工業(yè)鍋窯爐節(jié)能原理與技術(shù)教學(xué)版省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

第八講：

工業(yè)鍋（窯）爐節(jié)能理論與技術(shù)1/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering1工業(yè)鍋爐鍋爐：是將燃料化學(xué)熱轉(zhuǎn)變成熱能，又將熱能傳遞給水，生產(chǎn)一定溫度和壓力蒸汽或熱水設(shè)備。工業(yè)鍋爐：為工礦企業(yè)提供蒸汽或熱水以滿足生產(chǎn)工藝、動(dòng)力以及采暖等需要鍋爐。

一、工業(yè)鍋（窯）爐概念與特點(diǎn)概念2/52經(jīng)典小型燃?xì)夤I(yè)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3/52經(jīng)典大型工業(yè)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖4/52工業(yè)鍋爐裸爐結(jié)構(gòu)圖5/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering按燃燒設(shè)備：手燒爐、鏈條爐排、振動(dòng)爐排、往復(fù)式推進(jìn)爐排、配有拋煤機(jī)燃燒方式、沸騰爐和煤粉爐。按本體結(jié)構(gòu)：火管鍋爐（包含煙管鍋爐）、水管鍋爐、快裝鍋爐、熱水鍋爐、廢熱鍋爐等。工業(yè)鍋爐種類6/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering工業(yè)爐窯：將燃料燃燒產(chǎn)生熱量或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為熱能，對工件或物料進(jìn)行熔煉、加熱、烘干、燒結(jié)、裂解和蒸餾等熱工設(shè)備。爐窯組成：工業(yè)爐窯主要由爐襯、爐架、供熱裝置（如燃燒裝置、電加熱元件）、預(yù)熱器、爐前管道、排煙系統(tǒng)、爐用機(jī)械等部分組成。通常將熔煉和加熱金屬裝置經(jīng)常稱為爐，而熔化和加熱非金屬裝置往往稱為窯或窯爐。2工業(yè)爐窯7/52經(jīng)典加熱爐外部結(jié)構(gòu)圖8/52經(jīng)典加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering按工作溫度：高溫窯爐、中溫窯爐和低溫窯爐。按燃用燃料：煤窯、油窯、天然氣窯爐、煤氣窯爐、電窯等。按工藝特征：金屬冶煉爐、熱處理爐、加熱爐、蒸餾爐、水泥窯、玻璃窯、陶瓷窯、石灰窯、玻纖窯等。按結(jié)構(gòu)特征：隧道窯、臺(tái)車窯、室式窯、網(wǎng)帶爐、推板窯、推桿窯、井式爐、環(huán)形爐、立窯、輥道窯、梭式窯、鐘罩爐、池爐、坩堝爐等。按爐內(nèi)氣份：真空窯爐、氫氣窯爐、氮?dú)飧G爐、氫氮混合氣體窯爐等。工業(yè)爐窯種類10/523鍋爐與窯爐主要差異項(xiàng)目指標(biāo)工業(yè)鍋爐工業(yè)爐窯加熱對象水、蒸汽金屬或非金屬制品爐膛內(nèi)襯水冷管耐火隔熱材料（有節(jié)能空間）爐墻外壁溫＜50℃＞50℃（有節(jié)能空間）爐內(nèi)溫度控制要求不甚嚴(yán)格有嚴(yán)格要求排煙溫度≈120℃＞200℃（有較大節(jié)能空間）產(chǎn)品出爐（窯）熱損失無較大

（有余熱利用空間）最終產(chǎn)品熱水或蒸汽加熱或熔煉后金屬或非金屬制品11/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering工業(yè)鍋爐占我國煤炭消耗26.03%。工業(yè)鍋爐耗能概況1能源消耗量大

燃煤工業(yè)鍋爐占工業(yè)鍋爐總量80%以上，燃油氣鍋爐占15%，電加熱鍋爐占1%左右，其余是以沼氣、黑液、生物質(zhì)等為燃料鍋爐。全國當(dāng)前約有50余萬臺(tái)燃煤工業(yè)鍋爐，約180萬蒸噸/小時(shí)。以層燃工業(yè)鍋爐（鏈條鍋爐占總量60%以上）為主，量大面廣。耗煤量約占全國年耗煤總量1/3。二、工業(yè)鍋（窯）爐能耗現(xiàn)實(shí)狀況12/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering工業(yè)爐窯：約占整個(gè)企業(yè)耗能量10-70%；電子工業(yè)爐窯：約占電子行業(yè)耗能量30%；陶瓷玻璃爐窯：約占行業(yè)總耗能量50-80%。水泥窯：約占建材行業(yè)耗能量57%，占全國能源消耗總量5%。工業(yè)窯爐耗能概況13/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering工業(yè)鍋爐

當(dāng)前工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率約60%～65%，比國外先進(jìn)水平低15～20%。工業(yè)窯爐

工業(yè)窯爐能源利用率低，平均熱效率≤30%。沖天爐平均熱效率≤42%，工業(yè)電爐熱效率≤30%；水泥窯平均能耗比國外先進(jìn)水平低20%以上，鋼鐵工業(yè)能耗比國外先進(jìn)水平低50%以上。效率低、與先進(jìn)水平差距較大能耗現(xiàn)實(shí)狀況2爐窯本體平均熱利用效率較低14/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering

單臺(tái)鍋爐容量小，設(shè)備陳舊老化平均負(fù)荷低，“大馬拉小車”現(xiàn)象突出自動(dòng)控制水平低，燃燒設(shè)備和輔機(jī)質(zhì)量不高

……工業(yè)鍋爐工業(yè)窯爐

技術(shù)水平低，裝備陳舊落后規(guī)模小、能耗高運(yùn)行管理水平低，缺乏污染控制辦法

……

能耗現(xiàn)實(shí)狀況3配套設(shè)施及輔助設(shè)備能效水平低15/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering（1）鍋爐效率各類工業(yè)燃煤鍋爐平均熱效率各類工業(yè)燃油（氣）鍋爐平均熱效率20t/h及以下工業(yè)燃煤鍋爐加權(quán)平均熱效率為68.72%20t/h及以下工業(yè)燃油(氣)鍋爐加權(quán)平均熱效率為82.61%量大面廣＋燃燒效率不達(dá)標(biāo)節(jié)能潛力巨大1.工業(yè)鍋爐三、工業(yè)鍋（窯）爐能效與節(jié)能原理16/52２工業(yè)鍋爐及爐窯能源轉(zhuǎn)換利用特點(diǎn)工業(yè)鍋爐燃料(qr)空氣水蒸汽、水（q1)煙氣(q2,q3)灰渣（q4,q6)q5工業(yè)爐（窯）燃料(qr)空氣物料煙氣（q2,q3)產(chǎn)品(q6)灰渣（q4,q6)q5(1)鍋爐及爐窯本體節(jié)能原理工業(yè)鍋爐能量平衡原理示意圖工業(yè)爐窯能量平衡原理示意圖17/52工業(yè)鍋爐燃料(qr)空氣水蒸汽、水（q1)煙氣(q2,q3)灰渣（q4,q6)q5對于工業(yè)鍋爐：18/52工業(yè)鍋爐本體節(jié)能原理與思緒當(dāng)Qr一定時(shí)，欲提升鍋爐熱效率提升Q1份額。要提升Q1份額降低Q2～Q6份額。Q2↓：降低排煙溫度。Q3↓：提升可燃?xì)怏w成份燃燒效率。

Q4↓：提升固定碳燃燒效率。Q5↓：降低爐體散熱損失。Q6↓：降低離開爐膛灰渣或物料帶走熱損失。19/52工業(yè)爐窯本體節(jié)能原理與思緒工業(yè)爐（窯）燃料(qr)空氣物料煙氣（q2,q3)產(chǎn)品(q6)灰渣（q4,q6)q5Q2↓：降低排煙溫度。Q3↓：提升可燃?xì)怏w成份

燃燒效率。

Q4↓：提升固定碳燃燒效率。Q5↓：降低爐體散熱損失。Q6↓：降低離開爐膛灰渣

或物料帶走熱損失。與工業(yè)鍋爐不一樣，工業(yè)爐窯不產(chǎn)生熱水或蒸汽（Q1），只加熱物料或工件，所以，為降低能量損耗，應(yīng)尤其注意降低Q2、Q6

、Q5。20/52燃料燃燒步驟：降低Q3、Q4把握工業(yè)鍋爐及爐窯本體節(jié)能三個(gè)步驟爐內(nèi)傳熱步驟：提升傳熱效

率，降低Q5燃燒優(yōu)化技術(shù)燃燒器改造余熱利用步驟：降低煙溫，

回收余熱，

降低Q2降低傳熱阻力增大傳熱面積加強(qiáng)爐墻保溫降低爐膛漏風(fēng)優(yōu)化燃燒配風(fēng)煙氣余熱回收21/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能潛力燃料機(jī)械未完全燃燒損失影響原因：

燃料性質(zhì)、燃燒方式、燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)與布置、爐膛溫度、過剩空氣系數(shù)、配風(fēng)方式等。燃料化學(xué)不完全燃燒損失q3:指未完全燃燒可燃?xì)怏w（co，h2,ch4）隨煙氣排放到大氣所造成熱損失，固體燃料較小，氣體燃料可能較大。燃料燃燒步驟：降低Q3、Q4燃燒優(yōu)化技術(shù)燃燒器改造燃燒步驟22/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能潛力不一樣爐渣含碳量對層燃爐熱效率影響23/52傳熱步驟爐內(nèi)傳熱步驟：提升傳熱效

率，降低Q5降低傳熱阻力增大傳熱面積加強(qiáng)爐墻保溫……….24/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering設(shè)備內(nèi)灰渣、水垢、污垢沒有及時(shí)清理，沒有及時(shí)排污，增加熱阻，降低傳熱系數(shù)，降低了設(shè)備傳熱效率。強(qiáng)化傳熱節(jié)能潛力25/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能潛力降低散熱損失q5:因?yàn)闋t墻、金屬結(jié)構(gòu)、鍋爐范圍內(nèi)汽水管道、煙風(fēng)管道等溫度高于周圍環(huán)境溫度所造成。普通鍋爐越大，散熱損失越小。加強(qiáng)保溫26/52余熱利用步驟余熱利用步驟：降低煙溫，

回收余熱，

降低Q2降低爐膛漏風(fēng)優(yōu)化燃燒配風(fēng)煙氣余熱回收……….排煙溫度每增加10-20度，熱損失增加1%!27/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能潛力爐窯排煙溫度過高。排煙過剩空氣系數(shù)過大。鍋爐受熱面設(shè)計(jì)不合理。鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行。鍋爐運(yùn)行維護(hù)不妥。影響排煙損失原因28/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能潛力排煙溫度及過?？諝庀禂?shù)對排煙損失影響29/52(2)鍋爐及爐窯輔助設(shè)備節(jié)能思緒主要輔助設(shè)備送風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)給水泵選取高效產(chǎn)品優(yōu)化容量匹配采取變頻調(diào)整設(shè)備節(jié)能改造30/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering（1）燃燒設(shè)備及系統(tǒng)改造鍋爐更新：采取循環(huán)流化床、煤粉鍋爐替換低效破舊鍋爐。爐型改造：用燃?xì)飧脑烊济籂t；用CFB、PCB改造鏈條爐。受熱面調(diào)整：加拱或調(diào)整水冷壁、省煤器、空氣預(yù)熱器等。燃燒設(shè)備改造：改用先進(jìn)高效燃燒器及相關(guān)燃燒設(shè)備；

鏈條爐雙層燃燒改造等。燃料制備系統(tǒng)改造：使燃料顆粒度更均勻。1工業(yè)鍋爐四、鍋（窯）爐節(jié)能辦法及技術(shù)31/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering

增設(shè)工質(zhì)壓力、溫度、流量檢測儀表：對熱工參數(shù)及工質(zhì)流量進(jìn)行準(zhǔn)確檢測與計(jì)量。增設(shè)爐膛負(fù)壓檢測儀表：檢測爐內(nèi)負(fù)壓。增設(shè)煙氣氧量檢測儀表：控制過?？諝庀禂?shù)。增設(shè)燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)：優(yōu)化空氣/燃料比，準(zhǔn)確控制爐膛負(fù)壓，降低漏風(fēng)量。（2）儀表及控制系統(tǒng)改造32/52（3）爐膛結(jié)構(gòu)改造與受熱面調(diào)整爐膛空氣動(dòng)力場改造：如增設(shè)爐拱；加高爐膛。爐膛密封性改造：降低爐膛漏風(fēng)量。爐膛保溫系統(tǒng)改造：降低爐墻散熱損失。受熱面調(diào)整：增減水冷壁、過熱器、省煤器或空氣預(yù)熱器面積。33/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering

水質(zhì)凈化處理：強(qiáng)化入爐水凈化處理，提升水質(zhì)，預(yù)防水垢。鍋爐定時(shí)吹掃：定時(shí)洗爐和清掃煙道，掃除受熱面上水垢和煙灰。

鍋爐定時(shí)排污：運(yùn)行時(shí)注意定時(shí)排污。節(jié)能辦法（4）受熱面潔凈化處理34/52（5）煙氣余熱回收利用增加省煤器面積：提升入爐水溫，降低排煙溫度。增設(shè)空氣預(yù)熱器：提升燃燒空氣溫度，改進(jìn)燃燒，降低排煙溫度。35/52（6）運(yùn)行優(yōu)化與管理爐內(nèi)流場優(yōu)化：經(jīng)過冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)及設(shè)備改造優(yōu)化爐內(nèi)空氣動(dòng)力場?？杖急葍?yōu)化：經(jīng)過熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，優(yōu)化確定不一樣工況及燃料特征下最正確空燃比。爐膛負(fù)壓控制：使漏風(fēng)量最小，且使送引風(fēng)機(jī)電耗最小。爐排速度優(yōu)化：使灰渣含碳量最小。爐排燃料層厚度優(yōu)化：通風(fēng)阻力均勻，阻力較小，使灰渣含碳量最小。爐排長度方向配風(fēng)優(yōu)化：著火穩(wěn)定，灰渣含碳量最小。燃料顆粒尺寸優(yōu)化：爐排通風(fēng)阻力均勻，預(yù)防氣流短路。36/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering水泵、送引風(fēng)機(jī)節(jié)能改造節(jié)能辦法（7）輔機(jī)系統(tǒng)與設(shè)備節(jié)能改用高效水泵、送風(fēng)引機(jī)。水泵、送引風(fēng)葉輪改造。水泵、送風(fēng)引機(jī)變頻改造。加熱器改造。送水管道優(yōu)化改造。送引風(fēng)管道優(yōu)化改造。37/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能辦法2工業(yè)爐窯（１）工業(yè)爐窯與工業(yè)鍋爐主要差異窯爐出口產(chǎn)品是溫度較高金屬或非金屬制品。窯爐出口煙氣通常含有較高溫度。窯爐爐膛內(nèi)壁無水冷管壁，因而散熱損失通常較大。38/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能辦法（２）工業(yè)爐窯節(jié)能思緒與技術(shù)辦法工業(yè)鍋爐中燃燒步驟及輔助設(shè)備節(jié)能辦法與技術(shù)通常適合用于工業(yè)爐窯。39/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能辦法重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面節(jié)能辦法及技術(shù)：高溫預(yù)熱空氣燃燒技術(shù)富氧燃燒技術(shù)高效燒咀技術(shù)基于空氣預(yù)熱器、省煤器及余熱鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)高溫物料余熱回收技術(shù)新型高效隔熱保溫材料技術(shù)工件與物料加熱工藝優(yōu)化、改進(jìn)與革新40/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering高溫空氣燃燒

高溫空氣燃燒，包含兩項(xiàng)基本技術(shù)辦法：一是采取蓄熱裝置回收燃燒產(chǎn)物顯熱預(yù)熱助燃空氣，取得800~1000℃，甚至更高高溫空氣；二是利用燃燒煙氣回流等辦法降低燃燒區(qū)含氧體積濃度，取得濃度為1.5%~2%低氧氣氛。蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)原理圖節(jié)能新技術(shù)41/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering技術(shù)優(yōu)勢排煙溫度低余熱回收充分，燃料能量利用率靠近90%助燃空氣溫度靠近爐內(nèi)溫度均勻爐內(nèi)溫度分布，消除局部高溫區(qū)，有效抑制熱力NOx生成化學(xué)反應(yīng)速率和燃燒效率提升爐內(nèi)輻射換熱增強(qiáng)，單位面積熱強(qiáng)度增加，裝備尺寸縮小貧氧燃燒爐窯內(nèi)生成還原氣氛，滿足一些特殊爐窯需要助燃空氣溫度到達(dá)燃料自燃點(diǎn)擴(kuò)大燃料可燃范圍，可燃用低熱值燃料節(jié)能新技術(shù)42/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering富氧燃燒技術(shù)富氧燃燒，是指助燃空氣含氧量超出21%直至使用純氧助燃過程。

提升燃燒區(qū)域火焰溫度火焰溫度與氧濃度關(guān)系曲線圖

降低過量空氣系數(shù)，降低排煙體積理論空氣需求量與氧濃度關(guān)系技術(shù)優(yōu)勢43/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering

增加熱量利用率利用富氧助燃技術(shù)可提升爐子熱效率5%~19%，含有穩(wěn)定爐運(yùn)行工況、降低大氣污染、延長爐子使用壽命等效果。加熱溫度與熱量利用率關(guān)系圖在加熱溫度為1300℃時(shí)，含氧量為21%空氣燃燒，熱量利用率為42%；含氧量為26%空氣燃燒，熱量利用率達(dá)56%，增加14%。44/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering余熱類型主要有：煙氣余熱；可燃廢氣、廢液、廢料余熱；高溫產(chǎn)品及爐渣余熱；冷卻介質(zhì)余熱；化學(xué)反應(yīng)余熱；廢水、廢氣余熱。利用路徑

直接利用

間接利用

綜合利用

預(yù)熱助燃空氣

干燥

生產(chǎn)熱水和蒸汽

制冷

余熱發(fā)電

低溫爐熱源依據(jù)工業(yè)余熱溫度高低，采取不同利用方法，實(shí)現(xiàn)余熱梯級利用。先進(jìn)余熱回收技術(shù)45/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能新技術(shù)玻璃窯余熱發(fā)電技術(shù)46/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)能新技術(shù)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)47/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering節(jié)約燃料消耗、節(jié)約輔機(jī)電耗輔機(jī)主要包含通風(fēng)設(shè)備，給水與補(bǔ)水泵，燃料處理與輸送設(shè)備，出渣、除塵及水處理設(shè)施等。機(jī)械密封變頻調(diào)速技術(shù)滑參數(shù)啟停運(yùn)行可靠性管網(wǎng)改造，減小阻力損失通風(fēng)設(shè)備改造水泵節(jié)電改造輔機(jī)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)48/52能源與動(dòng)力工程學(xué)院SchoolofEnergyandPowerEngineering1調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)五、鍋（窯）爐節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢鑒于我國富煤、貧油、少氣能源結(jié)構(gòu)，盡