火焰爐在工業(yè)中的應(yīng)用

火焰爐在工業(yè)中的應(yīng)用

全國以上公司約有10家工業(yè)爐，占全國總能耗的25%，占工業(yè)總能耗的60%。其中固體燃料約占70%,液體燃料約占20%,氣體燃料約占10%。燃料結(jié)構(gòu)不合理,多數(shù)爐窯仍以煤為燃料,爐窯總體水平較低,近10年來,火焰爐的生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)進步成績顯著,雖有部分爐子達到國外當代先進水平,但尚屬少數(shù)。本文從燃燒技術(shù)的幾個方面介紹火焰爐的節(jié)能技術(shù)和發(fā)展方向。一、大力推進潔凈煤技術(shù)爐用燃料的選擇對組織爐內(nèi)火焰的合理、穩(wěn)定、高效燃燒起著決定性的作用,所以應(yīng)根據(jù)加熱工藝要求、燃料資源和火焰爐的種類,選擇合適的燃料。火焰爐的最佳燃料是氣體燃料,特別是高熱值的天然氣、戊烷合成氣、混合煤氣等,其次是液體燃料,再其次是燒煤。我國以煤為燃料的火焰爐所占比例很大,與發(fā)達國家相比,燃料結(jié)構(gòu)不合理。受燃料的限制,燃煤火焰爐爐體龐大、燃燒過程不穩(wěn)定、爐溫波動大、氣氛很難控制、加熱質(zhì)量差、熱效率低、能耗遠高于燃油和燃氣爐。因此將煤分級使用或轉(zhuǎn)化為煤氣使用,是火焰爐用煤的方向,即應(yīng)大力實施潔凈煤技術(shù)。煤的氣化是潔凈煤燃燒的核心技術(shù),生產(chǎn)工業(yè)燃料氣的煤氣化技術(shù)以前一直是以常壓固定床煤氣發(fā)生爐為主。只有少數(shù)要求加熱溫度較高的企業(yè)采用常壓固定床水煤氣爐。近年來,隨著建材行業(yè)的迅速發(fā)展和一批建筑陶瓷與衛(wèi)生潔具生產(chǎn)線的引進,有些建材企業(yè)相繼采用了常壓固定床發(fā)生爐兩段爐,現(xiàn)在已有幾十臺這樣的氣化爐在運行。目前,我國開發(fā)了許多實驗室規(guī)模的高新煤氣化技術(shù),如高溫氣化5、內(nèi)循環(huán)流化床煤氣化6、粉煤加壓氣化7等,由于產(chǎn)業(yè)化方面缺乏完整的支撐體系,工業(yè)化開發(fā)進展緩慢。希望國家有關(guān)部門和有實力的企業(yè)應(yīng)投入資金和力量加快技術(shù)開發(fā)力度,從而在不遠的將來,使我國自行開發(fā)的高效、先進、實用的煤氣化技術(shù)能在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。隨著我國對能源和環(huán)保的重視,逐步以液體、氣體燃料代替固體燃料,優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)應(yīng)是我國火焰爐節(jié)能的重要戰(zhàn)略。二、燃煤燒圓的發(fā)展燃料燃燒是通過安裝在火焰爐上的燃燒器完成,其性能的好壞直接影響爐子燃料的消耗量。要求燃燒器高效、節(jié)能和高性能。根據(jù)爐子生產(chǎn)目的、工作形式、結(jié)構(gòu)形式等,比較不同燃燒器的特征,正確設(shè)計,選擇及合理安裝使用燃燒器可以節(jié)能5%以上。燃氣燒嘴中,20世紀70年代以前多為高壓噴射式燒嘴,約占50%以上,其余多為低壓渦流式,新型燒嘴只占6%。燃油燒嘴中,多采用低壓空氣霧化油嘴,如R型、RK型,后來的F型自動比例調(diào)節(jié)燒嘴。固體燃料燃燒裝置中,人工加煤的采用簡易燃燒室,機械加煤的采用各種爐排燃煤機,粉煤燃燒則采用可調(diào)式燃煤燒嘴。從20世紀80年代至今,我國成功地自行開發(fā)研制了多種適合國情的新型燃燒器,如低NOX燒嘴、高速燒嘴、平焰燒嘴、自身預(yù)熱燒嘴、蓄熱式燒嘴等。這些燒嘴既能滿足工藝要求,保證產(chǎn)品質(zhì)量,同時又實現(xiàn)低污染,保證溫度均勻性,滿足加熱溫度曲線,控制爐內(nèi)氣氛等,得到了推廣使用。對于重油霧化質(zhì)量差的燃燒器可采用重油摻水乳化技術(shù)以改善乳化質(zhì)量,提高燃燒效率,節(jié)約重油消耗和冒煙污染問題。三、澆注料及爐窯火焰爐爐襯的蓄熱和散熱,一般占爐子總能耗的20%~45%,選用節(jié)能型的耐火材料可減少爐體的蓄熱和散熱損失,提高熱效率。筑爐材料的發(fā)展趨向是“兩高一輕”,即高溫、高強、輕質(zhì)。20世紀80年代前,火焰爐都用耐火磚、隔熱磚砌筑而成。80年代開始了搗打料、可塑料和澆注料不定型耐火材料的應(yīng)用,使火焰爐的氣密性得以進一步提高。近年來,發(fā)展較快的有快干澆注料和快干自流澆注料、高溫耐火纖維、節(jié)能爐襯涂料和多功能爐襯。1)澆注料的導熱系數(shù)比磚體爐襯小,爐體氣密性好,使用壽命長,將成為非金屬爐用材料的主流材料。輕質(zhì)莫來石澆注料是非常適合于火焰爐使用的澆注料。目前,澆注料正向微粉(0.1~10m)、超微粉(<0.1m)相結(jié)合的方向發(fā)展。用超微粉結(jié)合的低水泥澆注料是近期在我國出現(xiàn)的一種性能及其優(yōu)越的高檔澆注料。使用澆注料爐襯比砌磚爐子可節(jié)能2%~4%左右。2)耐火纖維是一種超輕質(zhì)耐火材料,它的基本性質(zhì)是相對密度小、導熱系數(shù)小、比熱容低。用耐火纖維筑爐,在節(jié)能、省材、提高爐子生產(chǎn)能力和改善爐子熱工性能等方面都具有明顯的效果。對于使用溫度為1000℃以下的爐窯如熱處理爐,可以在爐窯內(nèi)壁板貼一層耐火纖維,也可以全部用耐火纖維作爐襯。對于1300℃以上爐溫使用的耐火纖維,盡管國內(nèi)外已開發(fā)出來,但由于價格昂貴,限制了它的使用和推廣。如果爐子全部用耐火纖維爐襯,爐體顯著減輕,則爐體鋼架等結(jié)構(gòu)都可以輕型化,爐窯設(shè)計將有很大變化。對于高溫爐窯,可以把耐火纖維貼在爐壁外層當作絕熱材料使用也是經(jīng)濟合理的。使用耐火纖維爐襯比磚砌爐子可節(jié)能5%~8%。3)爐窯內(nèi)壁涂刷輻射率(黑度)大的涂料,可以強化爐內(nèi)的輻射傳熱,有助于熱能的充分利用。高溫遠紅外節(jié)能涂料有很好的節(jié)能效果。它適用于爐溫700~1800℃的各種火焰爐。將它刷涂或噴涂于爐襯內(nèi)表面,形成2.5~3.0mm的涂層,利用涂層的紅外輻射性能,不僅可加強輻射,防止熱量流失,還可保護爐膛工作面,延長爐子壽命,起到保護爐體和節(jié)能降耗的作用。一般節(jié)能效果為5%~7%。4)多功能爐襯是利用《自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯》專利技術(shù),把紅外物理中黑體的概念加以技術(shù)化,制作成工業(yè)標準的黑體元件,安裝在爐膛內(nèi),眾多的黑體元件和爐襯共同組成的。黑體元件用以調(diào)控熱射線,改變其漫反射狀態(tài),使之集中、有效地射向工件,增大了熱射線的到位率,提高了對工件的輻射度,大幅度地提高了爐子的熱效率。多功能爐襯適用于各種高、中、低溫火焰爐,可節(jié)能20%~30%。該技術(shù)實施方便,可在不改變原爐膛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改造現(xiàn)有加熱爐窯,見效快、效果大,是改造傳統(tǒng)加熱爐窯的關(guān)鍵技術(shù)。四、采用新技術(shù)的爐襯,可以減少爐襯的蓄熱損失,以提高產(chǎn)品的國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)從以上分析,得出以下結(jié)論:1)改變能源消費結(jié)構(gòu),以油、氣取代煤等固體燃料、將煤等固體燃料轉(zhuǎn)化為煤氣后使用,是我國火焰爐節(jié)能發(fā)展的戰(zhàn)略性方向。