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行业新闻

窑炉在使用燃烧机(生物质燃烧机)的节能减排与余热利用

窑炉在使用燃烧机(生物质燃烧机)的节能减排与余热利用

    一、宏观面 


  窑炉是与火打交道的,经窑炉产出的产品占据着日常生活的绝大部分,因而也是现代化社会的重要组成部分。与火打交道,就涉及到燃烧、涉及到保温、涉及到排放,所以窑炉行业一头连着人们美好的生活,一头连着温室气体与有害气体的排放,其举足轻重可见一斑。基于如此的认识,哥本哈根会议之后,如果在窑炉行业推行变更,即可带来立竿见影的效果。 


  1、品质化追求 对窑炉产品品质化的追求,能带来双倍的收效。试想想,放弃此宗旨,会带来何等严重的后果。就拿建筑陶瓷行业来说,上世纪末本世纪初,佛山陶瓷的发展令人瞩目,为佛山人、甚至国人津津乐道。但冷静来想,佛山的陶瓷消耗了多少化石原料、化工原料与燃料?庞大的陶瓷产品中有多少至今仍保留在我们的家居与公共设施的装饰中?也就是说,是不是存在着10年或20年的幸福与快乐换来未来子孙百年甚至数百年的悲惨?从09年开始的全国建筑陶瓷行业的竞相扩张,定位大大低于佛山的水平。社会的发展应当是往上走的,如此的局面,在呼喊节能减排的今天,意味着我们将面临更大悲哀!工业化是一个永动机,不要多久,地球上的陶瓷原料与燃料就可消失殆尽。何况我们已经开始面临无陶瓷原料可挖、可采的境地了。为了我们的后辈,我们不得不严肃地去考虑一些问题。 


  是低品质的需求成就了低端窑炉设备与其他制造设备的市场?还是反之,是因为生产设施的落后,才培育了低端产品市场?这是一个说不清道不明的课题,但结果是肯定的,就建筑陶瓷产品而言,低品质意味着产品耐用性、持久性差,不久的将来(也许这个时间就是10年左右),社会发展了,现在的农村市场和低收入群体,相当大一部分将会翻新,这又将是极大的浪费。中国是个人口大国,同时又是资源穷国,在耐用品生产方面必须考虑国情,制定相应国策,否则经济的繁荣,社会的繁荣将不会长久。


  产品的品质和生产产品的设备的品质是最大的节能源泉。好的设备一定能生产出好的产品,好的设备同时又是更经久耐用和节能的,由此产生的效益是双倍的。抓产品的品质、抓设备的品质,才是节能减排的纲。我们可以做这样的论述,低质的设备(通常是低价的),先不说生产的产品一定低质与低价的,就设备本身而言,面临的可能是三年的小修、五年的大修,维修成本不说,可能很快被淘汰,而淘汰的设备需要拆除、回炉,付出相当的回收成本。在我国经济发展初期,靠低成本投资赚取企业发展的第一桶金,然后使企业逐步规范、壮大,是可行的而且也应是必要的,但具有相当资本规模的今天,仍然让如此的故事重复,这不得不说是我们的悲哀!如不很好的解决,这必将会为未来某个时刻民族的灾难埋下隐患。 


  就产品的品质与生产产品的设备的品质而言,呼唤的是政府和行业协会的作用。如果再坐视不管,必会后患无穷!老百姓不会有错,但老百姓的生活与生活方式是可以引导的,甚至是可以规范的。没饭吃的时候、没衣穿的时候经历过,而且都趟过来了,如今好了,更要盘算了。过去的日子靠的是政府,现在的日子更应该靠政府!政府为当代,更应为后代。 


  2、行业规范 窑炉及其他热工设备实际上是涉及多学科的行业,多年来几无规范可循。窑炉行业的规范,可以分为以下几方面: 


  首先是从业人员,窑炉及其他热工设备行业本质上是一个高门槛行业,国家或有关行业协会应当对窑炉的设计与主要制造、施工人员加以规定,限定其资质要求。 


  其次是窑炉及相关企业要实行资质制度,对人员、设备及企业运作提出要求并进行审定。 


  第三是对窑炉及相关热工设备产品本身制定行业标准。窑炉产品解决的是温度问题,即烧成制度(或压力制度)或热处理。针对不同使用目的、不同使用温度,对窑炉进行分类,对窑炉的设计、选材、辅助设备选型、燃烧与控制、制造、安装与调试以及设备的安全性等方面特别是对耐火材料、烧嘴及其控制系统、窑炉控制系统等进行规定。除此之外,还必须对窑炉产品本身的性能如燃耗指标、电耗指标、排放指标、操控水平等制定检测、评判标准。 


  窑炉是绝大部分工业和生活产品的来源,窑炉行业只有在规范中才能进步,窑炉行业进步了,工业才能进步,社会才能进步!更甚者,我们的减排才成为可能。 


  3、研发投入 窑炉是多学科交叉行业,涉及到材料学 (钢结构与耐火材料等)、燃烧与控制学、热工学、机电学、自动化与控制学等多分支。窑炉行业同时又是古老的行业,具有相当长的历史,古时的中国就有龙窑、钧窑、官窑等,享有盛誉,但归根结底都是土窑,不节能。窑炉的历史,就是文明进程的历史,随着科技的发展,窑炉行业也有了飞速的发展,催生出了现代的物质文明。所有高尖端材料如航天航空材料、特种材料(如高温材料、高强度材料、耐腐蚀材料等)等,无不是窑炉的杰作。中国的科技实力落后于西方发达国家,其中重要的一方面,就是窑炉行业的落后。窑炉行业的发展是与前述的各学科的发展息息相关的,或者反过来说,把各学科的最新发展技术应用到窑炉行业,促进了窑炉行业的发展与进步,进而夯实了现代的物质文明。在我国,由于经济优先的原则,窑炉行业规范的缺失,导致窑炉产品鱼龙混杂,进而使低端烧成产品在市场上大行其道。这是其一,也就是说由于新技术都是意味着成本的增加,导致用户不会主动采用新技术;其二,我们在相关领域的研发方面也是落后于发达国家的。 


  具体体现在以下几个关键方面: 


  ①耐火材料 耐火材料构成了窑炉的主体,直接与高温接触,其保温性、导热性、高温荷重、高温耐压抗热冲击性能等,是十分重要的考核指标。耐火材料的选用直接决定了窑炉的使用性能如使用寿命、节能性等。就国内目前的状况,在耐火材料方面应当加大应用规范、检测、新技术应用、新产品开发等方面的研发投入。尤其是在应用规范方面,应当加强立法,果断的淘汰和杜绝使用落后的、劣质的耐火材料。应当把耐火材料的使用作为节能的第一要素来抓。节能也意味着减排,所以加大新型耐火材料的研发投入和应用,就是最大的节能减排。 


  ②生物质燃烧机、烧嘴 烧嘴或生物质燃烧机作为热输出的主要设备,燃烧效率、准确的热功率输出、安全性,是其重要的考核指标。目前能够在这三方面达到高水平的供应商几乎都在国外,如霍科德(krom鄄schroder)、天时(eclipse)、北美(na)等。基于这一事实,我国应当加大在这方面的研发投入,规范烧嘴或生物质燃烧机的制造、检测和使用,针对不同种类的燃料开发新的、先进的生物质燃烧机或烧嘴。甚至通过立法,限制不规范的、劣质的烧嘴的使用。 


  如果仅仅在陶瓷墙地砖行业进行一下统计与对比,由于采用了劣质耐火材料和烧嘴(及其控制系统),我们多消耗的燃料就不计其数。加强这方面的立法已经到了刻不容缓的地步。 


  ③燃烧控制系统 燃烧与控制发展到今天,首推基于微变量原理的控制理论的应用,其中又以脉冲控制系统效果最佳。微变量控制的可行,归功于符合使用要求的燃烧控制阀组的应用。然而在这方面又是西方人的天下。高质量的稳压系统、检漏系统、快速切断阀、比例阀等无不是产自于国外知名厂家。加大符合微变量控制的燃烧控制阀组的研发投入,有效降低窑炉设备的成本,也是刻不容缓的大事。 


  ④窑炉控制系统 窑炉的控制是一个综合工程。窑炉的自动控制,有了好的烧嘴或生物质燃烧机,有了好的快速动作的控制阀组,以及有了先进的检测手段,只是迈出了第一步,更重要的是包含软件开发的控制系统。好的、有效的控制系统,必须有强大的数据做支持。在这方面,我们几乎是空白。 


  所谓的燃烧控制,就是解决电信号与热输入、输出之间的控制关系。燃烧是放热的氧化反应,不同的燃料,着火点不一样;耗氧量(空燃比)不一样;反应速率不一样;热输出效率不一样。比如说点火这一块,从给电信号到烧嘴点燃的时长,再到热电偶响应的时长,依不同的烧嘴、不同的燃料等而变化。这是一块,其他如管道(燃气、空气、热气)输送方面的流量检测与计算、压差(或压损)的检测与计算、脉冲时长的确立与设定以及窑压、气氛等诸方面,需要做大量的实验,提取详实的数据。所有这些必须有专门的研究机构,从事燃烧与控制系统的基础性工作。 


  ⑤余热利用与废气处理 窑炉产品在追求短期经济效益的年代,到制品的烧成就可截止。然而在需要节能减排的当今,只能解决烧成问题的窑炉充其量只是半成品。好的窑炉还必须很好地解决余热的利用与废气的排放问题。以往,只关注制品的短期价值,甚至不顾制品的品质,一味的追求低成本,所以余热可以不去利用,废气可以任意排放。然而在对人类未来高度关注的今天,意识到在我们的制品价格中,必须包含资源税、碳税以及排污费等保护人类与地球的因素,所以余热必须加以有效利用,碳、硫等物质的排放必须最大限度减少。 


  但余热的利用与废气的减排是需要技术和成本的,这是以往对此忽视的根本原因。因此有必要加大研发投入,针对不同的窑炉产品、不同的工况,对窑炉的余热和废气研制出相应的处理设施,加大新技术设备如高效热交换器、高效蓄热装置(特别是多孔陶瓷蓄热装置)的研发力度。 


  二、窑炉的设计与制造 


  一是精工的制作;一是最新技术的应用。智能化的窑炉及相关产品,是我们的追求。最新的燃烧理论与燃烧设备(系统),最新的控制技术都在我们的产品中得以应用。 


  对于适应于连续式生产的辊道窑与隧道窑采取如下措施确保窑炉的品质从而提升窑炉的节能性: 


  1、优化设计方案。对不同用户的不同产品、不同产量、不同温度曲线作针对性设计,在满足产品烧成的情况下,尽可能节约空间,尽可能适应于多产品、多制度的烧成。在设计中贯彻以下基本技术: 


  ①热平衡分叉图。根据分叉图,在着手窑炉的设计之前作一基本的热工计算。分叉图为设计师的设计指明了基本的设计方向。比如说对窑体的处理,对烟气的处理,从分叉图可以看出孰轻孰重。不同的炉型,热平衡分叉图大同小异。 


  ②采用优质材料,包括钢材与耐火材料。钢材与耐火材料是窑炉的基本主体,直接关系到窑炉的耐用性和节能指标。窑炉是与火,与高温打交道的产品,工作环境恶劣。窑炉结构的稍有不慎,将会带来严重后果,所以窑炉的主体选材必须慎之又慎。 


  钢结构必须选用正规厂家的优质钢材,焊接牢固、打磨、除锈除污、喷防锈漆(最好选用富锌漆)与金属面漆。经如此处理与制作的钢结构才会长期不生锈,经久耐用。 


  耐火材料依温度要求选用导热系数、比重(热比容)、高温物理性能均较佳的材料,同时特别注重材料品质的一致性,确保窑炉使用时至高的保温□热性和至低的窑体蓄热,以及窑炉至长的使用寿命。 


  ③选用合适的烧嘴。不同的燃料,选用不同的、优质的烧嘴及sic火焰管。烧嘴在使用之前必须经测试,掌握其准确的热输出数据,把批量烧嘴的一致性作为检测的重点。 


  ④选用优质的火焰探测电极、点火电极与点火控制箱以及符合变量控制要求的高质量燃烧控制阀组。 


  2、除了上述常规的技术外,本公司还有如下针对辊道窑和隧道窑的独特技术: 


  ①余热利用压力平衡系统。在管径一定的条件下,流量取决于管道压力。依此原理本公司开发出的余热利用系统,可以将余热做不同用途而不致丝毫影响窑炉的正常工作。 


  余热不单可用作预热助燃空气,其实在本系统中余热还可以依用途作为干燥、窑前搅拌、成型车间温度调节、烧热水等等用途。 


  ②脉冲控制系统脉冲控制实际上是最接近于微变量控制理论的燃烧系统。温度曲线上的每一上升或保温实际上是由无数的微变量δ热输入组成,而脉冲控制的特点就是需要热输入时是大火,不需要时烧嘴完全关闭,正是做到了一个细小的变量,确保了温度曲线的连续、平滑。除此之外,由于脉冲是在大火与零之间变化,加上脉冲系统的随机均衡性,整个窑炉内部的高温气体因搅拌而相当均化。所以脉冲系统对于宽体窑,或者需要极小温差的制品烧成,有明显的优势。 


  脉冲系统的成功推出,基于两个关键的基本技术的应用。其一是稳压系统,在管径恒定情况下,烧嘴要实现恒定的微变量热输出,管道压力的稳定至关重要。 


  其二是比例燃烧控制阀组,所有的阀组,必须符合快开快闭的动作要求,同时还须经久耐用、安全准确。 


  ③窑炉控制plc+hmi+scada系统有了高质量的、热输出恒定准确的燃烧与控制系统,使得plc在窑炉操控上的实际应用成为可能。而plc的应用,辅以详实的燃烧数据如烧嘴功率、燃料空燃比、温度曲线特性、管道压降等,使窑炉的全智能控制得以有效地实现。值得一提的是采用温度(或压力)模块,由于运用了pid回路的比例、积分、微分技术,而这些参数又可根据不同使用环境进行设置,使得其应用相对于普通温控表更有效。hmi即触摸屏,为窑炉操作的人机界面。本公司推出的窑炉操作scada系统是基于ifax4.0以上中文无限点扩展网络版开发而成,其功能十分强大。 


  采用先进的plc (allen-bradley、siemens,omron等)与功能强大的ifix组态相结合的控制方式,具有以下特点: 


  a模块式plc组合,便于维护; 


  bifix 简洁控制界面,采用4级权限控制,便于管理; 


  c具有储存20条配方和10年历史记录(温度、压力、气氛与报警)功能; 


  d车间与办公室远程通讯,实时监视窑炉工作状态 


  ④烟气的减排与利用 烟气带走的热占总热的比重相当大,能够把这部分热利用起来,将会带来很大的经济效益。本公司将采取两方面的措施对烟气进行处理: 


  a开发全封闭半成品全自动高效干燥系统,充分利用烟气热能。 


  b将多孔陶瓷用于烟气的处理。 


  结语 窑炉节能减排的首要方向是窑炉的品质,国家应当出台相应的措施,限制落后的、劣质的材料在窑炉产品上使用,因为劣质的材料除了导致高的维修率,还导致了高淘汰率,运行成本和折旧成本相当大。在英国考察时,曾见有使用超过30年的窑炉,对我是相当大的震撼,所以提出了窑炉品质论的观点,希望能引起广大同仁和用户的共鸣。在品质的基础上,窑炉的节能方向在于新技术在窑炉工程上的成功应用,因为任何新的技术,一定能带来巨大的经济效益。而能够节能的窑炉,在相当大程度上又是减排的。


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点击次数:  更新时间:2017-02-06 20:51:16  【打印此页】  【关闭