淺談我國工業(yè)爐節(jié)能減排措施

吳逸民

摘 要:工業(yè)爐是我國能源消耗和污染大戶,如何對其進(jìn)行節(jié)能減排是當(dāng)前我國工業(yè)所面臨的重要問題。本文針對國內(nèi)工業(yè)爐的運(yùn)行現(xiàn)狀和存在問題,提出了進(jìn)行燃料替代、燃燒系統(tǒng)改造和余熱余壓利用等多種節(jié)能減排措施,目的為提高工業(yè)爐的能效,取得節(jié)能減排的良好效果。

關(guān)鍵詞:工業(yè)爐節(jié)能減排

中圖分類號:TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0086-01

隨著能源形勢和環(huán)境污染狀況日趨嚴(yán)峻,節(jié)能減排越來越成為當(dāng)前我國工業(yè)所面臨的重要問題。目前,我國工業(yè)爐存在技術(shù)水平低、裝備落后、能耗高、污染嚴(yán)重等主要問題,本文就針對性地在替代燃料、燃燒系統(tǒng)改造和余熱余壓利用等方面提出一些節(jié)能減排的措施。

1替代燃料

中國工業(yè)爐一直以煤炭為主要能源,其污染環(huán)境嚴(yán)重,所以尋找理想替代燃料是我國工業(yè)爐節(jié)能環(huán)保發(fā)展的戰(zhàn)略性方向。利用柴油和天然氣替代煤,可以減少對環(huán)境的污染,但其經(jīng)濟(jì)成本較高,屬于不可再生能源,故沒有大規(guī)模利用。生物質(zhì)作為一種能同時(shí)提供固體、液體和氣體燃料的可再生新能源,能夠減緩溫室效應(yīng)的產(chǎn)生,環(huán)境友好,故利用生物質(zhì)代替煤是我國工業(yè)爐節(jié)能發(fā)展的理想途徑。

以生物質(zhì)為原料的工業(yè)替代燃料利用技術(shù)主要包括生物質(zhì)成型燃料技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)和生物質(zhì)裂解油技術(shù)。

生物質(zhì)成型燃料技術(shù)是指在一定溫度和壓力作用下,將各類分散的、沒有一定形狀的生物質(zhì)壓制成一定形狀的、密度較大的各種成型燃料的技術(shù)。生物質(zhì)成型燃料多用在一些中小型的工業(yè)蒸汽鍋爐、有機(jī)熱載體鍋爐和商業(yè)蒸汽鍋爐上。

生物質(zhì)氣化技術(shù)是指在高溫缺氧的條件下,生物質(zhì)原料經(jīng)過簡單的破碎處理后送入氣化爐中進(jìn)行裂解,得到可燃?xì)獾囊环N熱化學(xué)反應(yīng)技術(shù)。生物質(zhì)氣化得到的可燃?xì)饪梢灾苯油ㄟ^管道輸送應(yīng)用在軋鋼加熱爐、煉銅反射爐、坩鍋爐、工業(yè)鍋爐及水泥回轉(zhuǎn)爐和耐火材料隧道窯等燃料品質(zhì)要求較低的工業(yè)窯爐上,而經(jīng)過除塵除焦等凈化工序后,其應(yīng)用范圍可推廣到陶瓷窯爐、玻璃窯爐、熱風(fēng)爐和電廠等燃料品質(zhì)要求較高的工業(yè)窯爐上。

生物質(zhì)裂解油技術(shù)是指將秸稈、木屑、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)廢棄物通過高溫快速加熱分解為揮發(fā)性氣體,再經(jīng)冷卻后提煉出的一種液體。生物質(zhì)裂解油的熱值一般為16～18MJ/kg,產(chǎn)油率可達(dá)70%,它可直接用作鍋爐和窯爐的燃料,也可進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)換成化工產(chǎn)品。

2燃燒系統(tǒng)

在工業(yè)爐的系統(tǒng)里,燃燒是燃料的化學(xué)能釋放的過程,在這個(gè)過程里既要考慮降低氣體和固體的不完全燃燒損失,又要考慮過量空氣造成的排煙損失,還要兼顧降低二氧化硫和氮氧化物等污染物的濃度的問題,因此尋找一種合適的燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐節(jié)能減排的重要措施。現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的節(jié)能燃燒技術(shù)包括高溫空氣燃燒技術(shù)、脈沖燃燒技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)和分級燃燒技術(shù)。

高溫空氣燃燒技術(shù)也叫蓄熱式燃燒技術(shù),它不僅是一項(xiàng)高效的廢熱回收節(jié)能技術(shù),而且能提高產(chǎn)品的品質(zhì)。蓄熱燃燒技術(shù)是指交替切換空氣或氣體燃料與煙氣,使之流經(jīng)蓄熱體,能夠在最大程度上回收高溫?zé)煔獾娘@熱,排煙溫度可降到180℃以下,可將助燃介質(zhì)或氣體燃料預(yù)熱到1000℃以上,形成與傳統(tǒng)火焰不同的新型火焰類型,并換向燃燒使?fàn)t內(nèi)溫度分布更趨均勻。目前,我國已在軋鋼加熱爐、玻璃窯爐、熔鋁爐、鍛造爐和鋼包烘烤器等工業(yè)窯爐上成功應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)。

脈沖燃燒技術(shù)是一種間斷燃燒的方式,使用脈寬調(diào)制技術(shù),通過調(diào)節(jié)燃燒時(shí)間的通斷比實(shí)現(xiàn)窯爐的溫度控制[1]。這種技術(shù)對加熱爐的爐溫控制較為容易,所以爐內(nèi)的溫度場均勻且溫度波動(dòng)極小,而且還能節(jié)約燃料。近年來,該技術(shù)在冶金、陶瓷等工業(yè)窯爐燃燒系統(tǒng)控制方面得到逐步推廣應(yīng)用,效果良好。

富氧燃燒技術(shù)是以助燃空氣中氧含量超過常規(guī)值得一種高效強(qiáng)化燃燒技術(shù)。富氧燃燒技術(shù)能夠降低燃料的燃點(diǎn),加快燃燒反應(yīng)速度,促進(jìn)燃燒完全,降低過量空氣系數(shù),減少燃燒后的煙氣量,從而提高熱量的利用效率。富氧燃燒技術(shù)比較適合應(yīng)用在高溫工業(yè)爐,如金屬加熱爐和玻璃溶化爐等等,有資料表明鍛造加熱爐若采用23%～25%的富氧空氣助燃,可節(jié)省1/4的燃料。

分級燃燒技術(shù)是指通過改變送風(fēng)方式將不足量的空氣送入主燃燒區(qū),形成缺氧的燃料過剩燃燒,然后剩余的空氣在第二級燃燒區(qū)加入,形成燃料稀薄燃燒區(qū),完成整個(gè)燃燒過程。分級燃燒可減少氮氧化物的排放,據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)果表明,采用分級送風(fēng)燃燒技術(shù)后,尾氣中的氮氧化物排放量降低35%左右。

3余熱余壓利用

工業(yè)爐余熱主要是指排出的燃燒產(chǎn)物的顯熱與加熱制品帶走的顯熱。這些顯熱所帶走的熱量數(shù)量較大,如果能很好地加以利用,其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都是顯著的。目前我國工業(yè)爐的余熱資源回收率僅為34.9%,回收潛力巨大[2],下面就介紹幾種常用的余熱余壓利用技術(shù)。

中高溫?zé)煔庥酂嶂饕梅绞桨?利用余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽或者加熱導(dǎo)熱油直接利用,利用換熱器預(yù)熱助燃空氣,還有通過余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽并利用蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電。以軋鋼加熱爐為例,軋鋼加熱爐的出爐煙溫1000℃左右,在煙道內(nèi)設(shè)置高效空氣和煤氣預(yù)熱器對助燃空氣和煤氣進(jìn)行預(yù)熱,可將空氣預(yù)熱到600℃,煤氣預(yù)熱到300℃,噸鋼燃耗可降低0.3GJ。

低溫?zé)煔庥酂嵋话闶侵笢囟鹊陀?00℃的煙氣的余熱,這種余熱雖然品位低,但余熱數(shù)量很大,現(xiàn)在一般采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)來進(jìn)行節(jié)能降耗并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。例如,水泥廠將400℃以下低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換成電能并用于生產(chǎn),可使水泥熟料生產(chǎn)綜合電耗降低約60%或水泥生產(chǎn)綜合電耗降低約33%。

干熄焦技術(shù)是一項(xiàng)成熟而先進(jìn)的技術(shù),它利用冷的惰性氣體逆流冷卻熄滅紅焦,然后被加熱的氣體經(jīng)過除塵后進(jìn)入蒸汽鍋爐將能量回收利用或供熱發(fā)電,同時(shí)消除濕法熄焦的嚴(yán)重污染,以一臺140t/h的焦?fàn)t改造為例,其年產(chǎn)電量可達(dá)4000萬度。

余壓回收發(fā)電技術(shù)是指利用工業(yè)窯爐產(chǎn)生的廢氣余壓直接用來發(fā)電。例如,鋼鐵廠高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電裝置(TRT),是利用高爐爐頂煤氣具有的壓力能,經(jīng)透平膨脹做功,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝置。

4結(jié)語

當(dāng)前,應(yīng)對能源危機(jī)、氣候變化和資源環(huán)境約束已成為全球的共同行動(dòng),我國“十二五”節(jié)能規(guī)劃也提出要繼續(xù)貫徹實(shí)施20%左右的能源強(qiáng)度下降目標(biāo)和18%的碳強(qiáng)度下降的目標(biāo),加快節(jié)能減排技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用。由于我國工業(yè)爐類型繁多,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,因此我們在實(shí)際應(yīng)用中,要根據(jù)各種爐型的特點(diǎn)和具體工藝要求,采用合理的節(jié)能技術(shù)方案,才能取得良好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹衛(wèi)寧.脈沖燃燒技術(shù)在大方坯加熱爐上的應(yīng)用[J].工業(yè)爐,2009(1):27-28.

[2] 孟嘉.工業(yè)煙氣余熱回收利用方案優(yōu)化研究[D].武漢:華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院,2008.