淺談無(wú)氧化爐能源節(jié)能方案

尹春子

摘要：本文通過(guò)對(duì)熱鍍鋅連續(xù)退火工藝無(wú)氧化爐的研究和分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出了連續(xù)退火爐的無(wú)氧化爐段排放煙氣余熱回收改造方案，在充分利用原有設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)氧化爐段助燃空氣和排放煙氣流程進(jìn)行改造，并對(duì)改造后的效果進(jìn)行了分析，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：無(wú)氧化爐；工藝分析；節(jié)能改造

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，能源供應(yīng)日趨緊張，連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線的退火爐是重要耗能設(shè)備，其能耗占整條生產(chǎn)線的70%～80%左右，因此，退火爐的節(jié)能顯得非常重要，是企業(yè)降低成本、節(jié)約能源、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。廣東順德浦項(xiàng)鋼板有限公司鍍鋅鋼板生產(chǎn)線的連續(xù)退火爐是由日本黑崎工業(yè)爐株式會(huì)社制造，它采用的是改良森吉米爾法，火爐入口段設(shè)立無(wú)氧化爐區(qū)域，直接利用氣體燃燒預(yù)熱鋼板工藝，其控制手段先進(jìn)，爐溫、帶溫控制精準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但無(wú)氧化爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯优欧诺绞彝?，余熱沒(méi)有回收利用，并且還要消耗大量動(dòng)力對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，增加了溫室氣體排放，造成能源很大的浪費(fèi)和影響環(huán)境。

2無(wú)氧化爐工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無(wú)氧化爐的主要作用是為使帶鋼達(dá)到再結(jié)晶溫度，對(duì)帶鋼進(jìn)行預(yù)加熱，同時(shí)，把帶鋼表面殘余的油脂燃燒或蒸發(fā)清除掉，獲得無(wú)氧化的潔凈帶鋼。無(wú)氧化爐由無(wú)燒嘴廢氣預(yù)加熱段和燒嘴直接加熱段兩部分組成，全長(zhǎng)16400MM，燒嘴加熱段分成AB區(qū)、1區(qū)和2區(qū)三個(gè)區(qū)域，AB區(qū)有兩個(gè)200000kcal/h的后燃燒燒嘴，1區(qū)有六個(gè)590000kcal/h的主燃燒燒嘴，2區(qū)有四個(gè)590000kcal/h的主燃燒燒嘴。燒嘴燃燒所需要的助燃空氣由一臺(tái)風(fēng)量7200 NM3/H風(fēng)機(jī)提供，廢氣排放口設(shè)置預(yù)加熱段頂部，在廢氣排放口設(shè)置了一套自動(dòng)控制的滑板式風(fēng)門用于控制爐內(nèi)壓力，廢氣在風(fēng)門的控制下由一臺(tái)風(fēng)量750 NM3/Min廢氣排放風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)管排出室外。無(wú)氧化爐相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如下：

LPG消耗量為：200NM3/H

助燃空氣消耗量約：4000 NM3/H

廢氣排放溫度約：550℃

廢氣流量為：4000NM3/Hr

廢氣排放風(fēng)機(jī)參數(shù)：全壓150mmH2O，風(fēng)量750NM3/Min。

助燃風(fēng)機(jī)參數(shù)：全壓1150mmH2O，風(fēng)量120NM3/Min。

助燃風(fēng)機(jī)把室內(nèi)空氣通過(guò)三組管道送到各區(qū)的燒嘴參與燃燒，各區(qū)助燃空氣的流量通過(guò)流量控制閥獨(dú)立控制，可以有效控制空燃比。無(wú)燒嘴廢氣預(yù)加熱段頂部的廢氣排放口設(shè)置一個(gè)自動(dòng)控制的滑板式風(fēng)門，風(fēng)門上部是廢氣收集裝置，風(fēng)門與廢氣收集裝置之間設(shè)計(jì)有150MM的間距，燃燒后的廢氣在滑板式的風(fēng)門控制下，與新鮮室內(nèi)空氣一起從廢氣收集裝置通過(guò)廢氣管道，在廢氣排放風(fēng)機(jī)的作用下直接從煙囪排出室外。

3節(jié)能分析

從無(wú)氧化爐工藝流程分析中可以知道，盡管設(shè)計(jì)了無(wú)燒嘴預(yù)熱段，可以降低了燃料的消耗，但是尾氣溫度還是很高（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定廢氣平均溫度達(dá)550℃），直接排放到室外造成能量大量浪費(fèi)。同時(shí)，為降低排氣溫度，需要補(bǔ)充新鮮空氣，增加煙氣排放風(fēng)機(jī)的功率，造成電力損耗；而參與燃燒的助燃空氣是從室內(nèi)送到燒嘴，通常溫度在20℃～30℃之間，如果可以利用排放的高溫尾氣加熱參與燃燒的助燃空氣，充分利用高溫?zé)煔庥酂?，就可以進(jìn)一步提高燃燒效率，實(shí)現(xiàn)降耗節(jié)能的目的，同時(shí)減少煙氣中的RO2和CO的排放，減少環(huán)境污染。

4 節(jié)能改造方案

4.1 無(wú)氧化爐段燃燒工藝PID改造

通過(guò)對(duì)熱鍍鋅連續(xù)退火爐無(wú)氧化爐段燃燒工藝的研究和分析，對(duì)無(wú)氧化爐段助燃空氣和排放煙氣流程進(jìn)行改造。在排氣風(fēng)機(jī)前的煙道上安裝一個(gè)空氣和煙氣的熱交換器，把助燃空氣管道引入熱交換器，利用煙氣余熱加熱助燃空氣，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)減少溫室氣體的排放。

4.2 改造方案

首先，增加熱交換器后，會(huì)增加煙氣和助燃空氣的阻力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選用煙氣阻力小的管式熱交換器，在不改變排氣風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)的前提下，能滿足改造后系統(tǒng)運(yùn)行的要求，改造后，預(yù)計(jì)每年可為公司節(jié)約250噸的LPG，節(jié)約費(fèi)用近125萬(wàn)元。

設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下：

助燃空氣溫升：280℃

換熱器換熱面積：85M3

空氣側(cè)阻力：小于1500Pa

煙氣側(cè)的阻力：小于150Pa

其次，封堵無(wú)氧化爐廢氣排放口和廢氣收集裝置間的縫隙，以便減少冷風(fēng)吸入，提高煙氣溫度，在封堵板上，設(shè)計(jì)有一個(gè)可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)大小進(jìn)風(fēng)口，可手動(dòng)將插板調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，以增加燃燒煙氣中一氧化碳所需的空氣量。

第三，對(duì)原助燃風(fēng)機(jī)主管道進(jìn)行改造，以適應(yīng)新系統(tǒng)要求；同時(shí)在熱交換器進(jìn)風(fēng)口增加冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)管道和自動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，當(dāng)進(jìn)入熱交換器的煙氣溫度大于500℃時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟調(diào)節(jié)蝶閥，從環(huán)境中吸入適量的冷風(fēng)，使煙氣溫度不高500℃，以保證熱交換器的安全，延長(zhǎng)其使用壽命；在熱交換器熱風(fēng)總管上安裝一段可將熱風(fēng)排放到室外的排放管和蝶閥，正常工作時(shí)應(yīng)先關(guān)閉此閥，在停窯后窯內(nèi)不需要讓空氣時(shí)開(kāi)啟此閥，可避免熱交換器內(nèi)溫度過(guò)高；

第四，將燒嘴前的空氣調(diào)節(jié)閥改為高溫調(diào)節(jié)閥，以確保助燃空氣在400℃以下能使用閥門進(jìn)行調(diào)整，有效控制空氣流量；更換進(jìn)入各區(qū)助燃空氣主管路的三個(gè)孔板，把FCV流量控制閥更換為控制方式完成相同的高溫閥，以滿足熱空氣調(diào)節(jié)要求；同時(shí)，所有熱風(fēng)管道進(jìn)行保溫，減少熱空氣的熱損失。

第五，設(shè)置熱交換系統(tǒng)獨(dú)立的控制裝置，對(duì)熱交換系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)控，避免對(duì)原系統(tǒng)造成影響；由于燃燒空氣溫度的變化，物理特性也發(fā)生改變，需要對(duì)孔板計(jì)算過(guò)來(lái)流量進(jìn)行系數(shù)補(bǔ)償，新系統(tǒng)把PLC補(bǔ)償后的值輸出至原系統(tǒng)，完成了對(duì)流量的補(bǔ)償過(guò)程。

5我國(guó)能源現(xiàn)狀和節(jié)約能源的意義

從能源轉(zhuǎn)換的本質(zhì)上說(shuō)，能源的消耗就等于CO2排放，所以節(jié)約能源可以直接減輕溫室氣體減排壓力，是全球可持續(xù)發(fā)展的需要，也是改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的根本途徑。但最重要的是提高競(jìng)爭(zhēng)力，建成富強(qiáng)、文明、和諧小康社會(huì)必由之路。到2010年，我國(guó)已成為全球第一大能源生產(chǎn)國(guó)，到2011年，中國(guó)已成為世界第一大能源消費(fèi)國(guó)。一次能源產(chǎn)量為26億噸標(biāo)煤；消耗28.5億噸標(biāo)煤；我國(guó)能源效率很低，一噸標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)的GDP只有美國(guó)的28.6%，歐盟的16.8%，日本的10.3%；

我國(guó)能源種類；煤炭：70.2%；原油：18.4%；水力：6.6%；天然氣 3%；其他：1.8%；可再生能源2010年為10%，2015年目標(biāo)為15%。按照《中國(guó)能源報(bào)告2008碳排放研究》中提出的數(shù)據(jù)，中國(guó)目前人均二氧化碳排放量約為1.331IE，全國(guó)二氧化碳排放總量超過(guò)17億噸；按照世界銀行的統(tǒng)計(jì)資料，中國(guó)目前人均二氧化碳排放量約為4lIE，這樣，全國(guó)13億人口的二氧化碳排放總量超過(guò)52億噸；中國(guó)已成為全球第二大溫室氣體排放國(guó)。

哥本哈根會(huì)議各國(guó)態(tài)度：中國(guó)承諾到2020年單位GDP的溫室氣體排放比2005年降低40%～45%；美國(guó)2020年溫室氣體比2005年減少17%；日本2020年問(wèn)世氣體排放量減少25%；印度2020年溫室氣體排放比2005年減少24%；德國(guó)2020年溫室氣體排放量比1990年減少40%；俄羅斯完全有實(shí)力大減排40%的目標(biāo)；澳大利亞2020年溫室氣體排放消減25%；巴西排放量在預(yù)期的基礎(chǔ)上減少36.1%～38.9%；非洲尋求650億美元的環(huán)境賠償；島國(guó)聯(lián)盟呼吁發(fā)達(dá)國(guó)家提高減排至45%。近幾年的經(jīng)濟(jì)又表現(xiàn)出以高能耗來(lái)支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的不良態(tài)勢(shì)。國(guó)家“十二五”計(jì)劃能源單位GDP能耗下降25%的指標(biāo)，“十一五”計(jì)劃已實(shí)現(xiàn)20%的目標(biāo)。

結(jié)束語(yǔ)

公司依據(jù)上述方案對(duì)退火爐排放的尾氣進(jìn)行余熱利用改造，熱交換系統(tǒng)安裝調(diào)試后，運(yùn)行良好。經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的助燃空氣溫度最低為220℃，最高為360℃度，平均溫度為290℃，排向大氣的尾氣溫度低于200℃，換熱效果理想。

實(shí)踐證明，通過(guò)對(duì)退火爐產(chǎn)生煙氣的余熱進(jìn)行回收，把助燃空氣通過(guò)熱交換器預(yù)熱后再引入火爐，提升了助燃空氣的溫度，既達(dá)到了節(jié)能的目的，同時(shí)又減少了溫室氣體的對(duì)外排放。根據(jù)我們公司設(shè)備改造的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備投資可以在1年的生產(chǎn)中全部收回，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

參考文獻(xiàn)：

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