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关于陶瓷工业窑炉节能技改的研究

发布日期:2013年12月30日

秒速快3改革开放以来,随着我国陶瓷窑炉技术的快速发展和清洁燃料的逐步广泛使用,其能耗大幅下降,己从20世纪80年代的占生产成本的40-45%,降低到现在的30%左右¨。但和西方发达国家相比,仍有较大舞距,还有巨大的节能潜力。

一般认为,助燃空气中的氧气含量大于21%所采取的燃烧技术,简称为富氧燃烧技术。在有色金属的冶炼、玻璃窑炉中玻璃的熔化、化铁炉和铸造炉、内燃机的增氧燃烧、煤气发生炉以及生成物质利用、废弃物焚烧、低热值司燃气的利用等啪行业多采用富氧燃烧技术。

高温空气燃烧技术是二十世纪九十年代发展起来的一种新型燃烧技术,它的特征是烟气热量被最大限度地回收,助燃空气被预热到1000℃以上,燃料在低氧浓度下燃烧。目前我国高温空气燃烧技术的应用主要在钢铁工业的加热炉中,在陶瓷工业窑炉中由于氧化铝陶瓷制品秒速快3对烧成制度及烧成气氛有非常严格的要求,陶瓷工业窑炉的高温空气燃烧技术研究一种鲜有报道。

本文基于对某公司梭式窑进行热甲衡测试,采用间歇式烧成工艺。旨在根据计算结果,结合目前热工设备和燃料燃烧等新技术(如采用天然气作燃料,使用高温空气燃烧技术、富氧燃烧技术),通过进行M atlab编程分析研究,得出进行技改的节能潜力。同时根据企业技改面临的资金、技术等难题,提出大力推动合同能源管理在陶瓷工业技改方面的应用。

热平衡测试

方案设计

确定热平衡测试前得1个月为基准期,基准期内每次烧窑操作基本稳定,且无重大设备和操作事故。热平衡测试期间的有关数据为界准数据;环境基准温度为测试期间正常生产的下均环境温度。

要求生产工艺过程稳定,实验严格按照烧成制度进行烧成,严格遵守升温曲线,热工测试持续时问大于烧成周期。

实验数据

秒速快3(1)风机的实际流速;(2)换热器的水量,以便分析换热器换热量及换热能力;(3)梭式窑的外晕温度分布,分析梭式窑的散热保温状况;(4)环境温度,湿度;(5) 控制室记录系统门带符温度测点和压力测点以及流量测点的读数;(6)烟气取样及成分浓度分析;(7)预热风温度、烟气离窑温度、烟气进入干燥室温度。

燃料成分

该厂采用的液化石油气的成分如表1。

热平衡模型构建及实验数据整理

热平衡模型构建

秒速快3根据我国国家标准规定,热平衡计算以车间环境温度和每吨成品为计算基准,由此得出的热平衡计算公式如下:

Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7=Q‘1+Q‘2+Q‘3+Q‘4+ Q‘5+Q‘6+Q‘7+Q‘8+Q‘9

其中:Q1为燃料燃烧热,kj/kg瓷;Q2为燃料显热,kj/kg瓷;Q3为助燃空气带入最热,kJ/kg瓷;Q4为生坯带入显热,kj/kg瓷;Q5为窑体带入显热,kj/kg瓷; Q6为窑车带入最热,k J/kg瓷;Q7为窑体开始升温前蓄热量,kJ/kg瓷;Q‘1为坯体吸附水、结晶水蒸发带走热量,kJ/kg瓷;Q‘2为粘土烧结耗热,kJ/kg瓷;Q‘3为坯体吸热,kj/kg瓷;Q‘4为窑具吸热,kj/kg瓷;Q‘5为窑壁散热,kj/kg瓷;Q‘6为烧成温度下窑体蓄热量, kj/kg瓷;Q‘7为烟气带走显热,kj/kg瓷;Q‘8为化学不完全燃烧热损失,kJ/kg瓷;Q‘9为辐射、对流及其它热损失,kj/kg瓷;

实验数据整理

根据实验实际测量,窑内温度、窑壁温度、预热风温度以及环境温度的升温曲线如下图1,2。

秒速快3从上图可知,窑内烧成温度可达到1240℃,分阶段升温,升温幅度很大;窑壁温度最高只有60℃,升温幅度不大;烟气离窑温度最高可达450℃;环境温度最高达到140℃。

根据实验实际测量,氧气浓度和一氧化碳浓度的变化曲线如图3。

从图3可知,氧气浓度随着烧成时间的增加,逐渐降低,最低达到6.15%;一氧化碳浓度随着烧成时间的增加,逐渐升高,最高达到了16m g/m3。

热平衡计算过程M ATLAB编程计算,各阶段及热量支出项统计如表2(假设实验误筹为5%)。

节能潜力研究

在测试条件下,每烧制一炉的成品消耗液化石油气的体积为113m3(没有掺杂N2),消耗的液化石油气质量为2886kg,1kg合格陶瓷单耗为12163.8kj/kg,有效热效率为25 .8%,能量利用率为63.7%。

针对测试的不同情况,进行一下七个方面的研究,详见表3。

若改用天然气作为燃料(天然气成分见表4),及目前已有的高温换热器(烟气冷却空气预热)节能效果分析见表5。烟气组分及温度条件采用实测数据。

所以通过计算可把天然气看为c1.02H3.98O0.03N0.01,分子量16.9,低热值3.61×106kj/Nm3。

合同能源管理的应用

以往陶瓷企业开展节能减排项目,从项目策划、筹资到实施全由自己操办,项目的所有盈利和风险也都由实施企业承担。但此种模式己难以适应形势发展的需要。生产企业无论从技术水平和资金实力,均显得力不从心。 企业生产只要能达到当地的排放标准.则较难有自主开展节能减排项目的热情。陶瓷产业开展节能减排,引进和运用合同能源管理模式,是一条非常值得探索与实践,且发展前景十分广阔的道路。

合同能源管理的概念

“合同能源管理”(Energy Management Contract. 以F简称EMC)是一种基于市场节能新机制,起源于20世纪70年代,即由专门的节能服务公司(Energy Service Company.以F简称ESC O),通过与客户签订 节能服务合同,为客户提供耗能设备的改良和更新服务, 提供服务所需的资金,在合同期内,ESCO拥有设备的所 有权,并在接下来的一段时间内,按照合同双方确定的节能目标向客户提供综合节能服务,从而从节能降耗所节约资金的全部或部分中回收投资、获得利润。合同结束后,设备和全部节能效益归客户所有。 典型的ESCO工程的流程如图4所示。

合同能源管理的应用模式

陶瓷窑炉节能改造的合同能源管理有三种模式:节能量保证型、节能效益分享型、节能费用托管型。

(1)节能量保证型

在此模式下,ESCO必须在签订的合同中向陶瓷企业保证能耗指标(节能量),即保证其承包项目在节能改造后的节能效益,否则就是违约,ESCO要按照合同约定对陶瓷企业赔偿。作为回报,陶瓷企业在项目完验收后,要按照合同约定向ESCO支持项日款。一般还有专门的保险公司参与项日,一口项目失败,保险公司将承担ESCO不负责赔偿的部分。

(2)节能效益分享型

在此模式下,ESCO通过自身渠道,比如向银行借贷等完成项目融资,同时又和陶瓷企业签订节能服务合同,节能效益则有ESCO和陶瓷企业按照合同约定比例共同分享。在项目实施后的2-3年例,ESCO占据的效益分成比例会较大,后几年则逐渐降低,直至合同结束。

(3)节能费用托管型

秒速快3在此模式下,陶瓷企业将自身的能源费用(包括电、气等)全部交给ESCO管理,ESCO自己改造,节能效益归自己所有。陶瓷企业只需按照合同约定向ESCO提供费用,其余由ESCO负责。

结论及建议

(1)在测试条件F,每烧制一炉的成品消耗液化石油气的体积为113lm s(没有掺杂N2),消耗的液化石油气质量为2886kg,1kg合格陶瓷单耗为12163 .8kJ/kg,有效热效率为25.8%,能量利用率为63.7ch。如果通过参数优化,使离窑烟气中一氧化碳浓度降为O.l%和氧气浓度降为2.1%,同时使排烟温度降低到150℃以下,则有效热效率可以达到30.4%,能量利用率达到75.3%,1kg合格陶瓷荜耗为10291.16kj/kg。如果使用天然气作为燃料,同时达到上述优化条件,则有效热效率可以达到31.8%,能量利用率达到78.6%,1kg合格陶瓷单耗为9864.8kj/kg。

(2)建议采用天然气为燃料,利用富氧空气燃烧技术和商压空气燃烧技术,通过降低烟气离窑温度和降低CO和O。浓度,提商燃料的能量利用率、有效热效率, 从而降低1kg合格陶瓷的单耗,进而降低生产成本。

(3)合同能源管理可以与陶瓷的原料制蔷、生坯干燥、窑炉改造等生产全过程紧密联系,同时还可以再陶瓷企业推广诸如富氧燃烧技术、高温空气燃烧技术、微波干燥技术等多种新型技术。而且,可以缓解企业生产改造的技术、经济压力,并且使ESCO和陶瓷企业双方互利, 达到双赢的日的。将合同能源管理麻用在陶瓷工业的节能技改中,是与当前国家产业政策和节能减排要求相一致的。

小编:唐东明 原创作者:时章明,易汝杨等人

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