工业炉窑的节能

工业炉窑的节能

1 工韭炉窑中燃烧及热利用特点

工业炉和工业窑通称工业炉窑．主要是指那些利用燃烧反应进行热利用的装置。炉多用于冶金和机械系统；窑则多用于硅酸盐工业系统。在工业炉窑的能源结构中，主要以烧煤为主，在冶金工业中约占70 ，其次是电力，另有一部分炉窑以油、天然气为燃料。对燃油、燃气的炉窑而言，其燃烧效率较高；而对燃煤炉窑而言，其燃烧效率较低，且燃烧稳定性较差，不易使气氛与温度稳定。

1．1 煤的燃烧

煤是工业炉窑中的主要燃料。煤在电站锅炉中以煤粉燃烧为主，在工业锅炉中以层燃为主，但在工业炉窑中还常与物料混燃。因此在工业炉中煤的燃烧更为复杂，更加多样化煤颗粒的燃烧大致可分为加热干燥、着火、可燃物燃烧等过程。燃料进入炉内后，受到炉内高温烟气、炉墙、燃料层的辐射与对流换热而被加热升温，水分逐渐逸出直至完全烘干。这一阶段需要供给足够的热量，没有对氧气(空气)的需求。随着温度继续升高，燃料开始热分解并析出挥发分。不同燃料析出挥发分的温度也不一致，从褐煤到无烟煤，温度约为130～400℃。此外，挥发分的析出量还与加热速度有关，层燃炉与煤粉炉加热速度慢，挥发分的生成量少。挥发分达到一定浓度和温度时就着火燃烧，并放出大量的热，为焦炭的燃烧提供了条件，挥发分的燃烧是扩散燃烧．其燃烧速度取决与空气向挥发分燃烧火焰表面扩散的速度。挥发分燃烧使温度进一步升高，从而逐渐进入焦炭燃烧阶段，焦炭燃烧是表面燃烧，其燃烧速度取决于燃料中可燃碳和氧向焦炭表面的扩散速度。当温度低于900℃～1000℃时，化学反应速度小于氧气向反应表面的扩散速度，氧气的供应很充分，化学反应速度决定了总的燃烧速度。当温度高于900～1000 CC时，化学反应速度随温度升高呈指数增加。到一定温度后会超过氧向表面的扩散速度，此时总的燃烧速度就取决于氧的输送速度。通常的燃烧工况处于上述两种情况的过渡区，因此燃烧温度和氧向表面的扩散速度都对燃烧有着很重要的影响。燃料在可燃物燃尽后就形成了灰渣燃料颗粒是由外而内燃烧的，因此煤粒外都会先形成灰壳。灰壳包住煤粒内的可燃物，阻止氧气向内部扩散，使得燃烧难以进一步进行，这在用灰分高的燃料时更为严重。综上所述，燃料的燃烧是一个复杂的过程，燃烧用空气、温度和燃烧时间对燃料的燃烧有着很重要的影响，不同的燃烧阶段对这三个燃烧条件的要求也各不相同，很好的组织这些燃烧条件可以取得良好的燃烧工况。

1．2 油和气的燃烧

油是液体燃料，与煤相比，池更易于着火和燃烧，油的沸点低于其着火温度，因此燃烧在气态下进行。油受热后首先汽化成油蒸气，油蒸气与空气混合达到一定的温度时开始着火、燃烧。要强化油的燃烧，就要保证有良好的雾化和混合。当雾化不良时，油滴过大，燃烧时

油滴破裂会产生大量的焦块，当混合不良，空气不足时，即使雾化效果好，也会发生热分解，产生炭黑。这些焦块和炭黑根难燃尽，造成机械不完全损失。气体燃料主要是煤气、天然气和石油液化气。气体燃料含灰分极少，不存在燃尽问题。因此燃烧过程由着火和燃烧组成。根据燃气和空气在进入燃烧室之前是否进行预混合，燃气的燃烧可分为扩散燃烧、无焰燃烧和大气燃烧三种。扩散燃烧不进行预混，燃烧由燃气与空气的扩散混合决定；无焰燃烧在燃烧前完全混合，具有燃烧速度高、燃烧强度大等特点；大气燃烧介于两者之间，火焰内锥面为动力燃烧，外锥面为扩散燃烧。

1．3 热利用特点

不同的工艺和对象进行热利用的方式互不相同。例如在高炉炼铁中，热风从炉底吹人，使与炉料混合的焦炭燃烧，同时加热炉料，实现工艺要求。这其中有燃烧火焰直接混合接触加热，也有烟(燃)气与炉料的对流换热，实际上是多孔介质中的燃烧传热。电阻炉中，热量的传递主要是通过炉墙与工件问的辐射进行加热。在砖窑炉中．燃料与工件交替码放，燃料燃烧的同时将热量传递给旁边的工件，也有砖（瓷）窑、烘干窑中主要靠辐射和/或对流实现加热有些工艺则需要先在锅炉中生成蒸汽，再通过蒸汽将热量传递给工件。工业窑炉既是燃烧设备又是传热设备，显然，燃烧和传热对热利用起至关重要的作用窑炉的热工过程包括内部热交换，外部热交换，燃烧过程和窑内气体流动过程。燃烧过程直接影响到产品的产量、质量和燃料消耗。提高窑炉热工性能的前提条件是改进燃烧过程并提高燃放效率其实质是燃烧技术的应用，因此应掌握炉窑燃烧的特点。分析燃烧过程的特点，合理组织气体的流动过程和燃料燃烧过程，同时控制生成物的排放，防止环境污染。在工业炉窑中，热量的传递方式有传导、对流和辐射。炉窑内的传热是多种传热方式组合在一起的复杂的物理化学过程。在燃料与物料混烧的炉窑中，热量可以通过热传导的方式直接从燃烧传向物料。因此，燃料物料的颗粒大小，混合程度都对热传递有着重要的影响。对流对大多数工业炉窑都是非常重要的传热方式。高温的烟气冲刷加热表面，不断将热量传递给物料或工件烟气的成分、流向、流速、加热表面形状等因素都会对对流换热系数产生很大的影响。在工业炉窑中燃料、烟气、炉体都处于高温状态，因而会有很强的辐射换热。影响辐射换热效果的因素很多，如辐射体的温度，角系数、灰度系数等。台理的设计大大提高了辐射换热的效果。

2 热损失

工业炉窑根据其炉型的不同，炉窑中热量损失的途径也各不相同。但是，诸如排烟热损失、不完全热损失等热量损失途径是各种炉窑所共有的，下面各项讨论炉窑中各种热损失的情况

2．1 排烟热损失

烟气离开炉窑时的温度大大高于冷空气的温度，一般可达200℃～300℃，在未进行余

热利用处理时，排烟温度甚至可高达600℃～700℃，造成排烟热损失。排烟热损失是热量损失的非常重要的途径。

2．2 气体不完全燃烧热损失

燃料燃烧时常常会产生C0H0、CFI 等可燃气体，有时为满足工艺要求。在炉窑中的某些地段为还原性气氛．这时也会产生许多可燃气体。在烟气排出炉窑时，部分尚未燃烧的可燃性气体也被排出了炉外，从而构成了气体不完全燃烧损失。气体不完全燃烧热损失在一些特定工艺要求的炉窑中占据了比较重要的地位。

2．3 同体不完全燃烧热损失

进人炉窑中的燃料往往不会被全部烧尽。这些未燃烧的燃料中．大的颗粒会通过灰斗、炉渣排除，小的颗粒则随烟气飞出炉外。

2．4 炉体热损失

炉体的热损失包括散热损失、蓄热损失、孔洞辐射损失和逸气损失。其中最主要的是散热损失和蓄热损失。散热损失是指炉窑的外壁及各种管道向外散失的热量，有些保温措施不好的炉窑往往有比较严重的散热损失。对于一些周期性操作的工业炉窑，如某些加热炉、热处理炉常常将物料加热到工艺要求的高温，然后进行保温、降温直至成品出窑。炉体的温度也会相应的发生周期性的变化，从而引起炉体的蓄热损失。连续作业炉在停炉、开炉时也会有蓄热损失。

2．5 灰渣物理热损失

从炉窑中排出的高温炉渣所带走的热量就是灰渣物理热损失。

2．6 工艺热损失

工件加热处理后自身要带走热，造成工艺热损失。有时工件所携热温度很高，质品极好。例如在锻造工艺中，工件被加热到700~800℃的高温。在工件被加工后，往往将工件自然冷却，从而将热量白白浪费掉，采取措施利用这些热量就可以提高窑炉的热效率。