| 窯爐節(jié)能措施－熱風(fēng)助燃 |
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窯爐節(jié)能措施－熱風(fēng)助燃
摘要：隨著節(jié)能和環(huán)保的概念與意識越來越被人們重視，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源已經(jīng)稱謂企業(yè)減低生產(chǎn)成本增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力的最有效手段之一。各類爐窯設(shè)備作為耗能和排放“大戶”，其節(jié)能降排措施已被廣泛關(guān)注。此文簡單談?wù)劆t窯節(jié)能措施之一的熱風(fēng)助燃。
關(guān)鍵詞：熱風(fēng)助燃 換熱器 燃燒溫度 燃燒效率
一、前言
目前我國每年就陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中，煤炭的使用量已經(jīng)超過一千萬噸標(biāo)煤，如果其中80%的陶瓷窯爐能使用熱風(fēng)助燃技術(shù)進(jìn)行改造，達(dá)到平均節(jié)能5%的水平，可以節(jié)約50萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。若對其它燃燒效率更低的加熱爐等，使用熱風(fēng)助燃技術(shù)進(jìn)行改造，節(jié)能潛力更加可觀。
使用熱風(fēng)助燃燃燒技術(shù)除了經(jīng)濟(jì)效益非常明顯以外，環(huán)保效益更加顯著。由于提高熱效率，燃料減少5%，相應(yīng)的各種燃燒產(chǎn)物如CO2也減少5%。
此外，一些低熱值煤氣在常規(guī)條件下燃燒的燃燒溫度較低，達(dá)不到工藝燃燒要求，以前只能配高熱值煤氣使用，這樣工序繁瑣且增加了投資。若采用熱風(fēng)助燃燃燒技術(shù)，無需配高熱值煤氣亦可達(dá)到工藝燃燒溫度。
長時間來，我公司就致力于節(jié)能環(huán)保窯爐的研發(fā)和生產(chǎn)。在長期的熱工設(shè)計、窯爐施工、調(diào)試的過程中，注重實踐經(jīng)驗的總結(jié)，并結(jié)合理論，研發(fā)一套高效、安全的熱風(fēng)助燃技術(shù)。使得我公司建造的各類爐窯具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點。
一，熱風(fēng)助燃的機(jī)理
1，可提高燃燒溫度
燃燒溫度即燃料燃燒后燃燒產(chǎn)物所達(dá)到的溫度。在實際條件下，燃料燃燒的溫度與燃料的種類、燃燒條件、傳熱條件等各方面因素有關(guān)。歸納起來，燃燒溫度將決定于燃燒過程中熱量收入和熱量支出的平衡關(guān)系。所以從分析燃燒過程的熱量平衡，可以計算處燃燒溫度，找出提高燃燒溫度的方法及措施。
燃燒溫度計算公式：
其中：t產(chǎn)——燃燒溫度 QD——化學(xué)熱（即燃料的發(fā)熱只）
Q物——燃料和助燃空氣帶入的物理熱 Q不——不完全燃燒熱損失
Q傳——散熱損失 Q分——產(chǎn)物中熱分解消耗的熱量
Vn——燃燒產(chǎn)物的量 C產(chǎn)——燃燒產(chǎn)物的比熱容
根據(jù)燃燒溫度計算公式得知：在保持其他條件不變的情況下，提高助燃空氣或燃料的溫度，勢必增加助燃空氣或燃料帶入爐內(nèi)的物理熱，在整個平衡中，勢必提高燃燒溫度。分析得知：預(yù)熱助燃空氣和燃料，可以提高燃燒溫度，使得窯內(nèi)輻射傳熱強(qiáng)度增加。并且對低位熱值低的燃料的有著更廣泛的選擇。
2，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?br />
在靜止的可燃?xì)怏w與空氣的混合物中，當(dāng)某一局部地區(qū)著火燃燒，在燃燒處就形成了燃燒火焰面，由于燃燒產(chǎn)生大量的熱，使該處溫度提高，以熱傳導(dǎo)的方式傳給鄰近一層的氣體，使其達(dá)到著火溫度以上而燃燒，并形成新的燃燒火焰面，這種火焰面不斷向未燃?xì)怏w方向移動的現(xiàn)象叫火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象，這個傳播速度稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣取?br />
影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩赜校阂?、與燃料的種類有關(guān)，主要取決可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)速度，若可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)速度低，則火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)值就小。二、與氣體混合物的物理常數(shù)有關(guān)，火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c其平均導(dǎo)熱系數(shù)的平方根成正比例，與其定壓比熱Cp的平方根成反比。三、送入的燃料溫度和助燃空氣溫度有關(guān)，將燃料和助燃空氣預(yù)熱后再送入燃燒室，則火焰?zhèn)鞑ニ俣饶艿靡蕴岣?。四、與助燃空氣過剩系數(shù)有關(guān)，助燃空氣量不足（α＜1）或過多時（α＞1），都會使燃燒溫度降低，因而亦降低火焰?zhèn)鞑ニ俣取?br />
對于窯爐設(shè)備來講，燃料的種類既定，即燃料側(cè)成分很難改變，則影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩氐囊缓投椧嗍羌榷ǖ?。若要改變火焰?zhèn)鞑ニ俣刃鑿娜蛩捻梺砜紤]，第四項一般在燒嘴的設(shè)計和制造中考慮。第三項則操作性很大，一般來講，預(yù)熱發(fā)燃料在實際操作中相對困難些，且不安全。因此，欲提火焰?zhèn)鞑ニ俣龋A(yù)熱助燃空氣是較為方便且安全的方法。
3，提高燃燒效率
所謂的提高燃燒效率，就是讓適量的燃料和適量的空氣組成最佳比例進(jìn)行燃燒?？諝庵杏?9%的氮?dú)猓@些氮?dú)獠粎⒓尤紵?，但在燃燒過程中一樣被加熱，吸取了能量從煙道中被排到大氣中。為了使空氣中20.9%的氧氣參與燃燒，必須要加熱近4倍的氮?dú)猓缓髮⑵浞诺?。這些能量的損耗是不可避免的，但可以設(shè)法減到最低程度。如果能在保證燃料充分燃耗的前提下最大程度地減少空氣的輸入量，則這種形式的損耗將減至最低。但是空氣的減少必須在保證燃料充分燃燒的前提下進(jìn)行，否則由于燃料燃燒的未充分燃燒的能量損失也是非?？捎^的，同時也會對大氣造成污染。這就要求控制好助燃空氣過剩系數(shù)，一般情況助燃空氣過剩系數(shù)控制在1.05至1.15（依據(jù)燃料種類不同而不同）。 雖然燃燒效率主要取決于燃燒裝置，但預(yù)熱助燃空氣是有利控制助燃空氣過剩系數(shù)的。因助燃空氣預(yù)熱后，其體積膨脹，則調(diào)節(jié)助燃空氣給入量時，相對與冷空氣其調(diào)節(jié)精度會更高些，即有利于提高燃燒效率。
另外，使用熱風(fēng)助燃，提高了燃燒溫度，也有利于燃料的充分燃耗，自然提高燃燒效率?？傊?，減少煙氣的生成量，減少熱損失。
4，提高窯爐內(nèi)溫度場的均勻性和穩(wěn)定性
一般窯爐多采用中速噴射燒嘴，在使用的過程氣體噴射速度有限，使得在窯內(nèi)氣體擾動有限。特別對于寬斷面的窯爐，預(yù)熱助燃空氣對改善窯爐內(nèi)溫度場的均勻性和穩(wěn)定性是十分有益的。
使用熱風(fēng)助燃與傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)相比，在熱力學(xué)、動力學(xué)方面或燃燒室溫度場的分布、傳熱情況方面都有著顯著的不同。熱風(fēng)助燃火焰前鋒面相對比較寬，比較大，火焰的自身熱擾動較大，有利于提高窯爐內(nèi)溫度場的均勻性，保證溫度的穩(wěn)定。因此，熱風(fēng)助燃特別有利于高溫段的溫度準(zhǔn)確控制，對燒成成品率的提高給予最大的保證。
此外，由于增加助燃空氣溫度，增加助燃空氣帶入熱含量，這樣有利于抵制低熱值燃料（如發(fā)生爐煤氣）低位熱值的波動造成對爐內(nèi)燃燒溫度的影響。
5，方便余熱利用
熱風(fēng)助燃的熱源，一般采用產(chǎn)品冷卻余熱或高溫?zé)煔庥啵辉黾尤剂系氖褂昧?，而是增加熱量回收，從而提高熱能的使用率。我公司采用的自主研發(fā)的熱風(fēng)助燃技術(shù)可使助燃空氣高達(dá)200℃，使得余熱回收率到達(dá)30%以上。經(jīng)過實踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計知，可以節(jié)約燃料5%-10%左右。
三，熱風(fēng)助燃的缺點及克服措施
1，增加阻力，增加動力損失
提高助燃空氣溫度的同時，使得整個助燃空氣體積急劇增加，同時增加助燃?xì)饬髡扯龋瑥亩黾幼枇?，增加動力損失。
我公司采用高壓風(fēng)機(jī)，克服助燃空氣溫度增加帶來的流動阻力的影響，同時精確計算合理增大助燃風(fēng)管道，使得整個熱風(fēng)助燃效果達(dá)到最佳。
此外，合理選材，保證助燃風(fēng)管道在長期高溫情況下，長久耐用。
2，減少氧份的空間溶度，對氧化不利
產(chǎn)品的燒制工藝各有不同，對氣氛的要求也不同。例如在陶瓷燒成的整個過程包括：預(yù)熱排水、化學(xué)氧化、高溫釉封、燒結(jié)成瓷等過程，熱風(fēng)助燃并不是對每個過程都是有利的。
增加熱風(fēng)助燃溫度的同時，體積急劇增加，使得相對空間的氧氣溶度降低。這對陶瓷燒成中的化學(xué)氧化階段是不利的。因此陶瓷燒成窯爐設(shè)計時，我公司采用前端常溫空氣助燃與后端熱風(fēng)助燃有機(jī)相結(jié)合，避免氧化段的氧化的不良現(xiàn)象發(fā)生。窯前段燃料使用量相對較低，使用熱風(fēng)助燃經(jīng)濟(jì)效益不大，從而可減少設(shè)備和管道材料的投入，減少窯爐的制造成本，保證初投資資金的使用效率，使資金用在刀刃上。
四，我公司熱風(fēng)助燃技術(shù)簡介
使用熱風(fēng)助燃有其優(yōu)點也有其困難之處。因此在熱工窯爐設(shè)計過程中充分利用其優(yōu)點，克服困難。
我公司的熱風(fēng)助燃技術(shù)視窯爐的不同，燒制產(chǎn)品的不同可分為三類。
一、連續(xù)式窯爐，燒制產(chǎn)品較為干凈。要求窯爐是連續(xù)作業(yè)的，如輥道窯、隧道窯等，燒制的產(chǎn)品較為干凈是要求其冷卻后的熱風(fēng)可直接利用，而不污染產(chǎn)品。此類窯爐的熱風(fēng)助燃，一般采用其冷卻段冷卻置換出的熱風(fēng)來做助燃風(fēng)。應(yīng)注意冷卻段熱風(fēng)的選擇，和風(fēng)機(jī)的選型。
二、連續(xù)式窯爐，燒制的產(chǎn)品不潔凈。也就是說產(chǎn)品冷卻置換的熱風(fēng)不可以直接利用。此類窯爐的熱風(fēng)助燃則通過在冷卻段設(shè)置換熱器，通過間接冷卻，預(yù)熱助燃空氣。這樣其制造成本有所增加。
三、間歇式窯爐。此類窯爐一般在其排煙道內(nèi)設(shè)置換熱器，將高溫?zé)煔獾挠酂嶂脫Q給助燃空氣。
在節(jié)能環(huán)保方面走在了同行業(yè)的前列，做到資源浪費(fèi)最小化、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益最大化。熱風(fēng)助燃是一項可選的不錯措施。
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