工业炉窑节能【ppt】 .ppt

1,工 业 炉 窑 节 能,2024/5/7,工业炉窑节能,2,节能是能源科技领域的永恒主题 开源节流是解决21世纪世界能源问题的至理名言 节能技术水平的高低已成为衡量一个国家能源利用情况的综合性指标，也是一个国家总体科技水平的重要标志之一。,2024/5/7,工业炉窑节能,3,节能是可持续发展的必由之路,2024/5/7,工业炉窑节能,4,十一五,十二五,2024/5/7,工业炉窑节能,5,一.国内外能源现状及发展趋势 二.工业炉窑现状及节能意义 三.工业炉窑节能理论基础 四.工业炉窑节能途径 五.工业锅炉现状 六.工业锅炉节能技术 七.结束语,报告内容,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,6,一.国内外能源现状及发展趋势,2024/5/7,工业炉窑节能,7,1、21世纪世界能源发展趋势,世界能源消费总量持续缓慢增长；,图1 2000-2010年世界一次能源消费量及增速 图2 至2030年全球一次能源需求变化情况,BP能源展望：至2030年尽管能源效率不断提高，全球能源需求仍将保持强劲增长,2024/5/7,工业炉窑节能,8,世界能源体系将发生重大变革,图3 至2030年全球一次能源结构变化情况,2024/5/7,工业炉窑节能,9,能源、资源、环境一体化 能源、资源、环境一体化是世界能源系统的发展趋势，总目标是穿越“环境高山”，走可持续发展之路。,被誉为“第五能源”的节能技术将备受重视,“开源节流”是解决21世界能源问题的至理名言。节能技术水平的高低已成为衡量一个国家总体科技水平的重要标志。研究表明，依靠节能可将能源需求减少2530。在21世纪，节能将备受重视，节能汽车、热电联产、新型液体燃料和高性能电池等节能新技术装备将获得迅速发展。,2024/5/7,工业炉窑节能,10,图4 能源消耗与发展状况的关系,摘自陆钟武院士：穿越“环境高山”论经济增长过程中环境负荷的上升与下降,2024/5/7,工业炉窑节能,11,图5 美国、中国、日本三国经济增长与能源消耗关系曲线,2024/5/7,工业炉窑节能,12,2、我国能源发展现状,（1）我国的能源现状及未来需求,（a）全景（b）预测部分放大,图6 中国能源消费与需求预测,2024/5/7,工业炉窑节能,13,（2）我国能源面临的矛盾与挑战,能源供需矛盾尖锐，石油安全问题不容忽视；我国人均能源资源可采储量远低于世界平均水平，人均能源消费为世界平均水平的47.6。2020年，我国石油对外依存度将超过55，天然气进口依存度为2540。,能源利用效率低下，节能任务艰巨；我国能源加工、转换、贮运和终端利用效率约为31.2，而发达国家20世纪90年代的效率为41；,环境污染严重，可持续发展面临巨大压力。我国CO2和SO2排放量分别居世界第一位和第二位，以煤为主的能源结构造成严重的大气污染，烟尘和CO2排放量的70、SO2的90、氮氧化物的67均来自于煤炭。,2024/5/7,工业炉窑节能,14,（3）国家政策,我国国民经济和社会发展十二五规划纲要，明确将资源节约和环境保护作为“十二五”期间的主要目标，其中包括：非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%。单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%。主要污染物排放总量显著减少，化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8%，氨氮、氮氧化物排放分别减少10%。2010年9月8日，国务院常务会议通过关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，把节能环保产业作为七大战略性新兴产业之首。,2024/5/7,工业炉窑节能,15,工业节能“十二五”规划,工信部2月27日正式发布工业节能“十二五”规划。规划提出，要求到2015年规模以上工业增加值能耗比2010年下降21%左右，“十二五”期间预计实现节能量6.7亿吨标准煤。规划一并列出了九大重点节能工程：锅炉窑炉节能改造、内燃机系统节能、电机系统节能改造、余热余压回收利用、热电联产、工业副产煤气回收利用、企业能源管控中心建设、两化融合促进节能减排、节能产业培育。九大重点节能工程投资总需求将达到5900亿，其中工业锅炉窑炉节能改造与两化融合促进节能减排两项工程的投资最高，均达到900亿元。工业锅炉窑炉节能改造工程节能任务为4500万吨标准煤，位居榜首。,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,16,二.工业炉窑现状及节能意义,2024/5/7,工业炉窑节能,17,工业炉窑是冶金、石化、建材、陶瓷等过程工业中至关重要的热工设备，也是能源消耗和环境污染的主要源头。,1、工业炉窑的门类,2024/5/7,工业炉窑节能,18,2、工业炉窑的现状,工业炉窑是指加热或熔化金属或非金属的装置而言。加热或熔化金属的装置称为工业炉;加热或熔化非金属的装置称为窑炉。炉多用于冶金和机械系统，窑多用于硅酸盐工业系统。我国工业炉窑约为18万台，年耗煤7亿吨左右，能耗占全国总能耗的25%，占工业总能耗的60%。我国工业炉的能源结构具有以煤等固体燃料为主、液体和气体燃料次之的基本特征。燃煤工业炉窑占了约64%，而燃油、燃气炉窑仅为20%左右。从80年代中期到90年代中期的近十多年中，我国取得了相当的节能进步。例如轧钢加热炉节能39%，均热炉35%，锻造炉33%。平均热效率已经达到30%以上，尽管如此，与国际先进水平50%相比，差距还很大，节能潜力还很大。工业锅炉指生产蒸汽和热水用于工业生产和采暖的锅炉（不包括电厂锅炉）。我国工业锅炉有50多万台，约180万蒸吨/小时。燃煤锅炉约48万台。113个大气污染防治重点城市中约有燃煤工业锅炉24万台。每年耗煤5亿吨左右。我国工业锅炉设计效率大致是7280%，略低于国际一般水平，而实际平均运行效率只有60%65%，与设计热效率相差1015%，与先进国家同类锅炉相差1520%，节能潜力巨大，约有7000多万吨/年。,2024/5/7,工业炉窑节能,19,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。,2024/5/7,工业炉窑节能,20,三.工业炉窑节能理论基础,2024/5/7,工业炉窑节能,21,工业炉窑节能原理的数学表达式,1、工业炉窑的热效率：有效热与供给热之比,2024/5/7,工业炉窑节能,22,2、工业炉窑标准单耗：有效热与供给热之比,影响单耗的因素：,（1）生产管理与生产工艺（2）炉体结构（3）燃烧装置及燃料的种类（4）余热回收（5）炉子的控制与调整,（1）是管理途径（2）（3）（4）（5）是技术途径,2024/5/7,工业炉窑节能,23,加强生产科学管理,尽量保存物料的原热,降低热焓增量,减损增效,回收余热。,工业炉窑节能基本原理的文字描述,2024/5/7,工业炉窑节能,24,3、热损失率及节能难度,则：,2024/5/7,工业炉窑节能,25,3、炉窑热平衡,节能必须有科学的计量与对比测试方法。目前公认的测试方法是热平衡测试。炉窑热平衡是在连续稳定运行工况下，通过对窑炉的现场热工测定，全面了解炉窑的热工过程，计算炉窑收入和支出的热量、供给能量、有效能量及损失能量的平衡关系，编制热平衡表，绘制热流图，计算出炉窑热效率，从而了解炉窑的热工状况，判断其能量有效利用程度，查明各项损失的分布情况，分析窑炉运行工况，及时调整运行工艺参数，使其达到运行的最佳状态，同时找出节能的有效途径，明确节能方向，为提高炉窑的能源利用效率提供科学依据，达到节能的目的。热平衡有正平衡和反平衡两种。正平衡热效率为：反平衡热效率为：,2024/5/7,工业炉窑节能,26,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,27,四.工业炉窑节能途径,2024/5/7,工业炉窑节能,28,工业炉窑节能途径主要有：,1、改进工艺过程2、改进供热过程3、改进炉体结构4、改进生产操作5、改进检测控制手段6、改进管理制度,2024/5/7,工业炉窑节能,29,1、改进工艺过程1.1、减少生产工序,减少生产工序等于减少了该工序的一切消耗,当然也包括节约了该工序100%的能耗,因此可以取得巨大的节能效益。,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,31,采用在回转窑体上设置环形供风筒和滑动密封环等结构的方法，实现了回转窑体上换热器的供风，解决了现有的回转窑供风装置刚性联接引起的回转窑筒体应力集中，热胀冷缩适应能力差，不能消除筒体转动引起的径向跳动，送风管道安装流量检测仪表和电动调节装置难度大，生产过程自动化实现困难等问题。,窑体供风装置,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,32,应用效果该项技术解决了：钼精矿焙烧反应放热与传统实际生产过程需要外热源供热的矛盾；焙烧主反应期热量过剩和脱硫后期热量不足的矛盾；高温回转窑壳体上设置换热器，冷却风进入和热风排出的难题；窑体内因过热引起的物料粘结、“结圈”等问题；传统回转窑供风装置刚性联接引起的回转窑筒体应力集中，热胀冷缩适应能力差，不能消除筒体转动引起的径向跳动，送风管道安装流量检测仪表和电动调节装置难度大，生产过程自动化实现困难等问题；焙烧尾气的“稀释”效应和焙烧尾气中SO2浓度低，不宜制酸，处理成本高的问题；焙烧尾气量大，带出热损失大的问题。,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,33,该工艺在洛阳栾川钼业集团冶炼公司的应用结果表明：钼精矿焙烧环节每年为公司节约耗煤费用1714.3 万元，加上增加产值、提高回收率、降低冶炼钼铁成本、减少人工成本等产生的效益，其综合效益达8565 万元，同时，减少约3 万吨CO2 排放。焙烧烟气制酸环节将焙烧烟气中的低浓度SO2 转变成了硫酸和亚硫酸钠，从根本上治理了低浓度SO2 对大气的污染，解决了制约钼行业环境污染的瓶颈问题。公司焙烧烟气制酸项目年可减排SO2 2.4 万吨，生产硫酸30000 吨，亚硫酸钠1800 吨，实现销售收入3470 万元，为公司增加2415 万元利润。该工艺每年可为公司增加总值达1.1 亿元的经济效益。,2024/5/7,工业炉窑节能,35,1.2、充分利用炉料余热,在上一个加热工序后,炉料中尚有一定的温度,保存其余热,在下一个工序中加以利用,可以明显地降低该工序的能源消耗。如连铸坯的热装热送。,1.3、炉料、助燃空气、煤气预热,一般认为,空气预热温度每提高100,即可提高燃烧温度50 左右,增加产量2%,节约燃料5%。如果装入的炉料经过预热,可以节约大量的高质量燃料,尤其是利用高温烟气来实现时,其意义更为重要。,1.4、充分利用烟气的余压,如果工艺过程是在密闭的空间进行,随着燃烧过程的发生,除了产生热能升高温度外,还因体积膨胀、压力升高而产生压力能。目前,已有了同时充分利用热能和压力能的生产工艺,这就是现代高炉炼铁及其炉顶压差发电（TRT）。它利用燃料燃烧产生的高温热量来熔化和还原矿石以生产生铁,同时利用燃烧产生的压力能来发电。,2024/5/7,工业炉窑节能,36,高炉炉顶余压发电（TRT）技术是利用高炉炉顶排出的具有一定压力和温度的高炉煤气，推动透平膨胀机旋转做功、驱动发电机发电的一种能量回收装置。其原理如下图：,高炉余压发电（TRT）技术,2024/5/7,工业炉窑节能,37,TRT发电不消耗任何燃料就可回收大量电力，据统计，在运行良好的情况下，吨铁回收电力约3054kWh/t铁，可满足高炉鼓风耗电的30%。TRT装置如果配有干式除尘，则吨铁回收电力将比湿法多30%40%，最高可回收电力约54 kWh/t。,2024/5/7,工业炉窑节能,38,1.5、降低加热工艺温度,在不影响或者很少影响加工产品质量的前提下，适当降低加热工艺的出炉温度，可以明显减少燃料消耗,如实施棒材低温轧制技术。据统计，棒材开轧温度从10001100 降低到9501050 时能耗有所提高，但由于加热炉燃料消耗减少，因而可综合节能20%左右。这不仅降低了生产成本，同时细化了晶粒，提高了产品的力学性能，改善了产品的表面质量。,2024/5/7,工业炉窑节能,39,1.6、改间隙操作为连续操作,将周期炉改变为连续炉,或者延长连续炉的炉长,特别是延长连续炉的预热段,可以明显地降低烟气温度,节约燃料消耗量。间隙操作的加热炉,由于排烟温度高,几乎接近炉温,因而烟气带走大量的余热,使炉子的热效率大为降低。例如:间隙操作的锻造炉,其排烟温度高至10001250,热效率仅为8%20%;改为连续操作后,其排烟温度降至650 850,热效率相应提高到45%65%甚至达70%以上,节能效果非常明显的。,1.7、提高工业炉的作业率,提高工业炉的作业率,减少辅助时间和检修时间,特别是减少突然的检修时间,可以提高生产率和降低燃料消耗。因为在某些辅助时间和检修时间内,炉子的供热强度是不减小的,或者减小不多。这样,从整个作业时间内算起,单位产品的燃料消耗肯定要增加。,2024/5/7,工业炉窑节能,40,1.8、充分回收利用余热,工业炉窑余热资源主要包括气态余热资源，即烟气余热；固态余热资源，即炉料的显热和潜热；液态余热资源，主要是热水。,2024/5/7,工业炉窑节能,41,烟气带走的热量占工业炉窑总热量的30%70%，利用烟气的余热来预热炉料或者预热助燃空气,降低烟气出炉温度,可降低单位产品燃料消耗量。回收烟气余热的方法有：在换热器中用烟气加热助燃空气和煤气；设置预热段，用烟气加热炉料；设置预热锅炉用烟气热量生产蒸汽。低温烟气有机郎肯循环发电。其相关关系见表2,该表系重油燃烧的计算结果。,烟气余热利用,2024/5/7,工业炉窑节能,42,炉料余热的回收与利用主要指入炉前炉料本身所具有的显热和潜热的合理利用。例如连铸系统的钢坯有可供回收利用的显热和潜热，连铸坯不要放冷，送入保温设备中保温，然后再进入加热炉中加热后轧制，这一流程为连铸坯热装工艺，热装温度为400700，该工艺可提高加热炉产量30%40%，节能20%40%。如热坯不经过保温设备而直接送至加热炉内加热，称之为连铸坯直接热装工艺，热装坯温可达7001000，加热炉产量可提高40%50%，节能40%60%。如果连铸坯经边角补充加热后直接送入轧机轧制，则为直轧工艺，这就从根本上取消了炉子加热这个环节，当然是最高效、最经济的工艺。一些优质钢材成型后要进行热处理调质，如果在轧制过程中合理地控制温度，完成或局部完成热处理工艺从而取代或部分取代热处理过程，这一过程称之为控制轧制，即利用钢材自身显热进行热处理，可节省热处理再加热时的耗能。,炉料余热利用,2024/5/7,工业炉窑节能,43,工业炉窑的液态余热资源主要是冷却部件热水能量的利用，属低温余热利用，目前主要用于生活、供暖、浴室和炊事方面。有些冷却部件采用汽化冷却，产生的蒸汽也大多用于生活方面。汽化冷却可大量节约冷却水量，水耗量仅为水冷时的1/301/60。,液态余热利用,2024/5/7,工业炉窑节能,44,2、改进供热过程,2.1、改进燃料品质,燃料的发热值提高后,单位热量产生的烟气量减少,不仅提高了燃烧温度,增加了炉子的产量,更减少了烟气带走的热量,炉子的热效率提高,燃料消耗自然降低。对于燃烧煤炭、发生炉煤气和燃料油的三种炉子比较,燃耗的比例大约是燃烧煤炭：燃烧发生炉煤气：燃烧燃料油=1：0.95：0.61。因此,应该逐步用煤气和燃料油来代替直接燃煤。,2.2、改进燃烧器的性能,燃烧器是工业炉的心脏设备,一个性能良好的燃烧器,应该是:保证提供工艺所需的供热能力和一定的炉温;保持较低的、稳定不变的空气系数;燃烧效率较高和燃烧充分完全;可使用较高的预热空气和全部预热空气;火焰的形状根据需要可以变化;操作简便。新型燃烧器包括:高速烧嘴、蓄热式烧嘴、高压气泡雾化烧嘴、全自动燃烧机等。提高油的雾化及燃烧效果,降低设备及运行成本,是今后我国燃烧器发展的方向。,2024/5/7,工业炉窑节能,45,2.3、采用先进的燃烧技术,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，高炉富氧喷煤粉技术、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，应用最广泛的有高温空气燃烧技术和富氧燃烧技术。,2024/5/7,工业炉窑节能,46,高温空气燃烧技术简称（HTAC技术），又称蓄热式燃烧技术，是90 年代以来国际燃烧领域开发并得到大力推广应用的一项全新型燃烧技术。它完全突破了几百年来人们对燃烧的传统认识,通过极限回收烟气余热并高效预热燃烧空气,实现了超高温(1000)和超低氧气浓度(25%)条件下的燃烧,因此具有大幅度节能（30以上）和超低浓度NOX 排放(3055ppm)的双重优越性。广泛应用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中的多种工业燃料炉；同时应用于：工业锅炉；垃圾处理；固体燃料气化等新的领域。21世纪的关键技术之一 科技导报在,2.3.1、高温空气燃烧技术,2024/5/7,工业炉窑节能,47,燃烧器 A,蓄热燃烧工作原理1,具有大幅度节能和大幅度降低烟气中NOX排放的双重优越性。,2024/5/7,工业炉窑节能,48,空气,排气,预热空气1000,炉温 1350,钢板 1250,蓄热室B,燃料,燃烧器 A,燃料,燃烧器 B,切换阀,蓄热室A,蓄热燃烧工作原理2,具有大幅度节能和大幅度降低烟气中NOX排放的双重优越性。,2024/5/7,工业炉窑节能,49,应用效果,2024/5/7,工业炉窑节能,50,2024/5/7,节 能 重 点 工 程,50,蜂窝体,陶瓷球,格子砖,AS=10m2/m3,蓄热式燃烧器,2024/5/7,工业炉窑节能,51,节能潜力大，燃耗低。蓄热式轧钢加热炉通过蓄热室技术回收烟气余热，并将燃料和空气预热到1000以上,其排烟温度显著降低，因而与常规余热回收工业炉相比其节能潜力巨大，平均节能20%以上，节能效果毋庸置疑。,蓄热式轧钢加热炉的主要优势,2024/5/7,工业炉窑节能,52,使高炉煤气等低热值燃料得以利用。由于空煤气预热温度的提高，使煤气的理论燃烧温度提高，同时使煤气的点火变得更加容易，使常规燃烧技术无法利用的低热值的高炉煤气直接用于轧钢加热炉，这也是蓄热式技术最大的成功之处。炉温均匀、加热质量好。与常规烧嘴供热相比，蓄热式高温燃烧扩展了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，并且是从炉膛两侧交替供热、交替排烟，从而使得炉膛内沿炉膛宽度方向温度均匀，从而大大提高了产品的加热质量。产量大、旧炉改造效果好。与常规工业炉相比，蓄热式高温燃烧不需要预热段，全部炉膛都是加热和均热区，高温炉膛强化了炉内的传热，导致同样产量的工业炉其炉子长度可以缩小20以上。换句话说，同样长度的炉子其产量可以提高20以上，使缺乏前后空间又要增加炉子产量的旧炉子改造，有了最佳选择方案。,2024/5/7,工业炉窑节能,53,燃烧噪声低。与使用常规烧嘴的工业炉相比，由于蓄热式高温燃烧技术其火焰不是在燃烧器中产生的，而是高温的空（煤）气在进入炉膛空间后才开始扩散燃烧形成的，因而燃烧噪声低。烟气中NOx含量低、环境污染小。采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，燃烧后形成的火焰温度也越高，烟气中NOx含量也越大；而采用蓄热式高温燃烧技术，在助燃空气预热温度非常高的情况下，由于在炉膛内开始是贫氧燃烧，正符合降低烟气中NOx浓度的两段式燃烧机理，因而烟气中的NOx含量反而大大减少了。氧化烧损少。与使用常规烧嘴燃烧器的工业炉相比，采用蓄热式高温燃烧技术的炉子，其高温空气通过专门设计的喷口喷入炉膛后，抽引周围的炉气形成含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，与同时注入的燃料相遇而实现燃烧。因而炉膛内的初始燃烧为贫氧燃烧，产生微还原性烟气，从而使被加热物料的氧化烧损大大减少。,蓄热式高温燃烧技术在青钢第二线材厂加热炉上的应用,青钢第二线材厂蓄热式加热炉，于200年4月投产运行。1）加热炉原始概况:“青钢”第二线材厂(复二重线材轧机)年产量20万吨，配置燃油加热炉一座。加热炉主要性能:加热坯料尺寸：110mm110mm2100mm 炉子尺寸：有效长度：30.044m 内宽：3.004m 炉子原设计加热能力：35th，实际强化加热能力达：50-60th，燃料消耗：38kg(重油)t(坯).,2）炉子存在的主要问题:炉子加热能力不足，经常处于强化加热。强化加热导致下述问题：炉体寿命短，高温区炉墙用莫莱石予热块砌筑，寿命也不到半年，修炉频繁，费用昂贵。高温段化渣严重，停炉打渣劳动强度大。修炉和清渣严重影响轧机作业率。炉子溢气严重，操作环境恶劣。由于重油价格上涨，燃料成本上升，而企业大量副产高炉煤气却白白放散而未加以利用。,3）加热炉技术改造措施 采用了蓄热式高温燃烧技术，完全可以解决上述存在的问题并达到改造的目的。提高炉子产量 有效炉底强度由传统的500-600kgm2h提高到800-1000kgm2h，原有炉子尺寸不变即可满足加热能力50th的要求，此时的有效炉底强度仅为830kgm2h。用高炉煤气代替重油燃料 高炉煤气由于热值低，其理论燃烧温度不能满足加热炉所要求的炉温。蓄热室可以将空气、煤气预热温度长期、稳定地保持在1000左右，其理论燃烧温度相当于重油的理论燃烧温度，而排烟温度200。不仅可以大幅度降低燃耗、节约燃料，而且用廉价的高炉煤气代替了价格昂贵的重油，可以大大降低生产成本，可谓一举两得。,青钢二线加热炉蓄热室布置图,4）技术改造效果:车间于2000年2月14 日停产拆炉，于4月l门投产，改造施工时间历时一个半月(包括烘炉时间18天)，是国内同类型炉子改造施上周期最短的。经过近一年的运行证明本次技术改造完全达到了预期的目的，所有技术指标均超过了设计值。产量：最高日产达到1200吨，最大小时加热能力达到60t/h。能耗：冷坯高产顺轧时煤气供给量为20000m3/h，吨钢燃料消耗约350m3/t，考核燃料单耗为1.244GJ/t。排烟温度：150以下。炉温均匀，氧化烧损降低，钢坯加热质量好。炉底不化渣，减轻了工人的劳动强度，改善了操作环境。投产以来没有出现大的故障和安全问题。,5）技术改造经济效益:燃料节约效益 改造前原烧重油时平均单耗：38kgt(坯)改造后烧高炉煤气时平均单耗：467m3/t(坯)年产量按30万t计 重油价格按1.6元/kg（市场价）计 高炉煤气按0.02元/m3（内部核算价）计 年燃料节约效益：(38kgt1.6元/kg-467m3/t0.02元/m3)30万t/年=1543.8万元/年 减少氧化烧损效益 按减少氧化烧损0.5%计 钢坯价格按1495元/t计 年减少氧化烧损效益：0.5%1495元/t30万t/年=224.25万元/年,节约的炉子维修费用效益 由于克服了炉子强化燃烧所导致的一系列恶果，据统计每年可节约炉子维修费用约100万元/年。以上三项合计经济效益 1543.8万元/年+224.25万元/年+100万元/年=1868.05万元/年 投资回收期 该项目改造的总投资费用为614.06万元 投资回收期为：614.06万元1868.05万元/年12月/年=3.94月 也就是说对于烧油的炉子来讲，不到四个月就可以收回全部投资，投入产出比非常高。其它经济效益和社会效益 减少修炉、打渣停炉次数和时间，提高轧机作业率带来的经济效益；每年减少高炉煤气放散1.4亿立方米带来的环境保护效益；改善生产环境和降低工人劳动强度带来的社会劳动保护效益等。,2024/5/7,工业炉窑节能,61,2.3.2、富氧燃烧技术,助燃空气中的氧气浓度大于21%所采取的燃烧技术，简称富氧燃烧技术。,富氧燃烧技术的特点：1）富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度,火焰温度与氧浓度的关系图,2024/5/7,工业炉窑节能,62,2）富氧燃烧可以缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积,富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式，降低了燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。,3）富氧燃烧可以加快燃烧速度，改善燃料的燃烧条件，使燃烧更充分,各种气体燃料在空气中和氧气中燃烧速度对比情况表,2024/5/7,工业炉窑节能,63,4）富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降,通常的燃烧只有占空气总量1/5的氧气参与燃烧，其余约4/5的氮气非但不助燃，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。使用富氧空气的情况下，燃料燃烧完全，自然排出废气减少，排烟热损失也相应减少从而节能。,相对含氧21%空气m=1.0时废气的容积比与燃烧空气中氧浓度关系图,2024/5/7,工业炉窑节能,64,5）富氧燃烧可以增加热量利用率,用含氧量21%的空气燃烧，加热温度为1300时，其可利用的热量为42%，而用氧26%的富氧空气燃烧时，可利用热量为56%，增加14%。而且加热温度升高，所增加比例增大，节能效果更明显。,加热温度与热量利用率的关系,2024/5/7,工业炉窑节能,65,6）合理的富氧供给方式提高了传热效率,通常在燃烧喷嘴下方和被加热物体之间通入富氧空气，这样可产生一个不对称的火焰温度，使它有一个重要的温度梯度,形成上层火焰层；几乎完全燃烧高辐射的火焰层；富氧多并已达完全燃烧的下层火焰层。下层火焰与上层火焰相结合，增加了总的辐射热。,烟气量大幅度减低，纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4，烟气中的CO2 浓度增加，有利于回收CO2 综合利用或封存，实现清洁生产;烟气中高辐射率的CO2 和水蒸气浓度增加,可促进炉内的辐射传热。,7）富氧燃烧有利于实现清洁生产，并可存进炉内的辐射换热,8）富氧燃烧有利于实现清洁生产，并可存进炉内的辐射换热,设备尺寸缩小,燃烧系统的设备投资成本和维护费用降低。,2024/5/7,工业炉窑节能,66,2024/5/7,工业炉窑节能,67,3、改进炉体结构,3.1、提高炉体的保温性能,减少与外界的辐射、对流和导热热损失,工业炉炉体的保温性能不好,散热损失大,炉子的热效率低,燃料的消耗高。为此,应该做到:1)提高炉体的密封性,保持炉膛高温,减少炉体散热损失。2)减少炉门及其开启时间,以减少通过炉门的辐射热损失。,3.2、减少炉体的散热表面积,进一步减少炉体热损失,减少炉体的散热表面积,可以进一步减少炉体热损失,通常最简单的做法是降低炉膛高度,还可以减少炉体的表面积,增加炉体的结构强度。国外有不少炉子将截面改成圆形或椭圆形,尤其是圆形截面的分室式快速加热炉,得到很好的节能效果。,炉衬的蓄热和散热，一般占炉子总能耗的2045，选用节能型的耐火材料可减少炉体的蓄热和散热损失，提高热效率。筑炉材料的发展趋向是“两高一轻”，即高温、高强、轻质。,2024/5/7,工业炉窑节能,68,3.3、提高炉衬的轻质化和绝热性能,减少炉衬的导热和蓄热损失,热量的传导与材料的导热系数成正比,因此要减少炉体的散热要采用导热系数小的耐火材料来砌筑炉衬,并且采用不同的导热性能和耐火性能的材料来分层地砌筑,以发挥各自的优点。提高炉衬的绝热性能,减少炉体导热损失。炉子开炉时特别是周期性生产的炉子,加热炉子需要一定的时间和热量,这就是炉子的蓄热,它和炉衬材料的密度、比热容有关,而在炉子停止生产后,这部分热量就损失掉了。加强炉体的轻质化程度,就可以减少炉体的蓄热损失。20 世纪80 年代前，火焰炉都用耐火砖、隔热砖砌筑而成。80 年代开始了捣打料、可塑料和浇注料不定型耐火材料的应用，使火焰炉的气密性得以进一步提高。近年来，发展较快的有快干浇注料和快干自流浇注料、高温耐火纤维、节能炉衬涂料和多功能炉衬。,2024/5/7,工业炉窑节能,69,浇注料的导热系数比砖体炉衬小，炉体气密性好，使用寿命长，将成为非金属炉用材料的主流材料。轻质莫来石浇注料是非常适合于火焰炉使用的浇注料。目前，浇注料正向微粉（0.110 m）、超微粉（0.1m）相结合的方向发展。用超微粉结合的低水泥浇注料是近期在我国出现的一种性能及其优越的高档浇注料。使用浇注料炉衬比砌砖炉子可节能24左右。,浇注料,2024/5/7,工业炉窑节能,70,耐火纤维是一种超轻质耐火材料，它的基本性质是相对密度小、导热系数小、比热容低。用耐火纤维筑炉，在节能、省材、提高炉子生产能力和改善炉子热工性能等方面都具有明显的效果。对于使用温度为1000以下的炉窑如热处理炉，可以在炉窑内壁板贴一层耐火纤维，也可以全部用耐火纤维作炉衬。对于1300以上炉温使用的耐火纤维，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炉衬，炉体显著减轻，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，可以把耐火纤维贴在炉壁外层当作绝热材料使用也是经济合理的。使用耐火纤维炉衬比砖砌炉子可节能58。,耐火纤维,2024/5/7,工业炉窑节能,71,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。高温远红外节能涂料有很好的节能效果。它适用于炉温7001800的各种火焰炉。将它刷涂或喷涂于炉衬内表面，形成2.53.0mm 的涂层，利用涂层的红外辐射性能，不仅可加强辐射，防止热量流失，还可保护炉膛工作面，延长炉子寿命，起到保护炉体和节能降耗的作用。一般节能效果为57。,涂料,2024/5/7,工业炉窑节能,72,多功能炉衬是利用自带黑体筑炉材料，把红外物理中黑体的概念加以技术化，制作成工业标准的黑体元件，安装在炉膛内，众多的黑体元件和炉衬共同组成的。黑体元件用以调控热射线，改变其漫反射状态，使之集中、有效地射向工件，增大了热射线的到位率，提高了对工件的辐射度，大幅度地提高了炉子的热效率。多功能炉衬适用于各种高、中、低温火焰炉，可节能2030。该技术实施方便，可在不改变原炉膛结构的基础上改造现有加热炉窑，见效快、效果大，是改造传统加热炉窑的关键技术。,多功能炉衬,2024/5/7,工业炉窑节能,73,3.4、减少炉内水冷却部件和进行绝热包扎,一般推钢式连续加热炉,炉底水管的表面积按炉子小时产量计算为0.56 0.74m2/t 钢,损失的热量约占炉子总收入的20%30%。为了减少水冷却件中冷却水带走的大量热损失,应该尽可能减少炉内水冷却部件,特别是与加热工件直接接触的水冷却件。实在无法减免的水冷却构件,应该进行绝热包扎。,2024/5/7,工业炉窑节能,74,3.5、增加炉衬内表面的黑度,增加炉衬内表面的黑度,也就是增加炉衬内表面的辐射能力,可以提高炉子的生产率,从而起到节能作用。如在炉衬内表面粘贴一层耐高温的耐火纤维,其黑度接近1,可以增加炉内的辐射热交换量,提高炉子的产量,节约燃料消耗。同时因为耐火纤维的导热系数很低,蓄热量很小,可以减少炉衬的导热损失和蓄热损失,较大幅度地节约燃耗,还可以提高炉温而增加产量。还可在各种高温窑炉的耐火材料表面或蒸汽锅炉水冷壁管的表面喷涂高温窑炉红外辐射节能涂料，使之形成一层坚硬的陶瓷釉面硬壳，起到保护炉体、延长炉龄、增大炉子内壁的黑度，有效反射炉膛内红外热能的作用。,2024/5/7,工业炉窑节能,75,4.1、及时调整热负荷量,保证一定的炉膛温度,4、改进生产操作,较工艺规定为高的炉膛温度,虽然可以提高炉子的产量,但一旦遇到事故,炉温降不下来,就会使钢材过热甚至过烧,产生质量事故,同时也多消耗了燃料。而较低的炉膛温度,虽然可以避免质量事故,但炉子的产量达不到预期的要求,还增加了燃耗,也是得不偿失。所以,必须及时调整炉子的热负荷量,保证合适的炉膛温度。这也是炉子工作人员操作的重要内容之一,必须引起高度重视。,4.2、及时调整热负荷分布，保证一定的炉膛温度分布,炉膛内温度的分布是有特殊要求的,有的按一定的规律变化,有的则要保持均匀一致,但在生产过程中往往受某种因素的影响而变动。因此及时调整热负荷的分布,保证炉膛内一定的温度分布,满足热工工艺需要非常重要。,2024/5/7,工业炉窑节能,76,4.3、及时调整空气系数,燃料在燃烧时,需要一定的助燃空气,燃料中每4 200kJ 的热量,就需要大约1m3 的助燃空气。供给空气比实际的需要量过大或过小,都会给炉子热工工作带来不利的影响。如果空气系数太大,则过剩的空气会造成很多的烟气量,带走大量的高温烟气余热,降低了炉子的热效率,提高了燃料的消耗量。所以空气过剩系数应该越小越好:可以提高燃烧温度,增加炉子的产量,节约燃料消耗,降低生产成本,减少NOx 的排放,减少对环境的污染。所以及时调整空气系数,不仅是工业炉操作的重要内容,也是节能的主要手段之一。,2024/5/7,工业炉窑节能,77,工业炉过量空气系数表,2024/5/7,工业炉窑节能,78,2024/5/7,工业炉窑节能,79,4.4、及时调整炉膛压力,炉膛压力的大小,以炉底平面上+5Pa(微正压)为标准。因此,在整个开启的炉门上都有炉气外逸,造成热量损失,烧坏钢架,恶化环境。如果炉底平面上的压力为-5Pa(负压),则产生的危害更大,不仅炉内吸入大量的冷空气,降低了炉温,减少了产量,增加了氧化烧损。同时还增加了烟气量,提高了燃料消耗量,而这部分吸入的冷空气,对燃料的完全燃烧并不是有效的。所以一般炉底上压力都控制在微正压,并注意及时关闭炉门。,2024/5/7,工业炉窑节能,80,5、改进检测控制手段,随着工业现代化水平的提高，工业炉窑类的高耗能装备面临着高效、节能、环保等方面更高要求的压力。采用先进的自动控制技术，特别是采用微机控制系统，已经成为工业窑炉自动控制的发展方向。通过设置自动控制系统，以各相关系统的及时精确配合和控制来实现节能。利用计算机模拟对工业窑炉的过程进行优化运行和自动化控制，使炉窑内的燃烧处于最佳状态，使工艺稳定。比如对加热炉而言，各主要过程变量的定量控制、炉温与燃料流量的串级控制、燃料与助燃空气的比值控制以及烟道废气的含氧量控制等，通过这些关键参数的耦合控制，可以大大提高燃烧效率，减少能量损失从而达到节能的目的。,2024/5/7,工业炉窑节能,81,6、改进管理制度,1)实行能源档案管理制度。建立一整套的规章制度,完善一系列档案记录,做到有组织、有领导、有专人负责。2)实行定期检查和维修制度。对热工设备做定期的检查和维修,使设备始终处于完好状态。3)实行节能奖励制度,完善等级考核制度。对节能工作应实行奖励制度,设立节能奖金和奖牌,并定期进行,论功行赏,这样才能收到良好的效果。4)实行部门协作制度,切实搞好节能工作。在各有关部门协作下,提高炉子的作业率,就可以得到节能的效益,这是最行之有效的节能措施。5)实行人员培训制度,提高炉子操作技术水平。热工人员在上岗之前,必须经过培训,考核合格后才能上岗,并要实行定期的评级制度。,2024/5/7,工业炉窑节能,82,工业炉窑节能发展趋势有：,（1）调整燃料结构。尽管煤炭在相当阶段内仍是我国的主力能源，但其既污染严重，又不利于实施高温空气燃烧技术。所以用油、气、水煤浆等取代煤等固体燃料，是我国工业炉节能发展的战略性方向。（2）进一步开发、完善先进的燃烧技术，提高工业炉窑的燃烧性能。大力完善和推广包括高温空气燃烧技术在内的先进燃烧技术仍是今后工业炉节能发展的方向。在保证高温、高效火焰的基础上提高炉膛温度，使炉膛温度均匀分布的技术，进一步降低NOx排放，推动富氧燃烧技术，也是未来工业炉窑燃烧技术的发展方向。（3）余热回收与利用。工业炉窑的余热回收及充分利用将始终是工业炉窑节能措施发展的重点，大力推广水泥窑炉等纯低温余热发电技术。,2024/5/7,工业炉窑节能,83,（4）选择先进合理的炉窑炉型结构。炉窑砌筑将向整体化和轻型化方向发展。随着不定形耐火材料的发展，整体浇注和轻型结构将获得更广泛的发展。采用新型耐火材料，用耐高温陶瓷和陶瓷纤维代替耐火砖，使炉子升温速度加快，热损失小。（5）炉窑节能和环保并重。在进行节能改造的同时，首先应进行污染治理，努力降低或消除有害废气和烟尘的排放，从而提高工业炉的“绿色度”。通过调整产业结构，改善能源结构；采用世界上最先进的科学治污方法，从源头上根治污染，不断开发适合中国工业炉的新技术，新设备，强化余热回收和资源的循环利用。同时，强化立法和执法力