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工业井式炉炉型结构、筑炉材料、燃烧技术

在设计炉窑时,首先应尽量采用符合生产工艺要求的新型节能炉窑。在实践中通常考虑的通常有炉型、材料、密封、热传递(燃烧)过程、温度分布等。根据相关资料,主要有以下几种节能措施:

(1)采用圆形炉膛替代箱形炉膛,可强化炉膛对工件均匀传热的效果,减少炉壁散热量,使炉膛形成一个热交换系统,在加热元件,炉衬和工件3者之间进行热交换。通过采用合理的炉膛空间和在不增大炉膛空间容积的前提下,加大炉内壁面积,以增大热交换面积的方式提高炉膛热交换从而提高热效率。

(2)在炉膛内安设风扇,加强炉内对流传热。特别是小型加热炉,高速气流可破坏停滞在工件表面阻碍传热和界面反应炉气边界底层,起到缩短加热时间和加快提高工件温度的作用。

(3)井式炉炉体密封,包括炉膛内各引出构件,炉壳,炉门等处的密封。炉体密封不严,将会造成到处跑火、漏火,造成能源大量浪费、设备烧坏、环境恶劣等状况,因此炉体密封直接影响工件品质和能耗,同时密封也是炉内气氛控制的关键。而耐火纤维制品的出现,为解决炉体密封创造了条件,实现了软密封。

(4)采用耐火浇注料整体浇注的加热炉具有强度高、整体性、气密性好、寿命长等优点。

(5)采用新型炉用材料,优化炉衬结构。炉衬在保证炉子的结构强度和耐热度的前提下,应尽量提高保温能力和减少储蓄热。单纯依靠增加炉衬厚度来降低炉外壁温度不仅会增加炉衬储蓄热和成本,而且相应地减少了炉底面积的有效利用率。选用耐火纤维、岩棉等作为保温层,用轻质砖作为炉体的内衬,减少炉体的蓄热损失,增强炉子的隔热保温,减少炉墙的散热损失。

(6)在炉围内壁涂高温高辐射涂料,强化炉内的辐射传热,有助于热能的充分利用,其节能效果为3%~5%,是近期较先进的节能方法。

(7)根据不同工况,采用不同烧嘴。例如,调焰烧嘴、平焰烧嘴、高速喷嘴、自身预热烧嘴、低氧化氮烧嘴以及近来研制成的蓄热式烧嘴,为适应煤气和柴油的使用提供了多种先进的燃烧器。正确地使用高效先进燃烧器一般可以节能5%以上。平焰烧嘴更适合在加热炉上使用,高速烧嘴适用于各类热处理炉和加热炉,自身预热烧嘴是一种把燃烧器、换热器、排烟装置组合为一体的燃烧装置,适用于加热熔化、热处理等各类工业炉。

(8)根据燃料种类,选择性能良好的节能型燃烧装置和与之相配套的风机、油泵、阀件以及热工检测与自动控制系统,保证良好的燃烧条件和控制调节功能也是行之有效的节能措施。

在燃烧技术方面,常规的节能燃烧技术有:高温空气燃烧技术,富氧燃烧技术,重油掺水乳化技术、高炉富氧喷粉煤技术、普通炉窑燃料入炉前的磁化处理技术等。其中应用广泛的有:高温空气燃烧技术和富氧燃烧技术。

高温空气燃烧技术是90年代发展起来的一项燃烧技术。高温空气燃烧技术通过蓄热式烟气回收,可使空气预热温度达烟气温度的95%,炉温均匀性≤±5℃,其燃烧热效率可高达80%。该技术具有高效节能、环保、低污染、燃烧稳定性好、燃烧区域大、燃料适应性广、便于燃烧控制、设备投资降低、炉子寿命延长、操作方便等诸多优点。但高温空气燃烧还存在诸如各热工参数间和设计结构间的定量关系,控制系统和调节系统的更优化,燃气质量和蓄热体之间的关系,蓄热体的寿命和蓄热式加热炉的寿命的提高等一些问题,有待进一步去探索。

采用氧气浓度高于21%的气体参与燃烧的技术,叫富氧燃烧技术。富氧燃烧的技术主要是研制适合工业炉窑实用的燃烧器。富氧助燃技术具有减少井式炉排烟的热损失、提高火焰温度、延长炉窑寿命、提高炉子产量、缩小设备尺寸、清清生产、利于CO2和SO2的回收综合利用和封存等优点。但富氧燃烧含氧量的增加导致温度的急剧升高,使NOx增加,这是严重制约富氧燃烧技术进入更多领域的因素之一。另外在工业炉窑上设计采用富氧空气助燃时,应该避免炉内温度场不均匀。

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