谈工业炉窑的热过程及节能措施

李军

摘 要：工业生产过程中，完成对燃料进行充分燃烧并为生产过程提供热量的主要设备就是工业炉窑。工业炉窑在使用时对能源的消耗量极大，传统的热源生产过程并不能实现燃料的充分燃烧，造成了能源的浪费，同时，生产中所排放的燃烧气体浓度高且数量多，带来了严重的环境污染问题。文章将对于燃料燃烧过程进行逐一解析，并总结出了炉窑生产中的节能减排措施，旨在有效解决炉窑生产所引发的环境问题。

关键词：燃烧技术；节能减排；燃烧过程

目前在炉窑加热过程中，主要使用煤炭，石油和燃气作为热量供给能源。其中煤炭能源使用较为安全，但是其能源消耗量较大且浪费严重，在燃烧后对空气的污染最为严重；油燃料和气体燃料较煤燃料而言，使用效能更高，产生的污染也相对较少，但在使用过程中存在潜在的安全隐患，并且开发和使用成本较高。为了提高传统燃料的燃烧效能，就要从其燃烧过程入手，找出各自的优缺点并加以系统分析，实现对炉窑燃烧过程的节能改造。

1 燃料的燃烧过程

1.1 煤的燃烧过程

在工业炉窑中，煤是作为主要的燃料。当燃料进入炉内后会受到炉内的高温烟气、炉墙、燃料层的辐射与对流换热而被加热升温，水分逐渐逸出直至完全烘干。需要在这一个阶段对氧气没有的需求却需要提供充足的热量。

燃料随着温度的升高而开始热分解析出挥发分。不同的燃料温度的析出挥发分也是不同的，褐煤到无烟煤，温度约为130～400℃。另外，加热速度还和挥发分的析出量是有关系的，当加热速度变慢的时候挥发分的生产量也就少，当达到一定的温度和浓度的时候，挥发分就会着火并进行燃烧，同时会释放出大量的热，并使焦炭也进行燃烧，挥发分的燃烧速度和与空气有关是扩散燃烧。

随着挥发分的进一步燃烧使得温度进一步的升高，慢慢的将会进入到焦炭的表面燃烧，焦炭的表面燃烧速度和燃料当中的可燃碳和氧气有关。当温度低于900～1000℃时，氧气的供给就会很充足，化学反应速率小于氧气向反应表面的扩散速率。若是温度高于900～1000℃时，化学反应速率将会随着温度的升高从而转变呈指数增加。最后当到达一定的温度后，就会超过氧气向表面的扩散速率，在这个时候，氧气的输送速率就代表着总的燃烧速率。

1.2 油的燃烧过程

油是液体燃料，与煤相比，油更易于着火和燃烧，油的沸点低于其着火温度，因此，燃烧在气态下进行。油受热后首先汽化成油蒸气，油蒸气与空气混合达到一定的温度时开始着火、燃烧。要强化油的燃烧，就要保证有良好的雾化和混合。当雾化不良时，油滴过大，燃烧时油滴破裂会产生大量的焦块。当混合不良，空气不足时，即使雾化效果好，也会发生热分解，产生炭黑。这些焦块和炭黑很难燃尽，造成机械不完全燃烧热损失。

1.3 气体燃料的燃烧过程

工业炉窑中使用的气体燃料主要是煤气、天然气和石油液化气。气体燃料含灰分极少，不存在燃尽问题，所以燃烧和着火是燃烧的过程，将燃气和空气是否进行预混合，当进入燃烧室的时候，分为三种燃烧的燃气，有扩散、无焰和大气燃烧这三类。扩散燃烧是将燃气和空气的扩散和混合程度决定的并不参与预混。与之相反的是无焰燃烧，无焰燃烧的速度快强度大并且能够在燃烧之前可以完全的混合。而大气燃烧正好处于两者的中间位置，既没有无焰的燃烧速度快和强度大的特点，也没有扩散燃烧的不混合。

2 如何有效提升炉窑燃烧效果，实现节能减排的目标

对于传统炉窑燃烧方法的节能改进机制主要是在保证炉窑供热稳定性和效能性的基础上，对燃烧的技术采取合理的方法进行改造，同时对炉窑设备本身进行节能化改造，以达到提高燃烧效率，节能减排的效果。

2.1 加工工艺的改进

对于不同的炉窑加工行业，采用的加工温度条件也是不尽相同。炉窑加热中将燃烧工艺的水准控制在一定范围内是保证加工质量的内在需要。首先，燃烧环节中要保持温度的可持续性，在操作过程中尽量避免能源供应的中断使燃烧环境出现较大的变化；其次，在炉窑的选用方面要注重于企业生产要求的结合，选用符合生产标注的炉窑设备。

2.2 开发新型燃烧技术

传统燃烧技术之所以能源消耗量大，燃烧效能低主要是由于炉窑内燃料燃烧不充分造成的，因此，在炉窑燃烧时，要根据不同燃烧需要和环境条件将燃烧温度控制在合理范围之内，还可以通过采用加大供氧量，提高氧气的纯度来创造稳定高温的燃烧环境。目前在炉窑燃烧中所使用的新型技术主要有富氧燃烧和新型燃烧控制技术。富氧燃烧技术的工作原理主要是通过增加炉窑内氧气的含量，提升燃烧的温度，从而将窑内温度保持在稳定状态，使持续并符合燃烧要求。新型燃烧控制技术主要是通过调整进料口和散热口的结构，使得炉窑内温度分布更加均匀，并能够对温度做出及时调整，加强热气气流的转换和流通，提高燃烧效率。另外，还可以通过更换炉窑制作材料，控制外界炉温，或者对燃料实行干燥作业等技术措施来尽可能使燃料的利用率有所提升，实现燃料的充分燃烧。

2.3 炉窑设备结构优化

2.3.1 定期进行热量标准检测，优化设备结构

炉窑设备的优化改造要以对其燃烧温度的检测作为标准，对于不符合节能标准的老旧设备要及时予以更换或淘汰，对于有改造价值的炉窑设备在通过定量分析后制定合理的结构改造计划，重点改进不符合节能环保标准的部分。

2.3.2 有针对性的进行设备改造

首先要注重炉窑保温效果的测定，力求保证炉窑燃烧设备内部温度的稳定性，同时要在炉窑改造中多使用新型改造工艺和技术，在节省生产成本的前提下最大程度地实现燃烧效能，使炉窑工业生产兼具经济型和环保性，实现工业生产和环境之间的协调发展。

参考文献

[1]崔民选.2006中国能源发展报告[M].北京：社会科学文献出版社，2006.

[2]张润霞，肖继昌.企业热平衡与节能技术[M].北京：石油工业出版社，1993.

[3]王忠金，周德成，戴万福.工业炉窑节能原理的数学表达及节能分析[J]工业炉，2004（5）.

[4]王璋保.改变能源结构，减轻环境污染[J].工业炉，1998（3）.endprint