關鍵詞:工業爐 節能減排
中圖分類號:TB4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0086-01
隨著能源形勢和環境汙染狀況日趨嚴峻,節能減排越來越成為當前我國工業所面臨的重要問題。目前,我國工業爐存在技術水平低、裝備落後、能耗高、汙染嚴重等主要問題,本文就針對性地在替代燃料、燃燒系統改造和余熱余壓利用等方面提出壹些節能減排的措施。
1 替代燃料
中國工業爐壹直以煤炭為主要能源,其汙染環境嚴重,所以尋找理想替代燃料是我國工業爐節能環保發展的戰略性方向。利用柴油和天然氣替代煤,可以減少對環境的汙染,但其經濟成本較高,屬於不可再生能源,故沒有大規模利用。生物質作為壹種能同時提供固體、液體和氣體燃料的可再生新能源,能夠減緩溫室效應的產生,環境友好,故利用生物質代替煤是我國工業爐節能發展的理想途徑。
以生物質為原料的工業替代燃料利用技術主要包括生物質成型燃料技術、生物質氣化技術和生物質裂解油技術。
生物質成型燃料技術是指在壹定溫度和壓力作用下,將各類分散的、沒有壹定形狀的生物質壓制成壹定形狀的、密度較大的各種成型燃料的技術。生物質成型燃料多用在壹些中小型的工業蒸汽鍋爐、有機熱載體鍋爐和商業蒸汽鍋爐上。
生物質氣化技術是指在高溫缺氧的條件下,生物質原料經過簡單的破碎處理後送入氣化爐中進行裂解,得到可燃氣的壹種熱化學反應技術。生物質氣化得到的可燃氣可以直接通過管道輸送應用在軋鋼加熱爐、煉銅反射爐、坩鍋爐、工業鍋爐及水泥回轉爐和耐火材料隧道窯等燃料品質要求較低的工業窯爐上,而經過除塵除焦等凈化工序後,其應用範圍可推廣到陶瓷窯爐、玻璃窯爐、熱風爐和電廠等燃料品質要求較高的工業窯爐上。
生物質裂解油技術是指將稭稈、木屑、甘蔗渣等農業廢棄物通過高溫快速加熱分解為揮發性氣體,再經冷卻後提煉出的壹種液體。生物質裂解油的熱值壹般為16～18MJ/kg,產油率可達70%,它可直接用作鍋爐和窯爐的燃料,也可進壹步加工轉換成化工產品。
2 燃燒系統
在工業爐的系統裏,燃燒是燃料的化學能釋放的過程,在這個過程裏既要考慮降低氣體和固體的不完全燃燒損失,又要考慮過量空氣造成的排煙損失,還要兼顧降低二氧化硫和氮氧化物等汙染物的濃度的問題,因此尋找壹種合適的燃燒技術是實現工業爐節能減排的重要措施。現階段應用較為廣泛的節能燃燒技術包括高溫空氣燃燒技術、脈沖燃燒技術、富氧燃燒技術和分級燃燒技術。
高溫空氣燃燒技術也叫蓄熱式燃燒技術,它不僅是壹項高效的廢熱回收節能技術,而且能提高產品的品質。蓄熱燃燒技術是指交替切換空氣或氣體燃料與煙氣,使之流經蓄熱體,能夠在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱,排煙溫度可降到180℃以下,可將助燃介質或氣體燃料預熱到1000℃以上,形成與傳統火焰不同的新型火焰類型,並換向燃燒使爐內溫度分布更趨均勻。目前,我國已在軋鋼加熱爐、玻璃窯爐、熔鋁爐、鍛造爐和鋼包烘烤器等工業窯爐上成功應用蓄熱式燃燒技術。
脈沖燃燒技術是壹種間斷燃燒的方式,使用脈寬調制技術,通過調節燃燒時間的通斷比實現窯爐的溫度控制[1]。這種技術對加熱爐的爐溫控制較為容易,所以爐內的溫度場均勻且溫度波動極小,而且還能節約燃料。近年來,該技術在冶金、陶瓷等工業窯爐燃燒系統控制方面得到逐步推廣應用,效果良好。
富氧燃燒技術是以助燃空氣中氧含量超過常規值得壹種高效強化燃燒技術。富氧燃燒技術能夠降低燃料的燃點,加快燃燒反應速度,促進燃燒完全,降低過量空氣系數,減少燃燒後的煙氣量,從而提高熱量的利用效率。富氧燃燒技術比較適合應用在高溫工業爐,如金屬加熱爐和玻璃溶化爐等等,有資料表明鍛造加熱爐若采用23%～25%的富氧空氣助燃,可節省1/4的燃料。
分級燃燒技術是指通過改變送風方式將不足量的空氣送入主燃燒區,形成缺氧的燃料過剩燃燒,然後剩余的空氣在第二級燃燒區加入,形成燃料稀薄燃燒區,完成整個燃燒過程。分級燃燒可減少氮氧化物的排放,據項目運行結果表明,采用分級送風燃燒技術後,尾氣中的氮氧化物排放量降低35%左右。
3 余熱余壓利用
工業爐余熱主要是指排出的燃燒產物的顯熱與加熱制品帶走的顯熱。這些顯熱所帶走的熱量數量較大,如果能很好地加以利用,其經濟效益和社會效益都是顯著的。目前我國工業爐的余熱資源回收率僅為34.9%,回收潛力巨大[2],下面就介紹幾種常用的余熱余壓利用技術。
中高溫煙氣余熱主要利用方式包括:利用余熱鍋爐產蒸汽或者加熱導熱油直接利用,利用換熱器預熱助燃空氣,還有通過余熱鍋爐產蒸汽並利用蒸汽汽輪機發電。以軋鋼加熱爐為例,軋鋼加熱爐的出爐煙溫1000℃左右,在煙道內設置高效空氣和煤氣預熱器對助燃空氣和煤氣進行預熱,可將空氣預熱到600℃,煤氣預熱到300℃,噸鋼燃耗可降低0.3GJ。
低溫煙氣余熱壹般是指溫度低於400℃的煙氣的余熱,這種余熱雖然品位低,但余熱數量很大,現在壹般采用純低溫余熱發電技術來進行節能降耗並產生經濟效益。例如,水泥廠將400℃以下低溫廢氣余熱轉換成電能並用於生產,可使水泥熟料生產綜合電耗降低約60%或水泥生產綜合電耗降低約33%。
幹熄焦技術是壹項成熟而先進的技術,它利用冷的惰性氣體逆流冷卻熄滅紅焦,然後被加熱的氣體經過除塵後進入蒸汽鍋爐將能量回收利用或供熱發電,同時消除濕法熄焦的嚴重汙染,以壹臺140t/h的焦爐改造為例,其年產電量可達4000萬度。
余壓回收發電技術是指利用工業窯爐產生的廢氣余壓直接用來發電。例如,鋼鐵廠高爐爐頂煤氣余壓透平發電裝置(TRT),是利用高爐爐頂煤氣具有的壓力能,經透平膨脹做功,驅動發電機進行發電的裝置。
4 結語
當前,應對能源危機、氣候變化和資源環境約束已成為全球的***同行動,我國“十二五”節能規劃也提出要繼續貫徹實施20%左右的能源強度下降目標和18%的碳強度下降的目標,加快節能減排技術開發和推廣應用。由於我國工業爐類型繁多,應用領域廣泛,因此我們在實際應用中,要根據各種爐型的特點和具體工藝要求,采用合理的節能技術方案,才能取得良好的節能效果。
參考文獻
[1] 曹衛寧.脈沖燃燒技術在大方坯加熱爐上的應用[J].工業爐,2009(1):27-28.
[2] 孟嘉.工業煙氣余熱回收利用方案優化研究[D].武漢:華中科技大學能源與動力學院,2008.