淺談工業工業爐技術的改進

燃料工業爐是一個以燃料為能源的工業爐，是工業加熱的重要設備。廣泛應用于國民經濟的各行各業,種類多,影響大。工業加熱是制造業的重要組成部分,制造業是工業的主體。我國制造業占GDP比重的三分之一,占工業的78.2%。以鍛造生產為例,2003年年產鍛件250萬t,供制造業務部門使用,其水平直接影響到汽車等支柱產業的發展。燃料爐在我國工業爐中起著舉足輕重的作用。工業爐中燃料爐能耗占工業爐總能耗的92%。可見它必須滿足高產,優質,低耗,少污染的生產目標。工業上,幾乎一切需要加熱的工序,都可以應用燃氣,由于環保問題的日益突出,限制了固體燃料煤的直接燃燒,又由于我國石油資源的短缺,因而合理組織工業爐的氣體燃料及合理使用西氣東輸送來的天然氣愈加被重視。現在有的廠改燒天然氣,一些中、小型企業用清潔冷煤氣少,多用熱臟煤氣生產出來的煤氣不凈化,不冷卻,直接供工業爐窯燃燒用。盡管熱臟煤氣熱值低,煤氣壓力低,不能遠距離輸送,內含焦油、粉塵,不能實現自控。但近期鑒于有些地區明令不許直接燒煤,而熱臟煤氣投資少,占地小,易上馬,受到一些企業的青瞇。燃氣工業爐加熱技術及裝備水平對滿足工藝要求,提高產品質量,降低生產成本,合理利用能源,保護環境,改善勞動條件,實現文明生產等都有很大的影響。工業加熱技術是燃燒學,傳熱學,流體力學等學科交叉的科學。可以說工業爐是各項技術的載體,其水平是完成各項技術經濟指標的保證,從某種意義講,工業爐的技術水平反映了一個國家工業的綜合水平,工業發達國家無不予以高度關注。本文從以下幾個方面介紹燃氣工業爐熱工技術的改進。1低氧燃燒技術燃氣燃燒裝置,是燃氣工業爐的重要裝置,是燃氣爐的“心臟”。要求它高效、節能和高性能。根據爐子生產目的,工作形式,結構形式等,比較不同燃氣燃燒器的特征,正確設計,選擇及合理安裝使用燃燒器是非常重要的。上世紀70年代以前,燃氣燒嘴多為高壓噴射式燒嘴,低壓渦流式等,隨著燃燒技術的發展,為滿足多種加熱工藝的要求,上世紀80年至今,我國成功地自行開發、研制了一些新型燃燒器,如低NOX燒嘴、高速燒嘴、平焰燒嘴、自身預熱燒嘴、蓄熱式燒嘴等,以提高熱效率,節約能源,減少污染,保護環境,提高產品數量和質量,控制爐內氣氛等。低NOX燒嘴:采用高溫低氧燃燒技術。近年來得到一定的研究和應用。就是在高溫條件下,爐膛中的氧含量大大少于空氣中正常含氧量,在整個爐膛中進行迷漫性的空間燃燒,溫度均勻、加熱質量好,煙氣中NOX含量很低。平焰燒嘴:火焰為平面火焰,呈圓盤形狀,利用火焰的大面積直接輻射,升溫快,爐溫高,加熱溫度均勻,爐膛尺寸小,節省燃氣。特別適合在高(中)溫爐上使用,在周期爐上使用更有特殊意義。高速燒嘴:利用出口煙氣流的高速(200～300m/s)攪動,升溫快,爐溫均勻,排煙口對爐內溫度均影響很小,爐膛結構簡單,適合中低溫爐。自身預熱燒嘴:是一種把燃燒器,換熱器,排煙裝置合為一體的燃燒裝置。它不但供給爐子熱量,而且利用煙氣余熱達到節能的目的。蓄熱式燒嘴:具有雙重職能,既作為燃氣噴口,還作為燃燒室的排煙道。它由一對燒嘴、一對蓄熱體、切換閥和相關控制系統組成,一個燒嘴和一個蓄熱體為一組,兩組輪換使用。其交替燃燒提供的熱源改善了爐內溫度均勻性,有利于爐內管件的傳熱,同時可抑制NOX生成,實現了蓄熱體與燒嘴一體化。高溫空氣燃燒技術:是20世紀90年代在發達國家開始普遍推廣的一種燃燒技術,它具有高效煙氣余熱回收和高溫預熱空氣(700℃)以及低NOX排放等多重優勢,如雙燃料噴槍。2提高爐體質量近幾十年來,我國研制和推廣了一系列“二高一輕”即高溫、高強和輕質的爐用材料。如:耐火纖維、輕質或超輕質高溫、高強度耐火材料。工業爐爐襯的蓄熱和散熱一般占總能耗的20%～45%,選用耐高溫、容重小、導熱系數低的耐火纖維代替耐火磚做爐襯,可減少爐體的蓄熱和散熱損失,提高熱效率,節約能源35%左右。同時,無拱頂推力,爐門輕,爐子骨架負荷大為減少,可節約建爐鋼材三分之一左右,同時可簡化爐體基礎。由于爐襯熱容量小,爐子升溫快,有利操作周期的縮短,爐子作業率和熱效率的提高,使爐子同時獲得節能、增效的目的。2.1制作試驗材料耐火纖維:目前我國已有適用于1000℃、1100℃、1200℃、1250℃不同爐溫的制品。這些耐火纖維可以根據需要,制成不同形狀和規格,如纖維氈、毯、板等。輕質硅鈣板:是一種優質輕型保溫材料,具有強度高,容量小,隔熱性能好等優點。耐火燒注料:是不定形耐火材料,也稱散狀料,具有燒注后爐體整體性能好,耐火性能高,施工方便,壽命長等優點。是替代普通耐火磚,提高爐子砌體水平的新型耐火材料。目前高溫爐使用較多。2.2爐襯耐火纖維/耐火纖維根據需要采用不同爐襯結構。耐火纖維爐襯結構一般有兩種:一種是在原耐火磚爐襯結構表面粘貼50mm左右耐火纖維,另一種是爐襯全部采用耐火纖維,稱作全耐火纖維爐襯結構。還可在耐火纖維表面噴涂耐高溫涂料等提高抗沖刷能力。3煙氣換熱器的簡介由燃氣工業爐排出的煙氣溫度很高,帶走大量余熱,使爐子的熱效率大大降低。一般煙氣帶走的熱量占總供熱量的30%～70%。充分回收余熱,節約燃料,是爐子節能的重要途徑。一般助燃空氣溫度每提高100℃,可節約燃料5%。回收余熱的方法很多,如用來預熱燃燒用空氣,燃氣或預熱物料;用來生產蒸汽或熱水等。其中采用換熱器預熱助燃空氣,能提高爐子熱效率,且能與爐子生產時間同步,因而被廣泛采用。目前可采用以下幾種新型換熱器:輻射換熱器:以輻射傳熱為主,用于排出的煙氣溫度大于800℃的爐子。此換熱器已成功地用于上千臺爐子,獲得了很好的經濟效益。噴流換熱器:以對流傳熱為主,主要用于中溫爐上,是將被預熱介質高速噴吹到換熱器換熱管壁上,因而提高了傳熱系數,換熱效率高,但阻力損失大。板式換熱氣:以對流傳熱為主,主要用于中溫爐上。其結構是將耐熱鋼板沖壓成型,兩塊鋼板焊接成一個換熱單元,由多個換熱單元組成換熱器。具有單位體積小,換熱面大,阻力損失小等優點。管式換熱器:是以對流換熱為主的換熱器,適用于煙氣溫度1000℃以下,管子材質根據不同煙氣溫度可選用耐熱鋼,不銹鋼,滲鋁鋼管和普通鋼管。管式換熱器形式很多,現有一種“附壁流管式換熱器”,預熱介質流股與管壁平行流動,中心流速低,管壁附近流速高,將附面層大面積清掃掉,大大提高了氣流對流給熱系數,降低換熱管管壁溫度,延長其壽命,而且氣流阻力損失小,是一種綜合性能較好的換熱器。熱管換熱器:是回收低溫煙氣余熱的有效裝置。4爐型結構的選擇燃氣工業爐的結構類型盡管較多,但先進的爐型所占比重不大,絕大多數為上世紀50～60年代的結