热回收与利用技术
余热是工业炉窑和工业锅炉回收利用潜力最大的一部分热损失。在能源耗费中占相当大的比重。据统计，目前中国的工业余热占总工业能源耗费的15%。实践证明，在中、高温连续热处理炉窑中，热损失的绝大部分都由烟气所带走，主要指烟气的显热损失(潜热损失和化学热损失是少量的)，而少量的热能则由炉体、燃烧系统等通过辐射、气体泄漏(物理热)的方式给损失掉。有资料表明，当烟气排烟温度为1000～1300℃时，烟气余热将占炉窑总能耗的50%～70%。一般情况下，工业炉窑烟气带走的热量占燃料总供热量的30%～70%，因此，将烟气余热回收利用，降低排烟温度是实现炉窑节能的一项有力措施和重要途径。通常烟气余热利用途径有:①装设预热器，利用烟气预热助燃空气和燃料;②装设余热锅炉，产生热水或蒸汽，以供生产或生活用;③利用烟气作为低温炉的热源或用来预热冷的工件或炉料。

回收烟气余热最有效和应用最广的是换热器。我国近年来开发和推广应用的高效换热器有片状换热器、各种喷流换热器、各种插入件管式换热器、旋流管式换热器、麻花管式换热器，以及各种组合式换热器、煤气管状换热器和蓄热式换热器等。蓄热式换热器是今后技术发展趋势，其余热利用后的废气排放温度在200℃以下，节能效益可达30%以上。

调查表明，我国钢铁工业吨钢余热余能资源总量为455.1kgce/t钢，回收利用量为207.3kgce/t钢，回收利用率为45.6%。其中，余热资源总量为243.8kgce/t钢，回收利用36.8kgce/t钢， 回收利用率仅15.1%; 余能资源总量为211.3kgce/t 钢， 回收利用170.5kgce/t钢，回收利用率达80.7%。理论计算表明，我国钢铁工业目前还有80.7kgce/t钢的余热余能回收潜力，是进一步节能的努力方向。

5. 管理节能
管理节能是节能中重要但容易被忽略的一个环节。近年来，随着节能压力的逐步增大和节能空间的逐步减小，管理节能逐步地受到重视。工业企业可通过建立能源管理体系和建设能源管理系统这两项重要举措实现管理节能。

能源管理体系就是从体系的全过程出发，遵循系统管理原理，通过实施一套完整的标准、规范，在组织内建立起一个完整有效、形成文件的体系，注重建立和实施过程的控制，使组织的活动、过程及其要素不断优化，通过例行节能监测、能源审计、能效对标、内部审核、组织能耗计量与测试、组织能量平衡统计、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施，不断提高能源管理体系持续改进的有效性，实现能源管理方针和承诺并达到预期的能源消耗或使用目标。建立能源管理体系一般按如下步骤进行:领导决策与准备→范围界定→初始能源评价→体系策划→能源管理体系文件的编制→体系运行→内部审核和管理评审。能源管理体系的建立，可以帮助企业以高效的方式开展节能管理工作，落实政府各项强制性要求，制定全面深入的综合节能方案，最终使企业具备持续节能的能力，大幅提升企业能源的管理效率，降低能源消耗。

能源管理系统是借助于完善的数据采集网络获取生产过程的重要参数和相关能源数据，实现能源综合监控、基础能源管理、能源平衡调度等能源管控功能，最终实现决策支持信息化系统。建设公司一体化的集中统一的能源管理系统是数字化能源管理的技术支持措施，也是大型冶金企业提高节能效益的重大技术装备措施，应从企业发展战略的高度认识建设企业能源管理系统的必要性和迫切性。