摘 要:工业炉是我国能源消耗和污染大户,如何对其进行节能减排是当前我国工业所面临的重要问题。本文针对国内工业炉的运行现状和存在问题,提出了进行燃料替代、燃烧系统改造和余热余压利用等多种节能减排措施,目的为提高工业炉的能效,取得节能减排的良好效果。
关键词:工业炉 节能减排
中图分类号:TB4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0086-01
随着能源形势和环境污染状况日趋严峻,节能减排越来越成为当前我国工业所面临的重要问题。目前,我国工业炉存在技术水平低、装备落后、能耗高、污染严重等主要问题,本文就针对性地在替代燃料、燃烧系统改造和余热余压利用等方面提出一些节能减排的措施。
1 替代燃料
中国工业炉一直以煤炭为主要能源,其污染环境严重,所以寻找理想替代燃料是我国工业炉节能环保发展的战略性方向。利用柴油和天然气替代煤,可以减少对环境的污染,但其经济成本较高,属于不可再生能源,故没有大规模利用。生物质作为一种能同时提供固体、液体和气体燃料的可再生新能源,能够减缓温室效应的产生,环境友好,故利用生物质代替煤是我国工业炉节能发展的理想途径。
以生物质为原料的工业替代燃料利用技术主要包括生物质成型燃料技术、生物质气化技术和生物质裂解油技术。
生物质成型燃料技术是指在一定温度和压力作用下,将各类分散的、没有一定形状的生物质压制成一定形状的、密度较大的各种成型燃料的技术。生物质成型燃料多用在一些中小型的工业蒸汽锅炉、有机热载体锅炉和商业蒸汽锅炉上。
生物质气化技术是指在高温缺氧的条件下,生物质原料经过简单的破碎处理后送入气化炉中进行裂解,得到可燃气的一种热化学反应技术。生物质气化得到的可燃气可以直接通过管道输送应用在轧钢加热炉、炼铜反射炉、坩锅炉、工业锅炉及水泥回转炉和耐火材料隧道窑等燃料品质要求较低的工业窑炉上,而经过除尘除焦等净化工序后,其应用范围可推广到陶瓷窑炉、玻璃窑炉、热风炉和电厂等燃料品质要求较高的工业窑炉上。
生物质裂解油技术是指将秸秆、木屑、甘蔗渣等农业废弃物通过高温快速加热分解为挥发性气体,再经冷却后提炼出的一种液体。生物质裂解油的热值一般为16～18MJ/kg,产油率可达70%,它可直接用作锅炉和窑炉的燃料,也可进一步加工转换成化工产品。
2 燃烧系统
在工业炉的系统里,燃烧是燃料的化学能释放的过程,在这个过程里既要考虑降低气体和固体的不完全燃烧损失,又要考虑过量空气造成的排烟损失,还要兼顾降低二氧化硫和氮氧化物等污染物的浓度的问题,因此寻找一种合适的燃烧技术是实现工业炉节能减排的重要措施。现阶段应用较为广泛的节能燃烧技术包括高温空气燃烧技术、脉冲燃烧技术、富氧燃烧技术和分级燃烧技术。
高温空气燃烧技术也叫蓄热式燃烧技术,它不仅是一项高效的废热回收节能技术,而且能提高产品的品质。蓄热燃烧技术是指交替切换空气或气体燃料与烟气,使之流经蓄热体,能够在最大程度上回收高温烟气的显热,排烟温度可降到180℃以下,可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上,形成与传统火焰不同的新型火焰类型,并换向燃烧使炉内温度分布更趋均匀。目前,我国已在轧钢加热炉、玻璃窑炉、熔铝炉、锻造炉和钢包烘烤器等工业窑炉上成功应用蓄热式燃烧技术。
脉冲燃烧技术是一种间断燃烧的方式,使用脉宽调制技术,通过调节燃烧时间的通断比实现窑炉的温度控制[1]。这种技术对加热炉的炉温控制较为容易,所以炉内的温度场均匀且温度波动极小,而且还能节约燃料。近年来,该技术在冶金、陶瓷等工业窑炉燃烧系统控制方面得到逐步推广应用,效果良好。
富氧燃烧技术是以助燃空气中氧含量超过常规值得一种高效强化燃烧技术。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点,加快燃烧反应速度,促进燃烧完全,降低过量空气系数,减少燃烧后的烟气量,从而提高热量的利用效率。富氧燃烧技术比较适合应用在高温工业炉,如金属加热炉和玻璃溶化炉等等,有资料表明锻造加热炉若采用23%～25%的富氧空气助燃,可节省1/4的燃料。
分级燃烧技术是指通过改变送风方式将不足量的空气送入主燃烧区,形成缺氧的燃料过剩燃烧,然后剩余的空气在第二级燃烧区加入,形成燃料稀薄燃烧区,完成整个燃烧过程。分级燃烧可减少氮氧化物的排放,据项目运行结果表明,采用分级送风燃烧技术后,尾气中的氮氧化物排放量降低35%左右。
3 余热余压利用
工业炉余热主要是指排出的燃烧产物的显热与加热制品带走的显热。这些显热所带走的热量数量较大,如果能很好地加以利用,其经济效益和社会效益都是显著的。目前我国工业炉的余热资源回收率仅为34.9%,回收潜力巨大[2],下面就介绍几种常用的余热余压利用技术。
中高温烟气余热主要利用方式包括:利用余热锅炉产蒸汽或者加热导热油直接利用,利用换热器预热助燃空气,还有通过余热锅炉产蒸汽并利用蒸汽汽轮机发电。以轧钢加热炉为例,轧钢加热炉的出炉烟温1000℃左右,在烟道内设置高效空气和煤气预热器对助燃空气和煤气进行预热,可将空气预热到600℃,煤气预热到300℃,吨钢燃耗可降低0.3GJ。
低温烟气余热一般是指温度低于400℃的烟气的余热,这种余热虽然品位低,但余热数量很大,现在一般采用纯低温余热发电技术来进行节能降耗并产生经济效益。例如,水泥厂将400℃以下低温废气余热转换成电能并用于生产,可使水泥熟料生产综合电耗降低约60%或水泥生产综合电耗降低约33%。
干熄焦技术是一项成熟而先进的技术,它利用冷的惰性气体逆流冷却熄灭红焦,然后被加热的气体经过除尘后进入蒸汽锅炉将能量回收利用或供热发电,同时消除湿法熄焦的严重污染,以一台140t/h的焦炉改造为例,其年产电量可达4000万度。
余压回收发电技术是指利用工业窑炉产生的废气余压直接用来发电。例如,钢铁厂高炉炉顶煤气余压透平发电装置(TRT),是利用高炉炉顶煤气具有的压力能,经透平膨胀做功,驱动发电机进行发电的装置。
4 结语
当前,应对能源危机、气候变化和资源环境约束已成为全球的共同行动,我国“十二五”节能规划也提出要继续贯彻实施20%左右的能源强度下降目标和18%的碳强度下降的目标,加快节能减排技术开发和推广应用。由于我国工业炉类型繁多,应用领域广泛,因此我们在实际应用中,要根据各种炉型的特点和具体工艺要求,采用合理的节能技术方案,才能取得良好的节能效果。
参考文献
[1] 曹卫宁.脉冲燃烧技术在大方坯加热炉上的应用[J].工业炉,2009(1):27-28.
[2] 孟嘉.工业烟气余热回收利用方案优化研究[D].武汉:华中科技大学能源与动力学院,2008.
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