1引言
随着国家环保政策的逐步落实,国内耐火材料行业原有烧煤窑炉即将结束它的历史使命,取而代之的将是以洁净的天然气、液化气、轻柴油、城市煤气、发生炉煤气等为主要能源的新型窑炉.然而,我国是产煤大国,耐火材料又是高耗能大户,一些中低档耐火材料的生产和产量较大的耐火材料企业还是以发生炉热煤气为燃料才能保证燃料的供应和生产成本的控制.由此,耐火材料行业又发展了热煤气隧道窑、热煤气间歇倒焰窑组、热煤气间歇梭式窑组等.
因窑体结构和热工工艺各异,间歇窑比连续生产的隧道窑产生的烟气离窑温度高出5倍之多.一般来说,燃气温度愈高,热损失的比例越大.如燃气温度为1093℃时,热损失达55%;当燃气温度为1427℃时,热损失竟达70%.对于烧制耐火材料的热煤气间歇倒焰窑来说,据相关实验资料表明:烟气离窑所带走的显热约占窑炉全部热量支出的35%~40%,在没有任何热量回收措施的情况下,热平衡计算结果,热效率仅在10%~15%.这是一项很大的热量损失.因此,烟气热量的利用是一项十分重要的能量回收工作.
2工艺简介
在烟道设置热交换器,是余热回收的重要手段.经过换热而获得的热风可以直接送至燃烧器做助燃空气,也可以将热风经稀释输送到制品胚体干燥窑做干燥介质或者它用,使窑的热效率达到30%或更高.
当烧成系统采用换热器预热空气,并用此热空气做燃烧的助燃风不仅可以提高窑的热效率、降低燃料消耗,达到节能效果.而且在组织高温燃烧时可提高火焰的温度,增加供热效率,缩短加热时间(烧成周期).而且因热风体积膨胀,致使燃烧器喷出口流速增大,加速了窑内气体循环,有助于窑内温度均匀.有关资料表明:当预热空气温度达到220~250℃时,可降低燃料消耗6%~8%.同时不同的助燃风温度,对火焰温度的影响非常大.即使在煤气不预热的情况下,煤气的燃烧温度随着助燃空气的预热温度升高而显著提高.这不仅可以解决烧成温度偏低的问题,还为企业节能降耗起着重要作用.
在间歇窑生产中,由于燃料是随加热阶段而改变的,燃料产生的烟气量也是变化的,在需要大火阶段,由于单位时间燃料量的增加,产生的烟气和温度也必然增加,采用预热空气助燃正好适应燃烧的要求.在生产中较为普遍采用的是金属管状换热器,由于高温氧化和机械性能的限制,最高使用温度一般限制在500℃以下,因其寿命低(0.5年左右).将金属管进行渗铝处理,其使用寿命也仅是一年左右.而用不锈耐热钢或者耐热铸铁,最高使用温度一般也限制在900℃以下.但因其价格昂贵,使用单位难以承受.由北京中伦基业科技发展有限公司开发设计的烟道卧式陶瓷换热器,因是黏土质,耐腐蚀性好,即使烟气温度高达1300℃也能安全可靠地工作,见图1.因燃料是发生炉煤气,烟道格子砖不会堵塞.使用寿命可在10年以上.设计上为确保换热效率,传热面积尽可能大一点(如一组4t200m3的方型倒焰窑换热面积230m2左右),体积虽然庞大,但现场条件允许,一次性投资省,烟道系统阻力一般在147~196Pa左右,可据此选择烟囱的高度(一般在50m左右).
热交换器使用温度是热能回收率很重要的因素.如当烟气温度为1315℃时,使用热效率为60%的陶瓷换热器大约可节省燃料48%,若使用热效率为60%的金属换热器,必须先掺冷风使烟气温度降至815℃以下,这样仅节省燃料24%.表1为掺入冷空气对燃料节约的影响.
为了发挥陶瓷和金属换热器的各自优点,将二者串联使用,称为混合式换热器.高温烟气首先进入陶瓷换热器,烟气温度下降至815℃以下后,再进入金属换热器.冷空气的流向是先进入金属换热器,经加热的空气再进入陶瓷换热器进一步加热,最终预热空气温度可达1093℃.
3结束语
在实际应用中,要注意到换热器应具有耐高温、寿命长、效率高、价格低、体积小、密封性好等特点.尤其是整体烧结,换热器本身不漏气,接口处采用特殊的密封结构,漏气量不超过3%,并消除热应力影响.对于不同结构的工业窑炉,有各种不同的余热收回措施.交换后的热空气使用方法及其窑炉相应部位的结构设计,其它新技术(如喷射器技术)的应用等,也不能忽视.余热回收利用技术在其他工业炉领域都有同样的积极意义.
