工业炉节能现状和发展趋势
孙 斌 陈振东
（湖南株冶火炬金属股份有限公司 湖南株洲 412004）
摘要 介绍目前工业炉常用的几种节能降耗措施，并探讨工业炉节能的发展趋势。
关键词 节能 工业炉 措施
中图分类号：TKl75 文献标识码：A 文章编号：1672-9064（2007）03-0030-02
作者简介：孙斌（1967～），本科学历，从事热能与动力工程方面的工作
工业炉是工业加热的关键设备，广泛应用于国民经济的各行各业，量大面广，品种多，同时工业炉又是高能耗装备。目前，我国共有各类工业炉约12万台，年总耗能达2.5亿tce，约占全国总能耗的1／4，占工业总能耗的60％。虽然我国工业炉技术自改革开放以来有了长足的进步，但工业炉的能源利用总体水平不高，仅相当于发达国家50～60年代的水平，工业炉的热效率平均不到30％，而国际上工业炉的热效率平均为50％以上[2]。我国在工业炉节能方面，具有相当大的潜力，如何节约能源提高能源利用水平，仍是当务之急。
1 目前工业炉节能的一般措施
工业炉的能耗受许多方面因素的影响，但是节能的主要措施一般都离不开优化设计、改进设备、回收余热利用、加强检测控制和生产管理等几方面[1]。
1.1 热工测试
节能必须有科学的计量与对比测试方法。目前公认的测试方法是热平衡测试。通过对工业炉的热工测定，全面地了解工业炉的热工过程，分析、诊断加热炉的“病情”，找出其“病因”，进行节能技术改造，使加热炉的热效率进一步提高，单耗下降，并获得加热炉运行经济技术性能指标的各项参数，分析加热炉运行情况，及时调整加热炉工况，使其达到运行的最佳状态，从而找出节约能源的有效途径和方向。
但也有人认为热平衡测试十分繁杂，还要模拟生产稳定工况，然而，生产工况实际是不稳定的，模拟生产稳定工况易失实，热平衡只是评价能炉等级的人为手段，与实际相差很远，甚至虚假，因此提出用空炉升温保温的时间、能耗作为节能对比[3]。
1.2 炉型结构与筑炉材料
对炉子进行设计或改进时，应根据生产工艺要求，尽量选用新型节能炉子。选择合适的炉型结构，提高机械化程度和能源利用率。目前通常采用的节能措施有：
（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）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[4]。
1.3 燃烧装置与燃烧技术
燃烧装置是炉子的心脏部分，它工作的好坏直接影响到能源消耗量的多少。目前，国内成功地应用在工业炉的燃烧器有：调焰烧嘴、平焰烧嘴、高速喷嘴、自身预热烧嘴、低氧化氮烧嘴等，近来又研制成蓄热式烧嘴，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[5]。其中应用较广的有：平焰烧嘴、高速烧嘴和自身预热烧嘴。平焰烧嘴最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。
另外根据燃料种类，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。
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。这些技术在工业炉上的应用，已取得一定的节能效果。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[6,7]。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最优化，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炉子排烟的热损失、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。
1.4 余热回收与利用
烟气带走的热量占燃料炉总供热量的30％～70％，充分回收烟气余热是节约能源的主要途径[8]。通常烟气余热利用途径有：
（1）装设预热器，利用烟气预热助燃空气和燃料。
（2）装设余热锅炉，产生热水或蒸汽，以供生产或生活用。
（3）利用烟气作为低温炉的热源或用来预热冷的工件或炉料。
回收烟气余热的最有效和应用最广的是换热器。我国近年来开发和推广应用的高效换热器有片状换热器，各种喷流换热器，各种插入件管式换热器，旋流管式换热器，麻花管式换热器，各种组合式换热器，煤气管状换热器和蓄热式换热器等。蓄热式换热器是今后技术发展趋势，其余热利用后的废气排放温度在200℃以下，节能效益可达30％以上。
1.5 热工检测与控制
目前我国工业炉的能源消耗大，浪费严重，普遍存在空气过剩系数过大的问题，这主要是由于调节手段的落后，工人的劳动强度较大，难以保证理想的燃烧工况。因此提高热工检测与控制水平，具有很大的节能潜力。
采用先进的自动控制技术，特别是采用微机控制系统，已经成为工业炉自动控制的发展方向。通过设置自动控制系统，以各相关系统的及时精确配合和控制来实现节能。诸如加热炉各主要过程变量的定量控制，炉温与燃料流量的串级控制，燃料与助燃空气的比值控制以及烟道废气的含氧量控制等。
1.6 能源管理
工业炉节能除了从设备和技术方面挖掘潜力外，还应从能源管理方面人手。从组织、生产、操作3方面着手，加强能源管理工作。高效组织生产，加强设备维护，发挥设备的能力，使炉子高效运行。提高操作水平，加强计划调度，并对能源使用过程中造成的跑、冒、滴、漏等能源浪费现象进行检查和处理，有效杜绝各种有形损失。
2 工业炉节能的发展趋势
（1）调整燃料结构。尽管煤炭在相当阶段内仍是我国的主力能源，但其既污染严重，又不利实施高温空气燃烧技术。所以用油、气取代煤等固体燃料，是我国工业炉节能发展的战略性方向。
（2）进一步开发、完善先进的燃烧技术。大力完善和推广高温空气燃烧技术仍是今后工业炉节能发展的方向。在保证高温、高效火焰的基础上提高炉膛温度的技术，使炉膛温度均匀分布的技术，以及N0x控制技术，是推动富氧燃烧的核心技术，也是未来的发展方向。同时C02的减排和封存问题将成为重要的研究热点，余热回收及充分利用低热值燃料是工业炉节能发展的重点。
（3）砌筑将向整体化和轻型化方向发展。随着不定形耐火材料的发展，整体浇注和轻型结构将获更广泛的发展。采用新型耐火材料，用耐高温陶瓷和陶瓷纤维代替耐火砖，使炉子升温快，热损失小。
（4）节能和环保并重。在进行节能改造的同时，应进行污染治理，努力降低或消除有害废气和烟尘的排放。对中国而言节能是最大的环保措施之一。
（5）提高工业炉的“绿色度”。通过凋整产业结构，改善能源结构；采用世界上最先进的科学治污方法，从源头上根治污染：不断开发适合中国工业炉的新技术、新设备，强化余热回收和资源的循环利用；强化立法和执法力度；健全环保组织和提高全民环保意识等途径提高“绿色度”。
3 结束语
我国能源的紧张与短缺已成定局，严重影响了经济的发展。节能是中国能源战略和政策的核心，解决能源和资源问题，最根本的还是要靠科技进步。工业炉的节能，应当抓技术创新，寻找、探索新的节能机理和途径，走出传统节能方法的老路，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的可持续发展道路。
参考文献
1 许广清.工业炉节能措施探讨.工程建设与设计,2005（11）
2 赵 钰,胡 江.工业炉窑节能技术探讨.科技情报开发与经济,2002.12（3）
3 陆维励.工业炉节能的几点意见.江苏机械制造与自动化.1999（1）
4 李治岷,魏玉文.工业加热炉的节能关键技术.机械工人,2005（2）
5 孔 先.我国工业炉窑节能发展方向.冶金能源,2003,22（5）
6 张宏丽.对高温空气燃烧技术问题的探讨.科技资讯,2006（7）
7 彭好义,蒋绍坚,周孑民.高温空气燃烧技术的开发应用技术优势及展望.工业加热,2004,33（3）
8 宋湛苹,史竞.工业炉的现状与发展趋势.工业炉,2004,26（6）
资料来源：《能源与环境》 2007年第3期 |
