炉窑设备节能潜力探究

摘 要：本文结合实际工况对影响炉窑设备能耗因素加以分析，从改进炉体结构、采用新型燃烧装置与燃烧技术、采用先进的自动控制技术、加强生产过程管理控制等方面分析节能措施，为机械行业炉窑设备的节能提供一定的参考。

关键词：炉窑设备；节能；装载量

全球气候变暖是世界各国共同面临的难题，也是急需解决的问题。温室气体的排放是导致气候变暖的直接原因，所以节能减排是控制气候变暖的主要途径。工业炉是工业生产中重要的加热设备，在我国经济发展中得到了广泛的应用，对于促进工业生产起到了重要的作用。在工业炉中燃料路占据一半以上的数量，燃料路的能耗几乎占据了整个工业炉的比例，在工业生产耗能中也占据一半以上的比例。燃料炉在生产运行的过程中，会产生大量的热量气体，对气候造成严重的影响。所以说为了解决气候变暖这一难题，对工业燃料炉进行节能技术改造势在必行，也是调节生态环境的重要举措。改革开放以来，我国工业炉技术有了长足的进步，在节能方面取得了很大成绩，但工业炉的能源利用率总体水平仍很低，而国际上工业炉的热效率平均为50%以上。仅相当于发达国家60～70年代水平[1]。

近年来。能源价格日益高涨。空气污染日渐严重，如何使炉窑设备在高效率的条件下运转，以降低能耗，减少污染物排放，已成为刻不容缓的重要议题。降低炉窑设备能耗，不但可以降低生产成本，也可以提高设备效率，延长设备使用寿命。本文主要阐述机械行业天然气炉窑设备的节能。根据炉窑设备在实际工况中的运行监测，查找影响炉窑设备能耗的主要因素，并对分析降低设备能耗的有效措施方法。

1 热处理燃料炉的节能控制

热处理燃料炉的节能控制涉及的问题很多，如空燃比、炉内压力、炉内温度、装炉量等对节能都有很大的影响。

1.1 空燃比的控制

燃料炉采用串级控制和双加插限幅式燃烧控制，实现低过剩空气量燃烧，改进燃烧器的燃烧方式和过程，可以节能20%～25%。如理想的空气比为1.01～1.03，实际生产中，一般都超出这个范围，废气带走了大量热量，使能量损耗增大。实现最优的空燃比，达到燃料燃烧的完全燃烧，能在提高热效率的同时，降低能耗[2]。

1.2 炉内压力控制

炉内正压力会造成溢气，负压时会吸人冷空气，造成能量损失。调节炉压保证炉膛压力处于微正压状态，防止炉膛吸入冷空气或向外喷火、溢气，保证燃烧稳定和炉内的温度稳定。

1.3 装炉量的控制

若要有效地使用燃料热处理炉，炉子的装载量必须饱满。工件正火与退火时需要高温保温，在高温保温期间，燃料消耗量同热处理炉内工件装载量无关。因此，增加炉床面积或炉内装载量，效率会提高。对于任何炉子都必须研究适当的装载量和装载方法。装载量多，将形状相同的工件集中起来处理，有利于节能。

2 如何降低炉窑设备能耗

2.1 设备本体改进

2.1.1 采用全纤维炉衬结构

采用硅酸铝耐火纤维代替耐火粘土砖的主要优点是：硅酸铝耐火纤维是一种轻质的耐火纤维材料，它具有导热系数小、容重轻、绝热性能好的特点，适用龄中低温工业炉用。全耐火纤维炉子比耐火粘土砖砌体的炉子综合节约17～20%，而使用寿命增加2～3倍。机械行业热处理大多为焊接退火，工艺温度在650°～850°，利用耐火纤维筑炉费用并不高，维修方便，节能效果显著，对改善工件质量，提高炉子生产率起到重要作用。热处理炉是机械行业重点耗能设备，同时也是生产所离不开的主要设备，其节能及延长使用寿命对企业降成本、增效益的实现起着十分关键的作用。可结合设备的大、中修之机进行改造，以利改善设备状况。

2.1.2 先进的燃烧系统

先进的控制系统可实现最优的空燃比燃烧，以我公司某台热处理炉为例，原炉采用GS-30高速调温烧嘴，烧嘴调节比大，气体出口速度可达120m/s，原设计燃料为煤气，经过天然气置换改造后，只对烧嘴内部结构进行了调整，可适应天然气燃料燃烧，原炉共设置28个烧嘴，由于无自动控制系统，空燃比全靠人工调节，时长导致空燃比配比不准确，燃料燃烧不充分；炉子空气预热器年久失修，已几乎没有预热效果，热空气温度低；炉子满负荷约为9000kw，炉子热效率低下，在能量审计测试中测得热效率为9%，生产能力受到极大影响。重建后全炉共设置20个烧嘴，采用高速低NOx燃气烧嘴，单台功率为400kw，全炉满负荷较原炉降低约12%，由于采用PLC集散式控制加欧陆表分区控制，燃烧系统空燃比配比准确稳定，燃料燃烧充分；炉子采用高效管式换热器，预热温度可达300°，热空气温度提高明显，热效率提20%以上，大量节约了燃气燃料，重建后炉子热效率可达到34%，较原炉有较大提升。

2.2 加强设备装载量的控制

装炉量是影响炉窑设备能耗的重要因素，炉窑设备额定载额在原设计时参数按最大产品进行设计，机械行业产品结构形式较多，大多设备要承担多种工件的生产任务，这样就会造成装炉量不足，甚至很小的状况，导致设备单耗的大大增加。以我公司某台设备为例，该炉在2013年的2月份，单炉次平均装载量达到187.3t，单耗为33m3/t，而在2012年的11月份，单炉次平均装载量只有89t，单耗为119m3/t，设备台车额定载荷为600t，单耗相差很大，大大增加设备了能耗。加强炉窑设备装载量的管理可大幅度降低设备能耗量。工艺方面：在编制热处理工艺时，考虑多品类产品的工艺可否采用同样的工艺温度，对生产部门给出合炉意见；针对炉窑设备本身选择合适的设备进行热处理，合理化工艺路线；生产方面：针对炉窑设备特殊性和产品品类，合理排产优化调度，充分发挥各部门设备作用，给分厂一定的排产意见，安排相关人员进行监督检查，增强节能意识。

2.3 生产过程优化控制

在实际生产过程中，设备运行、操作人员、工况等因素也对设备能耗有较大影响，炉窑设备在工件加热阶段为主要能耗阶段，对于周期工作热处理炉来说，空冷或炉冷至300°～400°即可结束热处理工序，此时马上进行下一炉热处理可提高热效率，炉膛内有部分预热，可缩短工件的加热时间；要加强操作人员的节能意识，通过培训等方式让操作人员掌握合理化的使用设备，加强日常操作检查，将设备燃气单耗指标与操作人员的收入挂钩考核，以督促操作人员自觉规范自己的操作行为，达到节能效果。

3 结束语

降低炉窑设备能耗是降低生产成本的有效途径，从节能技术改造加和强管理两方面共同着手，一方面。提高炉窑设备整体装备水平，提升设备能耗等级，让设备在高效率条件下运转；另一方面，在生产过程中不断寻找节能因素，降低燃气消耗，最终实现设备高效低耗的工作状态。

参考文献

[1]孙斌，陈振东.工业炉节能现状和发展趋势[J].能源与环境，2007，3（5）：30-31.

[2]马永杰.热处理燃料炉的节能分析.处理技术与装备，2009，30（5）.45-47.

[3]王海榜.关于工业炉节能问题的研究[J].科协论坛（下半月），2011.

作者简介：刘利超（1986-），男，助理工程师，哈尔滨锅炉厂有限责任公司，从事炉窑设备技术和管理工作。