我国工业炉节能减排现状及未来趋势探索

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我国工业炉节能减排现状及未来趋势探索
采取有效措施降低炉窑生产造成的资源浪费和环境污染问题是我
国政府近年来对工业化生产道路改革和探究的重点问题之一,在工业
生产领域大力推广节能改造项目已经成为了破解工业生产和环境之
间紧张关系的主要途径。采取有效措施降低炉窑生产造成的资源浪费
和环境污染问题是我国政府近年来对工业化生产道路改革和探究的
重点问题之一,在工业生产领域大力推广节能改造项目已经成为了破
解工业生产和环境之间紧张关系的主要途径。国内外在工业节能生产
领域的技术研发和运用已经取得了显著的成果,但由于我国起步较
晚,在该领域还存在诸多问题急需改进和完善,因此政府部门和科研
人员还需要不断努力,以保证在不远的将来真正形成一个完善的,同
时具有中国特色的工业生产节能体系。

使用新型环保能源作为燃料,降低对环境的污染。
传统工业生产的能量来源主要是以煤炭和石油为主,全球范围内工业
生产规模的扩大使得能源危机问题日益加重,致使能源价格大幅上
涨,超出了各国的承受范围;与此同时,工业生产难免会引起环境污
染问题恶化,工业废弃物的排放所引发的恶果正在影响着人类的正常
生产生活。为了缓解上述问题,各国都在致力于新型替代能源材料的
开发和应用,目前受到普遍认可的新型替代能源非生物能源莫属,生
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物能源的造价成本低廉,且原材料随处可见,是工业节能生产的最佳
选择。

新型生物燃料近年来受到全球的广泛关注,各国相继进行生物燃
料的研发以替代传统的煤炭石油等高耗能高污染的原料。生物燃料的
制造机理是通过对机体自身能够利用光合作用制造能量的有机物加
以开发和利用,从中提取可以被人们有效利用的能源的一种新型可再
生能量来源。在生物能源制造过程中,无论是动植物还是微生物都可
以用于能源的开发与制造,目前国外主要以开发乙醇物质来作为新型
能量来源,我国则致力于从农业生产中获取生物能源。生物能源较传
统能源来说具有如下几方面优势:其一,能源的来源具有多样性且较
容易获取。例如,农业生产所产生的农作物秸秆,动物的粪便,工业
生产和生活中所排放的有机垃圾,大量的富含能源的动植物等,这些
原料在自然界中含量丰富,获取方便,且具备可以再生的优点。其二,
能源成品种类丰富,可为工业生产提供多种选择。通过生物转化技术
所制造出来的能源可以呈现不同种类的表现形式,例如沼气,乙醇。
能源以及各种固态能源物质,这些能源可以广泛应用于工业生产中,
而且不会对环境造成任何污染,同时使工农业生产中的废弃物实现循
环再利用,真正实现了变废为宝。其三,新型生物能源的生产和制造
过程中,能够有效带动相关生产行业的发展,不仅能够降低工业生产
成本,而且还能促进农民的增产增收,有利于缩小农村和城市的贫富
差距。最后,生物能源具有可循环再利用的优点,由于其原料来源是
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自然界中的有机生物,因此,可以促进植物对于二氧化碳的吸收,将
不利化为有利。

开发和利用新型燃烧技术
采用新型的工业燃烧技术也不失为节能减排的有效途径。目前我
国广为使用的燃烧技术主要包括如下几种。

高温空气燃烧技术也叫蓄热式燃烧技术,是一项高效的废热回收
节能技术。蓄热燃烧技术是指交替切换空气或气体燃料与烟气,使之
流经蓄热体,能够在最大程度上回收高温烟气的显热,排烟温度可降
到180℃以下,可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上,形成与
传统火焰不同的新型火焰类型,并换向燃烧使炉内温度分布更趋均
匀。目前,我国已在轧钢加热炉玻璃窑炉、熔铝炉、锻造炉和钢包烘
烤器等工业窑炉上成功应用蓄热式燃烧技术。

脉冲燃烧技术是一种间断燃烧的方式,使用脉宽调制技术,通过
调节燃烧时间的通断比实现窑炉的温度控制。这种技术对加热炉的炉
温控制较为容易,所以炉内的温度场均匀且温度波动极小、而且还能
节约燃料。近年来,该技术在冶金、陶瓷等工业窑炉燃烧系统控制方
面得到逐步推广应用,效果良好。

富氧燃烧技术是以助燃空气中氧含量超过常规值得一种高效强
化燃烧技术。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点,加快燃烧反应速度,
促进燃烧完全,降低过量空气系数,减少燃烧后的烟气量,从而提高
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热量的利用效率。富氧燃烧技术比较适合应用在高温工业炉,如金属
加热炉和玻璃溶化炉等等,有资料表明锻造加热炉若采用23%~25%的
富氧空气助燃,可节省1/4的燃料。分级燃烧技术是指通过改变送风
方式将不足量的空气送人主燃烧区,形成缺氧的燃料过剩燃烧,然后
剩余的空气在第二级燃烧区加入,形成燃料稀薄燃烧区,完成整个燃
烧过程。分级燃烧可减少氮氧化物的排放,据项目运行结果表明,采
用分级送风燃烧技术后,尾气中的氮氧化物排放量降低35%左右。

对生产过程中产生的副产品进行有效再利用
工业炉余热主要是指排出的燃烧产物的显热与加热制品带走的
显热。这些显热所带走的热量数量较大,如果能很好地加以利用,其
经济效益和社会效益、都是显著的中高温烟气余热。主要利用方式包
括:利用余热锅炉产蒸汽或者加热导热油直接利用,利用换热器预热
助燃空气,还有通过余热锅炉产蒸汽并利用蒸汽汽轮机发电以轧钢加
热炉为例,轧钢加热炉的出炉烟温1000℃左右,在烟道内设置高效
空气和煤气预热器对助燃空气和煤气进行预热,可将空气预热到
600℃,煤气预热到300℃,吨钢燃耗可降低0.3GJ.

低温烟气余热一般是指温度低于400℃的烟气的余热,这种余热
虽然品位低,但余热数量很大,现在一般采用纯低温余热发电技术来
进行节能降耗并产生经济效益。例如,水泥厂将400℃以下低温废气
余热转换成电能并用于生产,可使水泥熟料生产综合电耗降低约60%,
或水泥生产综合电耗降低约33%.
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余压回收发电技术是指利用工业窑炉产生的废气余压直接用来
发电。例如,钢铁厂高炉炉顶煤气余压透平发电装置,是利用高炉炉
顶煤气具有的压力能,经透平膨胀做功,驱动发电机进行发电的装置。

近些年来,我国在工业炉窑生产中的技术水平已经有了显著的提
高,但与其他国家相比,在节能减排方面还是存在有待完善的地方,
要想从根本上实现能源的充分利用,同时达到对空气的零污染排放,
还需要很长的一段时间,为此我们应该在已经取得效果的节能技术的
基础上,进一步加大研发和改进力度,最终实现技能减排的目标,实
现人类社会的可持续发展。