国外加热炉节能新技术

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这项燃烧器的技术和数字化控制系统使得火焰长度的调节更加便利,不用需要通过牺牲燃烧 器部分的性能而达到这一目的。
燃烧器通过控制火焰变长、缩短或者两种长度的组合。火焰的长度相对独立,不随燃烧器注 入的功率而变化。该燃烧器始终以百分之百的性能运行,而其功率的变化在燃烧过程中可以方便 的调节而不引起火焰长度的变化。 其他技术的缺点如下所列: •缩短火焰长度将导致百分之三十的氮氧化物的增加(同时,使用顶部燃烧器将增加百分之十的 氮氧化物); •在燃烧器以短焰状态运行时,将会导致百分之三的能量消耗,等于每年增加了 250 000 欧元的 费用。 能源效率
当前风电日益增长的需求将意味着市场对结构钢的需求量也将越来越大。同时,碳收集和捕 获技术(Carbon Capture and Storage technology ,CCS)的发展也将增加特种钢的需求量,诸如 用于建设二氧化碳传输管网时需要使用的无缝钢管等。
然而,如果不致力于解决钢铁生产随之而来的环境影响,提高电力行业的产出将导致钢铁行 业的高排放。为了实现在 2050 年之前将温室气体(greenhouse gas ,GHG)排量减少一半的目 标,钢铁生产行业需要利用 four2(每吨粗钢的二氧化碳排放量,t(二氧化碳)/t(粗钢))将其 碳排放强度。
最后,得益于国外炉子公司工业的第二代数字化控制加热炉保证的加热炉的加热质量和产品 质量,国外炉子公司工业表示在诸多案例中产品的排放温度可以更低。 图 11 展示了在将产品的排气温度从 1250℃降至 1230℃时燃料消耗、规模化损失和氮氧化物的排 放的改善情况。
总结 为优化其投资,国外炉子公司工业建议钢厂在启动一个新的项目的时候考虑以下方面:
●第二代数字化控制加热炉 在上世纪九十年代,国外炉子公司工业开发了它的第一代针对加热炉的数字化控制系统(利
用燃烧器的开关来代替燃气与助燃空气配置比例的调节,同时智能化排序燃烧器的点火)。第一 代数字化控制的加热炉设计于 1999 年被完整的提出,并于 2000 年在美国被投入使用。从那时起, 国外炉子公司工业在这项国家最先进的技术方面得以提升,从而实现了氮氧化物排放的减少、能 源利用效率的提高以及燃烧炉的控制。
得益于一个混合器的设置(其能够提加热炉膛中整体的能源利用效率),纯度为百分之百的 焦炉煤气(COG)也能够通过国外炉子公司的第二代数字化控制加热炉加以利用。
由于钢铁制造着面临着日益增长的不可以测的市场条件,国外炉子公司的第二代数字化控制 加热炉具备极高的灵活性并被允许有以下行为: •得益于爱华燃烧器以及国外炉子公司的第二代数字化控制加热炉的多管系统,实现混合燃料的 燃烧(两种或者三种燃料混合燃烧);
截止至 2014 年 1 月,有四个生态化设计的项目已经完成,另有十个类似项目正在实施过程 中,并且大约有七十个来自国外集团的员工正在被培训。
●一个加热炉的可持续性的评估 在钢铁行业中,加热炉处于热轧厂的上游,它的性能对钢铁的生产过程极其重要。加热炉的 能源消耗约占钢铁生产过程能源消费的 8%。(剩余的能源消耗中,加热炉、转炉和连铸过程占 到 70%、冷轧过程占 10%、带钢过程占 10%,剩余的 2%由热轧过程消耗)。 加热炉中的能量平衡过程将由国外炉子公司工业进行,在一个使用天然气(低位发热量(LHV) 为 8610 kcal/Nm3)作为燃料加热低碳钢板材(8510 x 1574 x 220 mm)的加热炉中实施。 评估发现,主要的热损失产生在高温烟气中,尽管这部分高温烟气已经经过了回热循环利用 掉了一部分热量,但依然存在优化空间。其次的热损失来自冷却水,这方面的能量损失目前已经 部分地通过使用国外炉子公司工业安装在其客户现场的汽化冷却系统((Evaporative Cooling System,ECS)得到回收利用。同时,研究发现通过壁面散热导致的热损失似乎是微不足道的。 正如上文所解释的,工程可持续性项目处理的不仅仅是能源利用方面的问题。工程中的降低氮氧 化物的排放已经被确定放在被优先考虑的地位,同样,规模亏损与氮氧化物的排放一样,也被放 置在了被优先考虑的位置。规模亏损之所以成为钢铁生产商关注的问题,是因为其相对应的生产 成本和能量成本的损失,通过一系列工序生产出来的超过需求的钢铁被直接弃置引起了所谓的规 模亏损。弃置导致的亏损远不止这些,生产钢铁而需要的耗材以及保养这些钢铁需要的维护费也 需要被考虑在内。 总的来说,优化加热炉带来的环境影响被国外炉子公司工业总结于如下几个重要方面: (1)减少氮氧化物的排放 (2)通过调整加热曲线,从生产过程中尽可能的减少氮氧化物的生成; (3)燃烧器/燃烧过程的调整:更好的混合燃料与助燃空气; (4)控制助燃空气与燃气的比例(过量空气系数); (5)限制从墙体和门等围护结构射入的冷空气; (6)提高能源利用效率以及降低温室气体的排放 (7)调整加热曲线以使得烟道气体(二氧化碳、一氧化碳)生产量最小; (8)对烟气所携带的能量实现再循环和再利用; (9)控制过量空气系数来尽可能的利用每一份燃气; (10)使风机、泵和电动机的电消耗最小化; 规模亏损: 通过调整加热曲线来限制氧气的使用以避免在加热炉中形成过高地的温度,或者尽可能的推 迟形成规模亏损的发生时间; •限制从墙体和门等围护结构射入的冷空气; •控制助燃空气与燃气的比例 •规模化控制和疏散
因为以下原因,一个生态化设计工程被提上议程: •通过分析最近运行的加热炉(土耳其的乔拉克奥卢钢铁(Cölakoglu)和俄罗斯联邦的联合冶金 公司(OMK))的现场数据来实现这项技术对环境性能影响的量化,并与竞争对手的技术相比较, 从而获得更大的优势; •鉴别和验证加热炉优化设计的改善效果,从而到达更小的环境影响; 系统效益
国外加热炉节能新技术
加热炉是工业加热过程中重要的热工设备,加热炉的节能环保技术一直的热工研发人员关 心的重点,也得到了国家的支持,2019 年的科技进步二等奖授予了“冶金炉窑强化供热关键技 术”。
国外炉子公司认为钢铁生产中产生温室气体(GHG)排放的重要原因是化石燃料的燃烧以 及电力的使用。考虑到这一点,国外炉子公司在它的第二代数字控制技术加热炉(Stein Digit@l Furnace AT 2.0.)的设计过程中采用了生态化设计的理念。——波林·普利森(Pauline Plisson) 在当前,大众的目光都聚焦在可再生能源的利用上,特别是在建筑和交通运输领域。但与此同时, 我们应当认识到,可再生能源在高能耗的工业中也应当有用武之地,比如钢铁行业。
这个工程可持续性项目遵循了 ISO 14062 的严格要求,并经由安永(Ernst &Young)会计师 事务所(一个独立的审查机构)的审查。
这个项目在早期的设计阶段集结了众多技术和销售方面的团队,并依赖于一个生态设计的工 具包。其在一个极其广泛的范围之内对目标进行评估,这包括:环境性的(不仅包括能源消费和 污染物排放,还包含了噪声、耗材以及占地空间)、经济性的(生产周期成本和产品的灵活性) 以及人性化(使用最有效的技术培训经营商)。减少主要影响的机会将被列出、研究并且当其确 实成功的提高了目标性能之后将被更广泛地应用,他们所带来的效益也将被证明。
为了进一步减少自身所带来的环境排放以及化石燃料的使用量,钢铁生产者需要探索改进 领域,诸如: • 具备极低 NOx 排放的低氮燃烧器; • 在历史的行进中,过程部件的能源效率已经被忽视。这是因为它们的能源消耗与加热炉和连续 铸造过程相比微乎其微; • 避免能源消耗过度,因此,需要注意设计工况与运行工况之间的差异所导致的排放量; •对加热炉排放的烟气实现再循环和再利用; •对储存了大量热量的高温产品实现能量的再循环和再利用; • 在用电高峰时期,调节或者暂时性关闭高耗能的工艺过程以弹性应对较大的市场用电价格变动, 并且或许可以尝试与能量存储系统相耦合; •与周边相关企业协同生产,为其提供稳定的废物链以资其利用;
在企业的产品开发过程中实施一个称作工程可持续性的项目来实现这一策略,这个项目同时 具备了如下所述的内在的品质和信誉: •这是一个这样的过程,它能够系统性的回顾其影响以及持续不断的改进国外集团的技术,并且
来自百度文库
为其客户提供量化的数据和资源来达到设备的潜在的在实际运行工况中的最佳性能; •国外集团在环境性能方面的产品具备一流水平的信誉。
国外集团提供了一个在参考运行模式下(即在年生产活动中的平均运行水平)的加热炉的优 化设计方案。事实上,能源效率取决于加热炉内负荷,是一个相对立的参数。所以,钢铁制造商 们用能否在节省燃料的基础上实现百分之百的负荷来作为决策的标准是毫无意义的。
与其他替代技术相比,使用独立控制的燃烧器以及改进加热炉的设计(较长的回热段以尽可 能的回收利用高温烟气和高负荷侧的燃烧器所携带的热量)将带来每年平均 5%左右燃料的节省。 如果当地的法规允许工厂中氮氧化物的排放标准降级,通过优化加热段的配置,上述技术还将带 来更低的能源消耗。同样,加热炉中更高的整体运行效率和热回收效率将使得国外炉子公司工业 能够设计更短的炉膛,随之带来了经济效益和空间效益。
•最小程度的干预燃料的变化,以免在加热炉的运行周期中产生新的燃料(如现场生成的新的气 体燃料); •得益于 Virtuo 的加热炉控制系统,使得加热炉能在“最小能源利用率”和“最少氮氧化物排放” 两种模式之间切换自如; • 复合型材的使用:测量产品的核心(锥形加热法)温度,其变化范围在正负五十摄氏度之间;
国外集团(Fives Group)的几项技术(如加热炉、退火炉、冷轧钢技术以及煤焦油蒸馏法) 是应对这项挑战的关键。出于这些原因,这些技术在一个企业设计其环境友好型项目的一部分。 生态化设计方案
国外集团(Fives Group)在众多能源密集型行业中都表现活跃,其在诸如钢铁行业、制铝行 业、水泥业以及玻璃行业致力于集中优化这些行业的环境性能。
在钢铁行业中,产生温室气体排放的主要原因是加热炉中化石燃料的燃烧以及轧钢厂的电力 消耗,而这些电力的消耗也来源于电弧炉(间接排放了二氧化碳)和加热炉中化石燃料燃烧带来 的二氧化碳的直接排放。加热炉燃烧也会带来其他方面的环境影响,诸如粉尘、多环芳烃类致癌 物(PAH)以及其他在焦炭和铁矿石制备过程中产生的废弃物,以及加热炉冶炼中产生的氮氧化 物(NOx)和颗粒物。钢铁行业在提高炼钢过程的可循环性和减少行业中的碳排放量方面取得了 及其重要的进展,通过使用炼制过程中产生的废气(焦炉煤气(COG)、加热炉煤气(BFG)) 取代原先所使用的天然气,并且像 ULCOS 项目这样在收集加热炉中排放的二氧化碳有突破性进 展的研究也正在进行。
得益于具备专利的爱华(Advantek)燃烧器和数字化控制技术,第二代国外炉子公司数字化 控制加热炉技术成为了一项杰出的设计。爱华燃烧器本身就被设计为具备超低氮氧化物排放的燃 烧器,它的性能始终处在百分之百的状态,即它的氮氧化物的排放始终处于最低状态。
国外炉子公司工业的这个第二代数字化控制加热炉是市场是唯一一个具备在任何生产条件和 运行条件下发挥燃烧器百分之百性能的技术。燃烧器的性能能够得到百分之百的发挥能够得到以 下最佳效果:火焰长度的控制,更高的效率,更低的燃料的消耗,更低的氮氧化物的排放。与市 场上可以选用的燃烧器相比,爱华燃烧器能够降低百分之十到二十的氮氧化物排放。
“Virtuo 是加热炉的二级控制系统,能够实时计算最佳的加热曲线以获得最佳的能源利用效率或 减少氮氧化物的排放”
通过独特的设计特点,诸如单体的和相互独立的燃烧器的控制(每个然使其都是一个独立的 区域),从而获得极高的通用型和灵活性;
国外炉子公司工业的第二代数字化控制加热炉同样也以持之以恒的保养为特点: •加热炉中只使用一种类型的燃烧器,访问这些燃烧器(侧边燃烧器)以及它的控制系统是相对 比较容易的,这极大的简化了维护的难度; •通过炉膛的设计和控制避免顶部燃烧器过热以及导致耐火材料的损坏,因而得到一盒更长的耐 火寿命(大于十年)
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