工業(yè)爐能耗與熱效利用率的研究

工業(yè)爐能耗與熱效利用率的研究

在中國的制造行業(yè)中，工業(yè)機(jī)械發(fā)揮著非常重要的作用。但是,工業(yè)爐在我國的各行業(yè)中屬于耗能較高的行業(yè),在全國的總體能耗中工業(yè)爐耗能占到25%左右,其能耗的總量僅僅低于熱力發(fā)電的能耗,居于第二位。其中,在工業(yè)爐的總體能耗中,有90%是燃料爐的能耗,很顯然,我國的工業(yè)爐是高能耗、低能源利用率的,一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家如日本能源利用率在50%以上,而我國只有30%的能源利用率,因此分析我國的工業(yè)爐的能耗利用的現(xiàn)狀,提高燃料利用率具有極其重要的意義。1加熱爐的能耗與成本的關(guān)系總體而言,我國工業(yè)爐利用能源的效率較比較低,平均只有30%左右的熱效利用率,其中:鍛造加熱爐為10%-20%的熱效利用率,熱處理為6%-25%的熱效利用率,連續(xù)加熱爐為35%-40%的熱效利用率,相比之下,世界發(fā)達(dá)國家則具有50%左右的平均熱效利用率。從上述數(shù)據(jù)對比中可以看到,我國存在著比較嚴(yán)重的能源浪費問題。目前,對工業(yè)爐和加熱技術(shù)的評價,我國主要從工藝要求的滿足、質(zhì)量的提高和成本的降低等方面進(jìn)行。首先,工業(yè)爐要滿足工藝要求進(jìn)而使熱處理質(zhì)量得以提高。第二,工業(yè)爐要通過能源節(jié)約來降低能耗,從而實現(xiàn)產(chǎn)品成本降低的目標(biāo)。因為產(chǎn)品成本能夠反映出工業(yè)爐耗能的高低,而且產(chǎn)品的市場競爭力很大程度上也受其影響。第三要提高產(chǎn)品的自動化和機(jī)械化水平。2促進(jìn)工業(yè)設(shè)備的燃料利用率提高和改進(jìn)2.1在調(diào)溫?zé)龍A技術(shù)過程中,要根據(jù)工業(yè)爐的供熱能力的要求對缺陷物質(zhì)的穩(wěn)定作為能源,燃料具有很大的特殊性:一是資源的總量具有一定的限度,燃料的總量也是如此,總會有枯竭的一天。二是燃料不可重復(fù)性使用,使用燃料是單方向、不可逆的。三是能源的使用效率不高。在使用過程中,燃料常常會有一定的損失發(fā)生,而且不同的使用的方式和控制水平,導(dǎo)致形成不同的損失程度。四是在使用的過程中,燃料負(fù)面地影響周圍的環(huán)境,而且在使用時,燃料在燃燒后常常會產(chǎn)生廢棄物,不同程度地污染環(huán)境。在工業(yè)爐中,燃料通過燃燒器(安裝在工業(yè)爐上的)完成燃燒,所以工業(yè)爐燃料的消耗量直接受燃燒器的性能影響和制約。因此,應(yīng)該提高燃燒器的性能,因為燃燒器的性能只有滿足工業(yè)爐的供熱能力,使它的空氣過剩系數(shù)保持在穩(wěn)定的較低的狀態(tài),才能保證在使用的過程中,燃料的燃燒效率得到切實提高,使燃燒器可以與較高溫度的助燃空氣相適應(yīng)。在使用的過程中,要根據(jù)工業(yè)爐的需要調(diào)節(jié)火焰的形狀,在我國,老式燃燒器在使用時大約有5%左右的節(jié)能能力,而新型的燃燒器具有10%左右的節(jié)能能力。近年來,為了促進(jìn)能源利用效率的提高,我國逐步開展了優(yōu)質(zhì)燃燒裝置的研制工作,如研制了蓄熱式燒嘴、平焰燒嘴和高速調(diào)溫?zé)斓?。平焰燒嘴其火焰呈圓盤形,這種燒嘴使?fàn)t墻對工件的輻射傳熱作用得到了加強(qiáng),所以適合使用在高溫鍛造爐上,而且可以使冷爐原來的溫度提高40%,不僅金屬氧化脫碳燒損的浪費得以有效減少,而且實現(xiàn)了能源的節(jié)約;高速調(diào)溫?zé)炜梢愿咚俚貒姵龈邷厝紵a(chǎn)物,這樣能夠爐內(nèi)的氣體循環(huán)得到強(qiáng)化,使?fàn)t溫的均勻性得到改善,因此高速調(diào)溫?zé)煸诟鞣N低溫處理爐中比較適用。蓄熱式燃燒是最近發(fā)展起來的燃燒技術(shù),它是由冶金技術(shù)引入到機(jī)械行業(yè)的。燃燒器由燃燒噴槍(1個)、蓄熱室(2個)和四通換向閥(1個)組成,向爐膛內(nèi)供熱時,采用高溫低氧燃燒技術(shù)。蓄熱式燃燒器可以達(dá)到1000度左右的空氣預(yù)熱溫度,通過蓄熱室排出小于200度的煙氣,可以達(dá)到30%以上的爐內(nèi)效率。在使用的過程中,蓄熱式燃燒器內(nèi)有大量的空氣存在,但是在蓄熱室還是直接有一些煙氣被排放出來,因此能夠使燃料的利用率有效提高。2.2爐襯的節(jié)能技術(shù)工業(yè)爐的爐襯可以分為磚砌爐襯、燒注料爐襯和纖維爐襯。國內(nèi)當(dāng)前的加熱爐采用工業(yè)爐的爐襯大部分都是傳統(tǒng)的內(nèi)火磚砌形式,爐襯在總能耗中,其散熱和蓄熱可以占到30-40%。筑爐材料具有高溫、高強(qiáng)和輕質(zhì)的發(fā)展趨勢。對爐襯材料進(jìn)行合理選擇,對復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,就可以起到節(jié)能的良好效果,也就是說可以使?fàn)t體散熱、減少蓄熱損失減少,相比于磚體爐襯的導(dǎo)熱系數(shù),燒注料爐襯具有很小的導(dǎo)熱系數(shù),爐體具有較好的氣密性,因此可以使使用壽命延長,實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。近年來,在品種和質(zhì)量方面,澆注料都有很大的進(jìn)步,如此能夠使?fàn)t子內(nèi)高溫、耐急冷急熱的要求得到滿足,與磚砌爐相比,使用澆注爐襯可以節(jié)約能源3%左右。其次,內(nèi)火纖維作為一種內(nèi)火材料,它具有超輕質(zhì)密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小等基本性能,筑爐采用這種材料制作,不僅節(jié)約能源和材料,而且使?fàn)t子的生產(chǎn)能力得到提高。使用耐火纖維爐襯可以比磚砌爐子節(jié)約能源達(dá)7%。研制成功耐火纖維制品,在1200度的高溫中可以使用耐火纖維,因此耐火纖維的使用得到了促進(jìn)。耐火纖維的使用效果和壽命在很大程度上受施工方法的影響。在使用中,傳統(tǒng)的錨固方法經(jīng)常會有各種問題發(fā)生。而新的施工方法可以將纖維棉的高壓風(fēng)送出噴槍,外混使用結(jié)合劑與纖維棉使?fàn)t襯的接縫消除了,從而使其節(jié)能效果大大提高,可以有效延長爐子的使用壽命。紅外節(jié)能涂料也具有非常高的節(jié)能效果,在爐溫1800度的各種燃料爐上都可以使用這種涂料,如果在爐襯表面噴上這種涂料,可以形成0.5毫米的涂層,利用涂層的紅外輻射性可以使熱效大大增加,而能耗得以減少。2.3對燃料進(jìn)行配比優(yōu)化促進(jìn)控制水平提高的方法主要包括:一是對燃料燃燒進(jìn)行控制。通過計算機(jī)控制工業(yè)爐,要合理配比爐溫、供燃料量、燃料量與空氣量,從而實現(xiàn)合理地配比燃料。對配比進(jìn)行控制采用測量煙氣中含氧量的方法;二是對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化。要對數(shù)學(xué)模型予以合理優(yōu)化,以達(dá)到對爐內(nèi)的溫度進(jìn)行控制的目的,最好是利用數(shù)學(xué)模型把爐內(nèi)溫度控制為曲線,從而使燃料在爐內(nèi)的使