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      天然氣燒嘴_焦爐煤氣燒嘴_高爐煤氣燒嘴_節能燃燒系統-鄭州中威環保設備有限公司

      節能低氮工業燒嘴環保窯爐總包工程

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      紅磚爐燒嘴products

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      紅磚窯爐“煤改氣”

      紅磚隧道窯爐:“煤改氣”工程

      1.天然氣燒嘴作為隧道窯燃料的可行性

      紅磚燒成窯改用天然氣燒嘴作為能源,因為天然氣溫度高,?;鸷鬅彷o射強,如果不摻加煤矸石,可以直接用天然氣燒成,這在陶瓷隧道窯、輥道窯和梭式窯中已經應用了多年,技術也非常成熟。但作為無煤矸石的磚坯的燒制,成本會增加很多,盡管采取各種節能措施,增加成本是現實存在的問題,若仍采用摻加煤矸石的內燃磚坯,天然氣燃燒的主要作用是提升、助燃內燃磚焙燒溫度。

      目前,迫于環保政策壓力,國內多地紅磚窯爐相繼改燃天然氣。大家都知道,紅磚窯爐改燃天然氣主要作為內燃磚的提溫、引燃作用。

      紅磚企業的磚坯肯定還會摻加煤矸石,否則,燃氣成本太高。改燃天然氣做燃料無非就是引燃作用,用氣量不大,紅磚爐燃氣成本不會太高。

      紅磚企業隧道窯的煙氣排放在改造前,就配備了脫硫設施,都已通過環保驗收,其 SO2、粉塵等都達到了國家排放標準,改燃天然氣后,SO2、粉塵等都會有不同程度地讓降低,因此,環保壓力也得到緩解。

      但不得不提出,隨著環保政策的不斷深入,有機排放物的排放指標會越來越嚴,希望國內紅磚生產企業未雨綢繆,盡早完善脫硫設施,新上脫銷設施及除塵系統,以立于不敗之地。

      2.實施方案

      一、天然氣燒嘴的選型與數量

      (1)天然氣燒嘴的選型

      隧道窯的燒成,為了保證成品率,必須保證窯內溫度場的均勻性。因此,必須均勻密布小功率高速燃燒器,單個燃燒器功率不超過 5 萬大卡(60kw)。4個燃燒器分為一組,每側布置 2 臺燃燒器。 

      圖 2-1 每組天然氣燒嘴單側布置示意圖

      (2)高速天然氣燒嘴原理

      高速天然氣燒嘴是鄭州中威環保設備公司的專利產品。已經在陶瓷窯、鋁棒加熱爐、印染定型機、浸漬紙烘干箱、導熱油加熱器、鋁材均質爐、彩色印刷機烘干箱等設備上獲得成功應用,其主要優點有:

      ①燃燒室的容積熱強度非常高,可達 21×104kW/m3,爐膛容積小,爐體結構簡單,操作方便,安全裝置及爐前管道系統簡單;燃燒室燃燒溫度較高,對發展高溫窯爐,節約燃料十分有利。

      ②煙氣在火道內劇烈膨脹以及火道出口設有煙氣噴口,所以煙氣噴出速度非常高,可達 100~300m/s。

      ③爐內氣氛容易調節成氧化性或還原性,可在較高的過??諝庀禂迪鹿ぷ?。

      ④負荷調節范圍大,調節比可達 1:50,普通天然氣只有 1:20~1:30。

      ⑤ 可以使用高溫預熱空氣,因此能以低熱值燃氣獲得高燃燒溫度。

      ⑥由于燃燒反應在火道內瞬時完成,故在惰性氣氛的爐內也不會滅火。

      (3)天然氣數量確定

      紅磚生產企業隧道窯的燒成段有 20m,采用 48 只 5 萬大卡高速燃燒器分兩側均勻布置。

      燒成段分為 12 個區,每區設置 4 只高速天然氣。每個區配置熱電偶一支,用以控制各區溫度。

      每組天然氣燒嘴配置空然比控制系統一套,精確控制的天然氣燒嘴合理燃燒以及各個燃燒器的功率分配。燃燒段天然氣燒嘴的安裝示意圖見圖 2-3 所示。

      圖 2-3 天然氣燒嘴安裝示意圖

      二、合理利用余熱

      隧道窯的優劣主要看余熱利用是否合理。我們采用冷卻段的余熱加熱助燃風,使其溫度保持在 120℃左右,提高燃燒效率。

      換熱器采用性能可靠、效率較高的板式過濾器。

      三、自動控制系統

      隧道窯自動化控制系統要求穩定、可靠、安全,并且要有很好的交互性、穩定性和可靠性,主要依靠控制機構的穩定和信號傳輸的可靠來保障。在隧道窯自動化生產過程中,主要有兩類信號:控制信號和實時數據信號。信號的采集和傳輸是隧道窯自動化控制過程中的一個重要的技術環節。安全性主要依賴自動控制系統的異常處理和報警機制來實現。交互性是上位機監控系統設計的最終目標。隧道窯自動化控制系統是一個整體,只有各部分設計的合理,整體協調才能保證自動控制系統安全、穩定的運行。

      (1) 隧道窯自動化控制的要求

      隧道窯自動化控制就是通過計算機控制,實現窯爐的自動化,包括自動調節溫度和壓力,對窯爐的異常要做出及時報警并做出應急處理措施。隧道窯自動化控制必須有良好的穩定性、可靠性、安全性和交互性。

      ①穩定性

      穩定性包括自動控制系統本身的穩定性和窯爐工況控制的穩定性。自動控制系統本身的穩定性直接影響窯爐的穩定性。

      自動控制系統的穩定性會受到周圍環境的變化,元器件的老化以及更換等實際情況的影響。自動控制系統的抗干擾能力越大、各部分的耦合度越高,其穩定性越好;反之,其穩定性越低。

      窯爐工況的穩定性是指隧道窯自動控制系統能將窯爐的各個部分的壓力和溫度等燒制參數穩定的控制在生產工藝的范圍內。隧道窯內部溫度的合理穩定是影響產品質量的直接因素,因此需要將窯爐內部在溫度控制在產品的生產工藝范圍之內。隧道窯內部的壓力是影響窯內狀況的決定性因素。窯內燒制氣氛的控制也直接影響產品的質量。窯內溫度、壓力和含氧量等參數不是相互獨立控制的,各個參數之間互相影響。各項窯爐生產參數控制合理,波動性越小,產品合格率越高。

      ②可靠性

      可靠性是指自動控制系統可靠性,是對自動控制系統可信度的評估。自動系統的可靠性包括:設計方案的完善程度、信號的可靠性,執行機構的可靠性。

      設計的完善程度是指自動控制系統在設計過程中是否將可能發生的所有情況都合理的考慮到控制邏輯的設計中;不同指令執行的優先級別是否合理;故障報警系統是否完善,以及相應故障的應急處理措施是否可靠。

      信號可靠性是指控制器發出和接收到的信號的可信性。主控端給控制器指令,控制器能準確的將該指令轉化為恰當的控制信號,并準確的送給執行機構;同時執行機構給控制器輸入的信號能準確的送達控制器。信號可靠性主要受自動控制系統抗干擾能力決定,工業現場的環境比較復雜,干擾強,對自動控制系統的抗干擾能力要求非常嚴格。

      執行機構的可靠性是指現場設備儀表的可靠性,能夠準確的獲取現場實時數據,可以將控制器發出的控制命令準確無誤的執行。執行機構的可靠性是影響隧道窯自動控制系統可靠性的最直接因素。

      ③安全性

      安全性是指在窯爐生產過程中要對隧道窯各個部分的異常做實時報警,并對窯爐異常做出實時處理措施,確保窯爐生產安全無事故。

      隧道窯生產過程中會有各種各樣的突發情況,輕則損壞窯爐設備,重則造成生產事故。常見的隧道窯故障有:停電、燃氣壓力異常、助燃風壓力異常、助燃溫度異常、燃氣泄露、車下溫度異常,車下壓力異常,排煙風機壓力異常、燒咀故障等。停電會造成整個隧道窯以電驅動的設備全部停止運行,燃燒系統異常,需要及時切斷燃氣。燃氣壓力過高,超出輸氣管道的設計標準,會引發事故;燃氣壓力過低,會是窯爐溫度不能達到燒制要求。助燃壓力過高,窯內大量熱量隨廢氣排走,浪費資源;助燃壓力過低,導致窯內燃料燃燒不充分,大量未充分燃燒燃料進入排煙管道,可能引發爆炸;助燃溫度的提高可以降低能耗,但是助燃溫度過高會引發燃氣爆炸;車下壓力過低導致熱氣下串,導致車下溫度過高,損壞窯車。

      窯爐自動控制系統需要確保窯爐安全生產無事故。安全性是隧道窯自動控制系統的設計中最重要,也是要求最高的設計準則。

      ④交互性

      隧道窯自動控制系統要求有良好的交互性。隧道窯自動控制系統的交互性包括:生產數據、窯爐報警以及設備運行狀態的顯示、實時數據的記錄、歷史數據的查詢、用戶及其權限管理、報表打印等。

      (2)溫度控制系統

      隧道窯分三個區:預熱帶、燒成帶、冷卻帶,不同的區域的溫度有不同控制的要求。從預熱帶到燒成帶溫度成緩慢上升趨勢;溫度在燒成帶達到最大值,并保持穩定;從燒成帶到冷卻帶成緩慢下降趨勢。隧道窯的整體溫度走勢如圖 2-4 所示,不同隧道窯的具體溫度走勢不同,根據燒制產品而定。

      圖2-4 隧道窯溫度走勢

      預熱帶主要對磚坯進行預熱,使其緩慢升溫,為燒成帶對磚坯的煅燒做準備。

      升溫過快,會使磚體有裂紋;升溫過慢則不能達到煅燒要求。一些燒制品的燒制對預熱帶的要求非常高,比如鎂鈣磚的脫蠟過程主要在預熱帶進行,鎂鈣磚脫蠟過程對鎂鈣磚的燒制過程非常重要,脫蠟過程的成功是鎂鈣磚燒制的必要條件。

      燒成帶主要對磚坯進行煅燒,磚坯在這一區域基本燒制成型,這個區域的是隧道窯燒制的主體部分。燒成帶對溫度參數控制要求非常高,主要體現在燒成溫度的穩定性和精確性的控制。精確性是指燒成帶燒成溫度要控制在工藝要求溫度±10℃的范圍內,控制精度高。穩定性是指燒成帶的溫度,在受外界不定因素的影響下,維持其溫度穩定的能力。因此這一區域的溫度控制難度較高,是隧道窯自動控制系統的核心。

      冷卻帶主要負責對燒成帶燒制完畢的成品緩慢冷卻,使成品磚的溫度盡可能的接近環境溫度,避免成品的溫度和環境溫度溫差過大,使成品開裂。成品在冷卻帶冷卻過程中,為了防止成品急劇冷卻造成磚體開裂,溫度下降不能太快,冷卻帶的溫度走勢為平緩下降,直至冷卻達到出窯溫度。

      隧道窯內部的其他溫度也對窯爐生產過程有著重要的影響,包括車下溫度、拱頂溫度,風機溫度等。隧道窯的傳送結構為窯車在軌道上行駛,該結構要求窯車底部溫度不能過高,窯車溫度過高會導致窯車車輪和軸承之間抱死,窯車無法移動。在保證隧道窯燒制溫度的前提下,隧道窯的車下溫度要求盡可能的低。窯尾冷風通過雙層拱預熱后,通過助燃風機打入燒成帶助燃,助燃風溫度的提高可以提升燃料的發熱量,在以氣體為燃料的隧道窯中尤為明顯;但是提升拱頂溫度會耗散窯內熱量,浪費燃料。拱頂溫度控制的好可以節省燃料。風機溫度過高則會損壞設備。

      (3)隧道窯壓力的控制

      隧道窯內部的壓力參數有窯車上部壓力、窯車下部壓力、助燃壓力、拱頂壓力、燃氣壓力等。隧道窯內部的壓力直接決定整個窯體的運行情況,各個區域的壓力正常是窯爐正常工作的必要條件。

      車上部壓力為窯體的主要壓力參數,直接影響隧道窯溫度的控制。窯內的壓力控制窯內的氣流走勢,影響燃燒系統的控制。隧道窯內的氣流走向為:從 冷卻帶到燒成帶,最終到達預熱帶,從預熱帶通過排煙風機將窯內氣體抽出;窯內的氣流走勢直接影響窯內的溫度調節控制。同時,隧道窯窯車上部壓力直接作用在磚體上,壓力變化不均可能導致磚體開裂。某隧道窯內部的壓力走勢如圖 2-5 所示,不同的隧道窯對壓力走勢的要求不同。

      隧道窯窯車下部壓力是調節窯車下部溫度的主要參數。窯車窯上部壓力大于窯車下部壓力的壓力時熱氣會向窯車底部流動,當窯車上下密封不嚴的時候,熱氣流下竄更為明顯,造成窯車下部溫度過高。隧道窯車下部溫度過高,輕則會損壞窯車軸承;重則使裙板和砂封板變形,造成窯車無法正常運行,維修工作量也相應增大。這種事故一般發生在燒成帶和冷卻帶,在工程中的解決方法為:適當提高車下壓力,使窯車上下壓力得到平衡;搞好窯車的密封,砂封槽每班要定量加砂,保證密封作用。

      隧道窯拱頂壓力和隧道窯燒成帶助燃風的壓力直接關聯,助燃風從隧道窯的拱頂抽取,再打入燒成帶助燃。助燃風壓力的大小決定燒成帶燃料的燃燒情況,直接影響隧道窯的燃燒系統。助燃壓力和燃氣壓力正常是保障燃燒系統正常的基本,是窯爐安全必要條件。 

      2. 取消摻加內燃的方案

      維持窯爐內所要求的高溫環境條件的方式有兩種:

      一種是將制磚所使用的原料經過一定的處理方法進行加工處理,成型為所需要的形狀和尺寸,再經過干燥后送入窯爐內。磚坯內沒有可燃成分,其本身不含熱量,窯爐內的熱量靠向窯內添加固體、氣體、液體燃料獲得,是將坯體和燃料分開加入窯爐內的,通常叫做外燃燒磚。外加燃料的多少,要根據窯爐的產量、窯內的綜合換熱系數,窯爐的保溫性能等數種因素確定。

      另一種是在對制磚原料進行處理加工的過程中,就將燃料加進原料中,一般使用固體燃料,液體燃料通常不作為內燃料加入使用,而氣體燃料絕對不能加進原料中使用,只能作為外加燃料,這種將固體燃料與制磚原料一同進行加工處理、成型、干燥、燒成的添加燃料方式,通常叫做內燃燒磚。

      經過實踐我們知道,每燒成 1kg 的制品,大約需要消耗 1088-1388 kJ 的熱量,生產一塊標磚需熱量 2720-3470 kJ(標磚尺寸為 240x115x53,重量大約為2.5kg)。

      那么,要想徹底解決紅磚燒制對環境的污染,特別是 SO2、NOx、粉塵等的影響,就要取消摻加煤矸石、煤粉或者其他固體燃料,采用天然氣進行外燒。

      2.1 天然氣外燒的可行性

      大家都知道,陶瓷的燒成現在已經基本上都采用天然氣燒制,效果、質量都有了大幅度的提升,成本也沒有增加太多,這是因為,天然氣燃燒效率高,燃燒過程可控,對燒成曲線的控制和優化采用計算機模擬,這樣不但沒增加成本,反而減少了陶瓷燒成對燒窯師傅的依賴,只憑經驗影響燒成質量的時代已經過去了。

      對于磚的燒制,大致以為磚的價格低,對其的研究投入不夠,重視程度也嚴重欠缺,再加上建材行業的紅磚替代品層出不窮,所以,大家都忽視了對紅磚生產的能源替代研究。

      然而,在我國有些地區,紅磚的使用范疇和性能是不能被替代的,所以,對天然氣外燒窯的研究和改進特別是磚坯配料的研究也是影響我國建材生產的重要課題。

      通過對磚的燒制機理的研究,我們認為,依靠天然氣外燃是完全可以進行紅磚燒制的。

      2.2 天然氣外燃的實施方案

      實行天然氣外燃燒制,實施方案與補燃完全相同,只是燃燒器功率不同而已,為了窯爐的熱平衡,需要重新優化換熱流程。在預熱和干燥段要增加幾個或不增加燒嘴,再進行補燃方案設計時,已經考慮到了天然氣外燃的需要,所以可以不增加燒嘴即可。

      燒嘴的功率也已經足夠天然氣外燃的需要,不需要再更改燒嘴。

      3 應用天然氣以后的能耗測算與經濟效益對比

      3.1 天然氣補燃方案的能耗計算

      隧道窯燒制紅磚的過程中,磚坯中的煤粉含量為 250g/塊,熱值按照4300kcal/kg,則每塊磚的內燃摻加量為 1075kcal/塊,一般情況下,一塊紅磚的熱量需求為 830kcal/塊,內燃添加量超出了熱量需求,這說明該紅磚燒制窯的熱效率較低,需要在改造過程中加以改進。

      據紅磚生產廠介紹,每月外燃煤粉量為每月 50t 左右(50000kg),則每萬塊磚消耗外燃煤粉 93kg/萬塊磚,每塊磚的外燃熱量為 40kcal/塊,加上內燃熱值,為 1115kcal/塊。比實際需要熱值高出了 285kcal/塊,為了節約能源,降低生產成本,建議將內燃煤粉量降低到 150g/塊以下,磚的內燃熱值為645kcal/塊以下。所欠熱量由天然氣補充,天然氣補充量 11.75 萬 m3/月。

      3.2 天然氣外燃的能耗計算

      全部取消內燃,采用天然氣外燃,則每月消耗天然氣量為:52.73 萬 m3/月,天然氣費用為 115 萬元/月。但是,這樣可以完全解決了環境污染問題。

      3.3 經濟效益對比 

      改造前每月煤粉的內摻合量為 1350t,外燃煤量 50t,費用為每月 88.2 萬元。

      改造后:內摻合煤粉量為 810t,按照 630 元/t 計,費用為 51 萬元/月。

      天然氣外燃需要量為 11.75 萬 m3/月,費用為 41 萬元/月,共計 92 萬元/月,比改造前的費用多出了 3.8 萬元/月。

      每天天然氣用量為 3920 m3/日,原來有一臺 30m3LNG 儲罐,可儲存 15000m3天然氣,可連續使用 4 天左右,基本可以滿足使用要求。

      說明:

      ①內燃添加量采用回歸方程法計算得知,內燃量控制在 150g/塊左右,對降低成本最有利。

      ②天然氣燃燒效率高,在此予以忽略,以使改造效果更加明顯。

      ③采用天然氣作為能源,可以減少污染物排放,達到綠色生產之目的,另外,還可以大大提高產品合格率,提高經濟效益。

      ④如果操作得當,精確控制燒成曲線,減少出料段冷空氣漏入量,合理優化換熱流程,生產成本有望比用煤還要省。

       鄭州中威環保設備有限公司承接國內外:紅磚隧道窯爐煤改氣、自動化系統、脫硫脫硝設備“總包”工程。

       

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