加热炉的节能减排（共9篇）
加热炉的节能减排 篇1
1 加热炉节能减排技术研究
80年代前期, 高温无缺陷连铸坯的生产技术和管理系统开发成功, 直接热装轧制和直接轧制等技术开发成功, 实现了大幅度节能, 生产工艺也越来越成熟, 技术越来越进步。后来薄板坯连铸连轧工艺产生, 该技术吨钢投资低, 生产周期短, 厂房面积、金属消耗、热能消耗和电耗低。是钢铁工业近年来最重要的技术进步之一, 以其独特的优势占领市场。在国内, 唐钢、涟钢、邯钢等钢铁企业陆续引进了薄板坯连铸连轧技术, 并取得了很好的效果。连铸一轧钢工艺的发展推进了加热炉炉型的改造, 如步进梁式加热炉和辊底式加热炉在加热工程中因具有提高坯料加热质量、减少温度差、提高换热器效率、加强炉膛的严密性、提高辐射和对流能力等优点而被大量新建轧钢厂所用。
对炉子进行设计和改进时选择新型节能炉, 并根据燃料的种类, 选择性能良好的节能型燃烧装置和与之配套的热工检测和自动控制系统, 也是行之有效的节能措施, 此举可以保证良好的燃烧条件, 达到节能降耗的目的。目前各国致力于节能技术的研究和开发, 钢铁工业中运用得较为广泛的是蓄热式燃烧技术。蓄热式燃烧技术可将助燃空气预热到1000℃以上, 排烟温度降低到150℃, 热效率达到70%, 炉温分布均匀, 工件氧化减少, 燃料适应范围广, 节能降耗的效果显著, 并且这一技术在英国, 法国, 美国, 加拿大, 日本等工业发达国家得到了广泛的运用和推广。上世纪九十年代以来, 国际上在蓄热式燃烧技术研究和应用方面取得很大进展, 把节能和环保结合起来, 提升为“高温燃烧技术”。高温燃烧技术可以说是加热炉节能降耗技术的一个里程碑。
蓄热式燃烧技术的实质是对烟气余热的回收利用, 利用排出烟气的热量加热进入炉膛的空气, 提高预热空气的温度, 使燃料燃烧完全、炉内温度分布均匀、降低燃耗、减少污染物的排放。因为加热炉的目的是让燃料在炉膛内充分燃烧和最有效的利用, 但即使是最先进的加热炉也不可能将燃料燃烧的热量在炉内100%的利用, 所以如何充分回收烟气中的热量, 是降低炉子能耗、提高炉子热效率的关键。对烟气的余热进行回收利用, 除对燃气和空气进行预热外, 还应该更大限度地利用烟气的余热, 如烟气的再循环利用。
烟气再循环技术是利用烟气的低氧及温度较低的特点, 将部分烟气再循环喷入炉膛的合适部位, 使回收烟气和助燃空气一起与燃料反应, 这样可降低助燃物的含氧量, 使氧浓度在整个炉膛空间分布均匀且较低, 抑制了整个燃烧过程的最高温度, 削弱了高温区, 使整个炉膛的温度分布均匀。加上炉内所形成的局部还原气氛, 使氧和氮的反应减少, 从而抑制NO、的形成, 达到环保要求。烟气再循环能有效地降低NOx的排放量, 当再循环率为7%~20%, 燃料为天然气时, NO、排放浓度可降低35%;燃油时可降低10%~30%。所以采用烟气再循环, 当再循环率在一定范围内时, 可以使燃烧器出口速度增大, 燃料和空气混合加强, 对改善燃烧有一定效果。
烟气的循环一般都是与旋流燃烧、分段送风等低NO、燃烧技术共同使用来降低炉膛的NO、的排放量, 并充分利用烟气预热, 使炉内温度均匀, 达到工件加热的需要。旋流燃烧技术是使用旋流燃烧器在射流离喷口前先强迫流体做旋转运动。由于旋转射流的结果, 在旋流流场的径向与轴向上都产生了压力梯度, 当射流旋转比较激烈时, 由于轴向压力梯度增大, 流体将在轴向上发生倒流, 因而在喷口附近出现高温回流区, 这为燃料的燃烧提供了稳定的热源, 使燃料及时着火并稳定炉内燃烧。旋流燃烧的混合效果好, 但燃烧所产生的NO、较多, 比常规燃烧的多, 一般都是和分段燃烧一起, 通过改变助燃空气的不同配比来实现高效、高产、低排放的目标。
2 加热炉在钢铁工业中的地位和作用
钢铁的用途十分广泛, 在国民经济中起着十分重要的作用。可以说钢铁生产的水平是衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术水平的重要标志。然而直接与国民经济的各工业部门相关联的, 是钢材。通常在钢材的总产量中, 除少数采用铸造和锻压等加工方法外, 约90%以上的钢材都要经过轧制成材才能满足国民经济各部门的需要。在轧制生产中, 必须将钢材加热到一定的温度, 使其具有一定的可塑性, 才能进行轧制, 即便是采用冷轧工艺, 也需要先行对钢材进行热处理。为了钢材的加热, 就需要使用各种类型的加热炉来满足轧制要求。
加热炉是轧钢生产的主要耗能设备, 其能耗占轧钢工序能耗的60%~70%, 其任务是加热钢坯, 使钢坯表面温度及内部温度分布满足轧制要求, 不产生过热和过烧现象, 加热温度均匀, 尽量减少钢坯的氧化和脱碳, 生产出质量可靠的成品钢材。加热炉加热的好坏直接影响到产量、质量、能耗等技术经济指标, 其能耗占整个钢铁工业能耗的20%左右, 直接影响钢铁工业的生产成本。
加热炉的节能和环保往往是相互关连的。自九十年代以后, 伴随全球气候变暖、雨水酸性逐渐上升等严重的环境污染问题的出现, 国内外学术界都致力于节能的同时达到降低CO2和NOx等污染物的排放。在燃料完全燃烧条件下, CO2的排放量是与燃烧的燃料量成正比的, 因此减少燃料消耗量也就减少了污染物CO2的排放, 也可以说节能就是最大的减排措施。对于燃气加热炉来说, 最大的污染物就是NOx, 而NOx的生成主要与温度和炉内氧气浓度有关, 这就需要合理组织炉内流动、燃烧、传热, 避免炉内的局部高温, 使加热炉内温度分布均匀, 改善钢坯质量, 促进节能减排措施的实施。除了采取高温空气燃烧之外, 国内外还研究了烟气循环、分段燃烧、低NOx旋流燃烧等技术来降低NOx的排放量, 并成功运用于工业燃烧中, 对降低污染物的排放作出了较大的贡献。我国冶金行业轧钢加热炉几千座, 包括近年新建及改造的蓄热式加热炉, 不同炉子的能耗水平相差很大, 有的加热炉单耗高达70~80kgce/t, 而蓄热式加热炉的单耗仅为30m 3天然气/t (即37kgce/t) 左右, 节能潜力十分巨大。加上近年来铁矿石和原煤价格的上涨, 使得钢铁企业的利润空间下降, 因此降低加热炉能耗是轧钢节能、降耗的主要方向和目标。
参考文献
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[5]张霞, 童莉葛, 王立刘等.富氧燃烧技术的应用现状分析[z].冶金能源, 2007.
加热炉的节能减排 篇2
论汽车节能减排措施
摘要：节能减排工作是建设资源节约型社会的必然选择;是推进经济结构调整,转变增长方式的必经之路;是提高人民生活质量,维护中华民族长远利益的必然要求。本文紧跟时代步伐,论述了作为能源消耗和环境污染物排放大户的交通运输行业节能减排工作的影响和治理举措,希望交通运输行业乃至整个社会经济与自然生态系统能够持续、健康、协调、稳定发展。
伴随着高耗能经济增长方式和粗放式的发展模式,中国的环境问题日趋凸现,如河流、空气污染,温室效应,酸雨的影响等环境恶化问题不断加重。而来自调查机构的最新统计数据显示,我国在用机动车的60%-70%属于高能耗、高污染物排放车辆,每年所消耗的燃油、机油的总量占我国成品油年产量的1/2以上,给环境造成了很大的污染。
汽车工业已经成为我国的支柱产业,但节能、环保等问题正成为制约其快速发展的瓶颈,也越来越受到社会的关注和重视。积极发展节能环保型汽车,符合我国能源状况和大众消费水平,有利于缓解能源紧张,保护环境。对于落实国家能源发展战略,加快建设资源节约型社会具有重要意义。汽车节能减排工作任重而道远。交通运输对环境的影响
交通运输对环境的影响特点表现为以下几个方面:
第一,交通运输对生态坏境的破坏主要集中为对大气环境的破坏。这部分污染主要来自于机动车辆的尾气排放,既包括直接排放物对环境的损害,如氮氧化物等,也包括排放物在空气中通过光学作用形成的臭氧等二次污染。此外,也带来一系列诸如噪音污染等诸多问题。第二,交通运输对环境的影响有一定的区域性,主要集中在运输线路周围。以对城市环境的影响为主。第三,交通运输特别是公路交通运输尾气的排放更接近地面,对生态环境和人们健康的影响更为明显。汽车节能减排综合治理措施
2.1 汽车行业节能减排需要国家配套的政策支持
对于我们国家来说,建立并完善节能减排的标准和法规是当前的关键。这样才能促进汽车产业的进步。光靠宣传和教育,节能减排的最终目标恐怕难以实现。我们在完善政策法规时,很多基础性工作要都做扎实,单纯抓数字是远远达不到预期效果的。
比如,我们可以从消费环节入手,推行燃油税等政策的实施。此项措施对于改善用油状况和调整汽车消费市场都有很大帮助。一方面能对消费者形成约束,另一方面能对市场形成调节机制。另外,节能减排的政策体系应该具有系统性,多方面性。即我们应该将约束政策和奖励性措施、激励政策结合起来,系统地发挥作用。设立不同的能耗级别,根据能耗级别进行奖励和惩罚。如美国对节能环保车型有财政补助,另外他们还有“3升车计划”,鼓励汽车企业制造百公里油耗3升的汽车。
2.2 齐抓共管生产、消费环节
节能与环保成了当今汽车制造厂家面临的新使命。他们也是推行节能减排的排头兵,他们身上担负着重大的责任,他们要尽可能地降低油耗。实际上现在我们的企业也开始认识到这一点,他们网络人才,努力提升研发技术水平。相信我们的企业能够克服技术难关,生产出低油耗、低污染的环保型汽车。另一方面,汽车的节能减排不仅是生产企业的责任,同时也是每一位消费者的义务,只有社会各界共同努力,才能早日实现低污染、低油耗。即我们要加强汽车节能减排工作的宣传教育工作,使消费者形成科学的汽车消费、油品消费观念,从消费环节入手,培养消费者养成省油、节油的好习惯。提高汽车节能减排研发技术水平
以内燃机为动力的交通工具,之所以产生高能耗、高污染物排放,主要是油气的供应量不够精确以及燃料燃烧不充分所造成的。我们多采用提高发动机综合性能,车身轻量化等技术措施来提高汽车的节能减排水平。总结为以下几方面:
3.1 提高发动机的综合性能
(1)稀薄燃烧技术。稀薄燃烧技术的最大特点是燃烧效率高,经济、环保,同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下,由于混合气点火比理论空燃比条件下困难,爆燃也就更不容易发生,因此可以采用较高的压缩比设计来提高热能转换效率,再加上汽油能在过量的空气中充分燃烧,所以在这些条件的支持下能使汽油充分燃烧。(2)汽油机的燃油电子控制喷射技术。燃油电子控制喷射系统是以燃油喷射装置取代化油器,通过微电子技术测量吸入发动机的空气量,再把适量的燃油采取高压喷射的方式供给发动机。燃油电子控制喷射技术的应用,大大改良了汽车的燃油经济性,使得缸内进油更科学,更准确。这种技术可使发动机的功率提高10%,在耗油量相同的情况下,扭矩可增大20%以上,油耗降低10-12%,尾气排放可降低30%-50%。(3)优化设计燃烧系统。它涉及到活塞顶和缸盖的形状,火花塞的位置,进、排气门的尺寸和数量,以及进气口的设计等一系列问题。设计者对燃烧室形状、燃烧室布置以及喷射系统进行优化设计,改良燃烧状况,提高排放标准。(4)闭环控制技术。该系统是一个实时的氧传感器、计算机和燃油量控制装置三者之间闭合的三角关系。采用闭环控制的电喷发动机,由于能使发动机始终在较理想的工况下运行(空燃比偏离理论值不会太多),从而能保证汽车不仅具有较好的动力性能,还能大幅度省油。
3.2 车身轻量化
多使用铝合金或其他轻型材料,减轻汽车零部件质量,降低整车重量,达到节省燃料的目的。
3.3 制动能量回收系统
将制动时产生的热能转换,并将其存储在电容器内,在使用时将其迅速释放。比如,我们可将飞轮与发电机相连接,将动能转化为电能贮存起来。这样既提高了发动机的工作效率,又适度降低了耗油量。
3.4 新型燃料的开发利用
比如以氢气代替燃油作为燃料;开发电动汽车、天然气发动机、混合动力轿车等。
3.5 发展净化汽车尾气技术
(1)三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的C O、H C和N O x等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。(2)OBD(车载自动诊断系统)。这个系统将从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标,一旦超标,会马上发出警示。提高驾驶员的技术水平及改善道路交通环境等
同一技术状况的车辆,由于驾驶员的操作时机方法选择不同,其油耗可相差15%-30%甚至更多,也就是说操作因素对油耗的影响较大。笔者认为只要遵照“操作熟练、适时换档、油门适当、合理滑行、预先处理”二十个字,不仅节油效果显著,而且更能延长车辆寿命。另外,道路通行环境也对油耗产生较大影响。我们要尽量避免复杂路况,避开较差的交通环境。做好车辆维护保养工作
车辆的维护水平将直接影响发动机的性能与汽车的行驶阻力等,从而影响车辆的耗油量。另外,前轮定位的正确与否,制动间隙与轮毂轴承的松紧度以及传动系各箱体内润滑油质量的好坏等因素均会影响燃油消耗率。尤其是随着运行里程的增加,发动机、底盘各部的性能变差,耗油量会不断加大。所以,提高汽车日常维护的技术水平就变得尤为重要。我们要改善机件摩擦性能、恢复发动机的密封性,增加气缸压力,定期检查汽车底盘的技术状况等,保证汽车处于良好技术状态。
综上所述,降低燃油消耗与多方面均有密切关系。即汽车的节能减排工作是一项复杂的系统工程,必须摆在突出的战略位置,从战略和全局的高度进行深入分析,充分认识到开展节能减排工作的重要性,通过如政策引导,制度完善,管理升级与技术创新等举措,进一步提高能源利用水平,降低运输污染物的排放。加强行业节能减排的科研力度,加快研究与制订交通行业有关节能减排的标准规范,促进节能减排工作全面升级。
科学发展观是保证汽车工业可持续发展的必要条件。在眼前利益和长远利益发生矛盾时,我们应充分考虑人类的长远利益和我们的生态环境。只有人、车、路、环境的和谐,才能促进我国汽车工业快速发展。同时,这也对我们提出了严峻的挑战。我们应不遗余力地去挖掘降低燃油消耗的潜力,把寻求改善汽车燃油经济性作为长期目标。我们相信,随着新材料的应用、新技术的发展,再加上我们的不懈努力,汽车节能减排工作必将有一个更大的发展和提高,从而推动交通运输行业乃至整个社会经济又好又快的发展。
参考文献
轧钢厂加热炉的节能措施 篇3
1 轧钢厂加热炉存在的问题
加热炉是把金属加热轧制到锻造温度的专业工业炉, 包括室式加热炉和连续加热炉等等, 钢坯在锻造和生产的过程中能够在加热炉火焰的氧化中得以加热。但是加热炉对钢坯加热的温度比较高, 释放的热气不仅带走了大量的热量, 造成了能源的白白浪费, 大量未燃烧燃气的流失也造成了能源的无故浪费。
1) 加热炉漏火漏气严重。加热炉蓄热室漏火漏气的现象一般出现在加热炉投入使用的半年以后, 加热段和均热段局部的漏火漏气不仅能够导致加热炉护炉板的损坏, 严重的情况下还会导致加热炉报废。一般蓄热室的结构是导致该现象的原因之一, 蓄热室里面是纤维板的保温层, 外面的钢板则和护炉板焊接在一块, 预制烧嘴砖的结构和蓄热室不能形成统一的整体, 两者接缝的位置很容易在高温的作用下变形。同时, 接缝位置太薄的浇筑层在使用一段时间以后也会出现直通的裂纹, 煤气泄漏现象严重;
2) 挡板砖堵塞和烧嘴砖损坏。挡板砖在使用的过程中因为受到烟气杂质、煤气含尘和加热炉粉末等的影响, 很容易出现挡板砖气孔的堵塞现象。堵塞严重的气孔会导致挡板砖的弯曲变形, 加热炉的炉温和产量都会受到严重的影响。此外, 高温烟气的冲刷以及煤气杂质的侵蚀还会导致烧嘴砖强度的降低, 烧嘴砖在加热炉运行几年以后会出现严重的损坏。烧嘴砖的损坏导致了燃烧质量的下降、耗能的增高、氧化铁皮的增多以及工人劳动强度的加大;
3) 其他方面的问题。加热炉是比较大型的煅烧加热设备, 设备很多零件的损坏都会导致加热炉功能的降低, 除了漏火漏气、堵塞损坏之外, 还存在很多耗能的问题。首先, 换热器的损坏。换热器导气管的封死会导致均热段煅烧风量的减少, 换热器的腐蚀老化也会造成煤气的泄露和自燃。其次, 炉底的结渣。加热炉负荷的提高和加热炉炉压控制不好的问题都会加重加热炉吸冷风的现象, 炉底结渣比较严重。再次, 炉内水管的结垢、阀门的故障和损坏、煤气压力和热值的波动都会将加热炉内的热量带走, 加热炉在长期的超负荷作用下, 其使用的寿命会逐渐缩短。
2 传统的加热炉节能措施
在传统能源浪费与消耗的现实压力下, 国家已经将能源的节约和利用提升到战略发展的角度上来, 节能已经成为我国能源政策的核心组成部分, 新技术新手段的利用已经将我国的能源节约提升到新的高度。但是和发达国家相比, 我国传统的节能措施还是每年多消耗掉几亿吨煤。
1) 筑炉材料的改变。在上世纪七十年代起, 耐火纤维和各种轻质的耐火材料便被用来做复合炉衬, 轻质材料已经成为当下最为流行和主要的筑炉材料。原有的加热炉材料蓄热和散热的损失高达70%以上, 而加热工件的热能利用率也仅在30%左右, 轻质的耐火材料可以减少炉衬对热量的过多吸收, 能够有效的减少加热炉的蓄热损失, 加热炉的隔热与保温功能还同时得到增强。但是这种“新型”的节能材料只是减少了炉内热量的流失, 炉内热量利用率较低的这一问题仍然没有得到解决;
2) 自动控制系统的设置。轧钢厂加热炉的自动控制系统主要由两部分组成, 即换向控制和燃烧控制系统。自动控制系统有效的完成了加热炉现场数据的采集和处理, 利用输出控制和报警功能实现了对设备工作状态的控制, 实现了设备燃烧和换向的手动和自动功能。其中换向系统控制包括了换向控制原理、煤气燃烧安全的控制以及气动快切的报警系统, 而燃烧系统控制则包括了燃烧控制原理、数据的处理与显示以及汽化冷却的自动控制。加热炉自动控制系统的采用有效的减少了炉内热量的损失, 对加热炉的炉温和蓄热室的温度都实现了有效的控制;
3) 加热炉装炉技术的改善。该技术从上世纪60年代中期就开始采用, 原有的施工方法是对不定形的耐火材料进行现场的捣打、浇灌和预制构件的吊装, 增强了炉墙的气密性, 延长了炉衬的寿命。近几年加热炉热装炉技术还通过提高连铸坯质量、对连铸机和加热炉进行有效衔接、协调轧钢机和连铸机的生产节奏等方面进行了改进, 连铸机偏析的问题和废气热损失的问题都在一定程度上得到了改善;
4) 其他方面的改善。传统的加热炉节能技术还对燃烧系统节能进行了改进和完善, 不仅加大了燃料热能的有效释放, 还确保了加热工件对热能的有效吸收, 能源的浪费和热量的损失都在一定程度上得到了改善。此外, 传统的节能措施还包括对炉子冷却系统的完善, 各种技术上和非技术上的措施都有效的改善了传统加热炉的损失。但是这些传统的加热炉节能技术应经遇到了发展的瓶颈, 加热炉节能要想实现新的发展已经非常困难。相关技术人员还要采取新的技术和措施来改善这些问题, 进一步提高工业加热炉的热效率。
3 轧钢厂加热炉节能措施的新发展
如上所述, 能源的浪费已经成为国家明令禁止的问题, 相关技术部门和人员也对轧钢厂加热炉的能源消耗问题进行了研究, 无论是加热炉材料还是燃煤的技术都进行了进一步的发展和完善, 但是传统的加热炉节能技术已经很难再有新的突破, 加热炉节能技术还要寻求新的发展。
1) 多功能炉衬的加热炉。多功能炉衬是黑体强化辐射技术在轧钢厂加热炉内的应用, 它的功能在于增强加热炉的气密性, 提高工件的加热效率。多功能炉衬是在炉壁和炉顶设置大量的黑体元件, 对热源装置和烧嘴砖进行保护性的处理, 对加热炉的整体炉墙进行强化处理。不同炉型和不同使用温度的黑体元件不仅能够增大炉膛传热面积, 提高炉膛的黑度, 还能对热射线进行有效的调控, 提高传热的效率, 增大辐射传热比例。但是黑体元件本身并不是加热炉的热源, 黑体元件和炉内的燃料能起到相辅相成的作用。经过研究发现, 多功能炉衬节能在20%以上, 生产率可以提高20%以上, 炉温的均匀性和炉衬的使用寿命都得到了显著的提高;
2) 加热炉废气热量的回收。轧钢厂加热炉的余热资源可以分为气体、固体和液体三类, 烟气余热是最主要的气态余热, 占到了余热资源的50%以上。余热回收的主要手段是对炉内的热量进行充分的利用, 尽量不要让热量流失以后再进行回收, 那样不仅会加大成本还会有更多技术上的难题。目前蓄热式的工业炉是新型的废气余热回收技术, 它主要是利用技术手段来将炉内的废气进行了回收, 并将余热作为助燃加热的空气, 这样不仅提高了煤气资源的利用效率, 还减少了废气资源对环境的污染, 节约了企业的成本;
3) 水管支撑机构的改变。传统的加热炉水管是单层包扎砖形式的包装, 高温抵御能力和绝热性都比较差, 因为炉内水管造成的能量损失占据了总损失的10%左右, 能源浪费问题严重。水管新型的复合包装具有较好的绝热性, 空气流动消耗的热量比较低, 炉子排烟的温度也有所下降。随着新技术和新手段的利用, 还会有新的材料来代替现在的水管支撑结构, 无论是能耗的降低还是能源的节约都会有新的提高;
4) 炉膛内热损失的减少。炉体散热损失、挡板砖和烧板砖损坏的热量损失以及炉底水冷却管的损失都是炉膛内热损失的来源。炉底的水冷却管承担着炉内钢坯的整体重量, 这些冷却管不仅吸收了炉内的大量热量, 还在钢坯上留下了大量的水管黑印。对炉底的水冷却管绝热能力进行加强是目前减少热损失的主要手段, 绝热包扎有效的减少了热损失。此外, 热性能好和绝热性好的材料也是减少炉内蓄热损失的主要办法。
4 结论
综上所述, 能源的节约已经成为新时期经济发展的重要组成部分, 轧钢厂加热炉由于设备材料和使用方法上的问题而存在能源浪费严重以及能源消耗严重的问题, 这不仅没有做到能源的节约, 还加大了企业的成本。传统的加热炉节能措施已经遇到了发展的瓶颈, 加热炉能源浪费的问题依然严重。新时期还要加大人力和物力的投入, 采取新的节能措施来提高加热炉生产率。
摘要：传统的粗放型的经济生产模式是高消耗、高污染和粗放型的扩张, 全球范围内的能源供需矛盾要求高耗能产业提高能源利用率, 降低能源的消耗。轧钢厂加热炉的燃料消耗一直是轧钢厂直接能耗总量的主要组成部分, 虽然轧钢厂采取了一定的节能措施, 但是取得的效果不甚理想。本文对轧钢厂加热炉存在的能源浪费问题和传统的节能措施进行了了解, 并在此基础上提出加热炉节能的新措施。
关键词：轧钢厂,加热炉,节能,措施
参考文献
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[3]戎宗义.国内外加热炉和热处理炉的现状和节能技术[J].特殊钢, 2008 (5) .
节能减排的文章 篇4
一、白色垃圾
现状分析：在校园的主干道上往往可见零散的塑料袋，食堂门口也常堆积着高高的废气的一次性餐具。根据初步的校园调查，学校食堂平均一天就要消耗一次新餐具3000个!众所周知，一次性塑料餐具对使用者和环境的危害是不可小觑的。当温度到达65℃时，一次性发泡塑料餐具中的有害物质将渗入到食物中，会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造成损害。对于环境而言，我国目前使用的塑料制品的降解时间，通常至少需要2，纵使此刻多数一次性餐具打着“降解”的称号，然而根据有关报道目前的塑料降解技术不成熟，质次价高，且只能做到“崩解”，对环境仍有危害。同时填埋仍是我国处理城市塑料制品的一个主要方法，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水。若把废塑料进行焚烧处理，又将给环境造成严重的二次污染二恶英污染迄今为止毒性最大的一类物质，严重危及周围环境。不计校外的其他食品摊位上一次性餐具的使用，我们就已经能够推测白色垃圾对我们周边环境的危害性。
解决方案：提倡并使用可循环使用餐具。何一次性餐具不仅仅不利于环保，也是对资源的最大的浪费。不论是食堂带给还是同学自备，可循环使用的餐具都是解决一次性餐具污染的有力手段。大学生应当提升道德修养，构成勤俭节约的好习惯，每个人坚持自己动手洗完，不怕脏不怕累，能不用塑料制品时就不用。同学们能够在学校的帮忙下，自发性的组织相关的白色垃圾处理组织，经常性的宣传，教育，并起到实践带头作用;开展各项活动，集思广益，研究处理包垃圾最佳方法，为社会创造新的价值。学校也能够将这一项作为规章制度贯彻下去，起到良好地督促作用。
二、水资源的浪费
现状分析：在校园中普遍存在水资源的浪费的现象。尤其是处于南方的一些高校，由于水资源相对丰富，造成了不少大学生节水意识淡薄，构成高枕无忧的思想。根据的资料指出，在全国669个城市中，400个城市常年供水不足，其中有110个城市严重缺水，日缺水量达1600万m3。目前我国80%的水域、45%的地下水受到污染，90%以上的城市水源严重污染，远距离引水工程耗资大，工期长，代价高昂。水厂净化工艺越来越复杂，提高了制水成本。可见，此刻我们使用的每一滴清洁的水都是多么的来之不易，但是我们还是经常能够看到洗手间里水龙头没有拧紧“细水长流”和其他用水无度的现象。
解决方法：安装节水装置。根据长沙市节水研究所的科研成果，我们已经看见一批批节水装置问世。但此刻高校的节水装置普及还不够全面，多数还是人为驱动式用水，这样很容易造成浪费。就应推行智能节水装置，控制单位面积单位时间的流量，到达最大效率。
三、电能的浪费。
现状分析：电能够说我是我们现代生活最直接的生命物资，然而我国的电力资源状况却始终不容乐观。我国是用电大国，同时也是缺电大国。拉闸限电的现象对居住在湖南的人们能够说是毫不陌生，最近的几年力，就不止出现过一次此类现象。为应对电力供应紧张局面，全国曾有19个省市采取过拉闸限电的措施。著名的长江三峡工程也是我国为改善电力短缺而建设的标志性工程。
应对严峻的电能短缺问题，校园里却出现的是另一番景象。电能的浪费是校园浪费中最严重的一项，而不必要时段使用电脑的能耗又占了其大部分。自从大学取消了限时熄灯以及十二点以断网的制度以后，许多同学都会“加班到深夜”甚至“通宵作业”，但他们多数做的事情又与学业无关，无非是聊天，玩游戏，看电影之类的。这样不仅仅打乱了生活规律，对身体有严重伤害;而且造成了超多不必要的电能消耗。在此就是空调造成的浪费，此一部分浪费主要产生于老师及校领导。其余还有照明用灯造成的浪费。
解决方案：规范用电，利用其他资源代替;适度用电，使用节能灯泡等电器。校园的许多地方的照明设施都能够更换成节能灯泡。将公共温度调控设施统一管理，要求夏季室内空调温度设置不得低于26℃，冬季室内空调温度设置不得高于20℃。加强校园宿舍督察工作，减少不必要使用电脑的时间。
此刻，普遍大学生的节能减排意识不强。虽然社会大力提倡节能减排，却只能给人留下一些映像，却没有实际的督促效力促使人们去行动。目前节能减排在广大群众心中之所以还无法到达最佳效果的原因是缺少了一种感染力，一种驱动力。
针对大学生节能减排意识不强的现状，我们能够将节能减排编入教材。在书中详细系统的记录完整的节能减排知识，纳入必修课程规定学生学习，记录学时。透过授课，让同学们全面了解什么是节能减排，如何节能减排，并在书中带给已经取得成效的方法。让学生从理性和感性两个方面认识节能减排，培养学生自觉维护环境，减少排放的意识。
加热炉的节能减排 篇5
关键词：加热炉操作,热效率,节能增效
加氢裂化技术已成为当前炼化行业的主流技术,而加氢裂化加热原料油或氢气一般采用管式加热炉,故本文讨论管式加热炉。管式加热炉[1]作为炼油化工企业的重要设备之一,它是利用燃料与空气以适当的比例混合进入炉膛内燃烧,通过辐射和对流的烟气传热,来加热炉管中流动的油气,使其达到工艺规定的温度,保证生产正常进行。管式加热炉加热方式的主要特点是:加热温度高(可达1 000 ℃左右),传热能力大且便于操作管理。
本文讨论的反应加热炉系气体加热炉,炉中加热的介质为氢气,其突出优点是结焦可能性小,但是当气体量很大时,炉管路数很多,必须从结构上保证各路均匀,防止偏流。
以2009年8月6日某装置某点实际生产情况为例,其进料量为满负荷476 t/h,测得排烟温度为194.5 ℃,烟气氧含量5.58%,烟气中一氧化碳含量2.4×10-3 kg/m3,计算两列反应加热炉的热效率为89.19%。
为实现节能增效,工厂采取了如下积极措施改善加热炉的操作。
1 改善加热炉操作实现节能增效
1.1 排烟温度
通过测量排烟温度[2]评价加热炉的总效率。排烟温度高,烟气带走的热量多,热损失大,热效率低,甚至导致炉管破裂、烟道损坏等;排烟温度低,对流传热效果差。调节排烟温度的主要手段包括:调节烟道挡板的开度和调节进入空气预热器[3]的空气量等。
为此,通过精细调节烟道挡板的开度及进入空气预热器的空气量等手段将反应炉的排烟温度降低至144.5 ℃。
1.2 炉膛温度
炉膛温度[4]是加热炉的重要工艺操作指标,也是保证加热炉长周期安全运行的指标之一。该温度是指烟气离开辐射室的温度,代表炉膛内的烟气温度。该装置加热炉在炉膛内安装有多点热电偶,测量并控制炉膛温度。操作时,主要改变燃料在炉膛内的燃烧状况、火嘴分布,合理控稳燃料流量和空气量及压力来保持炉膛温度合适,确保燃料在炉膛内的充分燃烧及炉管内的介质加热到指定温度。
1.3 炉出口温度
该温度的高低直接影响到产品质量及反应器的操作稳定与否。温度过高,会使物料在加热炉炉管内分解,造成炉管结焦甚至烧坏炉管。故加热炉出口温度是加热炉被控变量中最重要的一个。
操作中主要通过保证燃料性质平稳,确保燃料总管压力稳定,合理分布火嘴,控制加热炉入口温度及进料流量、组成等手段将炉出口温度控制合适,且确保其平稳。
1.4 炉膛负压
通过监视和控制炉膛负压可保证炉内燃烧工况的稳定并分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因。
若炉膛负压过大,漏风量、风机能耗、不完全燃烧损失、排烟热损失均增大,甚至导致燃烧不稳定或加热炉熄火等现象;而若炉膛负压过小,甚至变为正压,会导致火焰及飞灰将从炉膛不严处冒出,甚至造成回火现象,进而恶化工作环境并危及人身、设备安全。故而根据该加热炉的特点,参考火焰燃烧情况、排烟温度、过剩空气系数、压力等,调节烟道挡板开度或风机流量将炉膛负压控制在指标范围内,该加热炉的负压一般控制在-60 Pa。
1.5 烟气氧含量
烟气氧含量[5]的高低直接影响到加热炉的热效率及安全平稳运行。烟气氧含量高,热效率低,炉管易氧化;烟气氧含量低,容易造成不完全燃烧。目前采用过剩空气系数α评价烟气氧含量[6]。过剩空气系数太小,燃料燃烧不完全,甚至会造成二次燃烧;过剩空气系数太大,入炉空气太多,炉膛温度下降,传热不好,烟道气量多,带走热量多。
对湿烟气(氧化锆在线分析),过剩空气系数α:
α=(21+0.116O2)/(21-O2) (1)
影响过剩空气系数因素主要包括:燃料性质、燃烧器的操作、空气量、烟道挡板的开度、炉体密封性等。为了保证加热炉有合适的过剩空气系数,将反应加热炉的鼓风机入口的文丘里管投入使用,该管的作用是测量空气流速及流量,从而准确计算进入炉膛的空气量,并根据空燃比计算出所需要的燃料量,用于控制加热炉在低氧状态下燃烧,保证烟气中氧含量满足加热炉最高热效率[7,8]的要求。投用后,测得烟气中的氧含量从5.58%降至1.02%;烟气中一氧化碳含量从2.4×10-3 kg/m3降至4×10-4 kg/m3,有效的提高了加热炉热效率。
另外,加热炉的进料流量、炉体密封的好坏、燃烧器的操作与维护、烧焦情况等[9]都会影响加热炉的热效率,为此通过加强密封、改善燃烧器燃料状况、经常观察炉内运行情况、采用在线分析仪表等措施,减少加热炉热量损失,确保加热炉燃烧状态良好。
2 加热炉热效率的改善结果
目前普遍采用的评价加热炉操作优劣的方法是计算加热炉的热效率。本文采用操作测定反平衡计算式[5]中涉及的各参数,只对烟气离开体系时的组成和温度进行测量和分析,用反平衡法计算出热效率作为调节操作参数的依据,反平衡法用下式表示:
η=(1-q烟-q散)×100% (2)
排烟热损失可用下式计算:
q烟
式(3)中,反应炉均有烟气余热回收系统,一般这种加热炉的散热损失不大于3%。在此取散热损失为3%。通过以上措施改善加热炉操作,将热效率提高至92.13%。
上述示例工况下,反应加热炉的炼厂气量为1 050 kg·h-1,热效率提高至92.13%,那么每小时的炼厂气量为B1[10]:
将反应加热炉的B0、η0、η1代入(4)得,B1=1 016 kg·h-1,即每小时反应加热炉可节约炼厂气34 kg,如果每年开工率按8 400 h,每kg气按3.25元计,则反应加热炉可节约92.82万元/年。
由此可见,通过改善操作条件提高加热炉的热效率,可以创造相当可观的经济效益。
3 结 论
(1)装置满负荷运行的情况下,反应加热炉热效率从89.19%提高到92.13%时,每小时可节约炼厂气34 kg,如果每年开工率按8 400 h,每kg气按3.25元计,可节约92.82万元/年,节能增效效果明显。
(2)为实现节能增效,可通过以下手段改善加热炉的操作:控制好排烟温度、炉膛温度、炉出口温度、炉膛负压、烟气氧含量、进料流量;做好密封、火嘴的操作与维护、烧焦等。
符号说明:
O2——排烟中氧含量百分数,%
η——管式炉热效率,%
q烟——排烟热损失(包括不完全燃烧热损失)百分比,%
q散——散热损失百分比,%
α——过剩空气系数
tg——排烟温度,℃
t0——基准温度(推荐t0=15.6℃),℃
ta——温差(当燃烧空气不预热或利用炉子自身烟气预热空气时,△ta =0;当外界热源预热空气时,△ta为热空气温度与基准温度之差),℃
CO——排烟中一氧化碳含量,kg/m3
B0——目前炼厂气量,kg·h-1
B1——改善操作条件后的炼厂气量,kg·h-1
η0——改善操作条件前的热效率,%
参考文献
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加热炉的节能减排 篇6
目前石化行业在加热炉节能监测结果的评价中, 对于排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数、热效率五个指标, 仅限于合格与不合格的评价[2], 或者在实际评价中仅靠热效率进行单指标的评价。而热效率只是直接反映了加热炉对热能利用程度, 有时热效率达标但局部损失可能不达标, 因此, 对加热炉的节能运行情况要进行多指标的综合评价。
本文引入基于熵权法和层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, 简称AHP) 的主客观组合赋权法对五项评价指标确定权重, 并运用灰色关联度法对加热炉节能运行情况进行分析, 计算后的评价结果更科学客观, 能为加热炉的节能技改提供更多有价值的参考依据。
1 炼化工艺加热炉节能运行评价指标
炼化加热炉节能监测的指标为烟气温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数和热效率。前四项反映了炉子在排烟热损失、未完全燃烧热损失和散热损失的情况。
1.1 排烟温度
排烟温度指在烟气离开最后传热面处, 即在烟气余热回收段的烟气出口处的温度;当没有烟气余热回收段时, 则在对流段烟气出口处的温度。排烟温度高, 烟气带走的热量多, 加热炉效率低。降低排烟温度要以尽量不发生低温露点腐蚀为原则, 具体数值由烟气组成确定。
1.2 炉体外表面温度
炉墙的外表面温度直接反映炉体保温的好坏, 关系到散热损失和安全问题。外壁温度过高, 散热损失大, 加热炉热效率低;外壁温度低, 可提高加热炉效率, 但炉墙要厚, 一次投资增加。炉墙的外表面温度应按既经济又合理的原则来确定。
1.3 烟气氧含量
在保证燃料充分燃烧的前提下降低氧含量, 提高加热炉热效率。若氧含量过高, 则说明进入加热炉的空气量较多, 多余的氧气作为烟气排放, 将带走部分热量, 增大排烟损失。有时加热炉炉体漏风, 为保证烟气氧含量达标而人为关小烟道挡板或风门就容易产生CO含量过高的问题。
1.4 过剩空气系数
工业加热炉总是要在一定过量空气量的条件下才能完全燃烧。燃烧所用实际空气量与理论空气量之比叫做过剩空气系数。在实际操作中, 如果过剩空气量增加, 排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气, 使得排烟损失增加, 热效率降低, 见图1。
图1表示在不同的排烟温度下, 过剩空气系数每增加0.1对热效率下降值的影响[1]。由此可见, 降低过剩空气系数可以有效地减少排烟损失, 提高热效率。
1.5 热效率
加热炉热效率是反映加热炉整体运行水平的重要指标。影响加热炉热效率的主要因素有排烟温度的高低、过剩空气系数大小、炉体保温情况及其散热损失、燃料完全燃烧程度。热效率的计算一般采用反平衡法。
2 评价指标的主客观赋权法
加热炉的节能运行评价是多指标综合评价问题, 必须确定科学合理的指标权重。赋权方法分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法包括专家咨询 (Delphi) 法、AHP法等, 客观赋权法包括熵权法、相关系数法等。
2.1 熵权法
熵在信息论中用来度量数据所提供的有效信息量。当评价对象在某项指标上的值相差较大时, 提供的有效信息量大, 则该指标的权重较大;反之, 若某项指标的值相差较小, 则权重也较小;在某项指标上值完全相同时, 应考虑从评价指标中去除。因此, 可以根据各个指标指标值的差异程度, 通过熵值计算各指标的权重。具体步骤[3]如下:
设有m个评价对象为X= (X1, X2, ..., Xm) , 对n个评价指标进行评价得到评价矩阵Aij={xi (j) } (xi (j) 为第i个指标的值) 。对于给定的评价指标j, xi (j) 的差异越大, 则评价区分度的信息越大。信息熵函数表达式为:
式中:k=-1/ (ln m)
可进一步定义评价矩阵的总熵为
则wj可度量不同指标的区分能力, 也即各指标权重信息。
2.2 层次分析法
层次分析法 (AHP) 是美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代初提出的一种定性与定量分析相结合的多指标决策方法, 是一种主观赋权方法。它通过两两比较的方式, 结合“1～9比率标度”, 确定分层结构不同指标的权重, 并对专家判断的一致性进行检验, 若一致性不符合要求, 允许重新判断决策, 从而将复杂、模糊的问题简化、量化。该方法能模型建立和求解较简便, 也能有效地降低专家的个人偏好对打分的影响。
2.3 主客观组合赋权法
熵权法的突出优点是:权重系数客观性强, 是由指标数据矩阵的计算得出。但赋权法的结果中最重要的指标不一定就有最大的权重系数, 解释性不好。因此, 还必须结合层次分析法, 弥补单纯熵权法的缺陷。在实际确定指标的权重中, 可根据需要将主观赋权法和客观赋权法, 采用合适的组合方式构造组合权值, 称之为组合赋权法[4]。组合赋权可以弥补单纯使用主观赋权法或客观赋权存在的缺点, 减少随意性。
设主观赋权法得出的权重向量为ω'= (ω'1, ω'2, ω'3, …ω'n) T, 由客观赋权法得出的权重向量为ω''= (ω''1, ω''2, ω''3, …ω''n) T, 以α、β作为两种权重向量的加权系数, 则一般最终权向量表示为:
为了使主观信息和客观信息在排序中得到充分体现, 考虑由主观权重确定的加权属性值与客观权重确定的加权属性值趋于一致, 建立α和β的最优化模型。主客观评价信息的偏离程度为:
采用线性权和法化成如下的单目标规划模型:
解此模型:
将计算出的α、β带入式 (4) 即可求出主客观组合权重w。
3 灰色关联度综合评价
灰色关联分析的基本原理是:通过对系统数列与参考数列几何关系的比较来分清综合评价中多个指标的关联程度, 序列曲线的几何形状越接近, 则它们之间的关联度越大, 反之越小[5]。利用灰色理论建立的方法模型, 能较好地克服评判过程中人为因素对评价结果的影响, 为方案排序的解析化、定量化提供更为有力的手段。
设X0={x0 (j) , j=1, 2, …, n}为参考数据序列, Xi={xi (j) , j=1, 2, …, n;i=1, 2, …, m}为评价数据序列, 即共有m个评价数据序列, 每个序列共有n个指标, 根据邓氏经典灰色关联法, 式 (10) 表示第i个评价数据序列与参考数据序列在对应的第j个指标的相对差值, 即关联系数为ξ0i (j) :
式中δ为分辨系数, 是为了避免最大极值过大而造成关联系数的失真, 以提高关联系数之间的差异显著性而人为规定的系数, 取值范围δ∈[0.1, 1], 一般取0.5。
其中wj为主客观赋权法计算出的权重系数, 比较序列与参考数据序列的指标曲线越相似, ri就越大, 该比较序列就越优。
4 加热炉节能运行的综合评价及编程实现
以新疆某两家石化公司为例, 对其使用加热炉的节能运行情况进行综合评价。据标准[2], 不同热负荷的加热炉受客观条件限制, 热效率、排烟温度、过剩空气系数等指标所能达到的最好值是不同的, 合格的指标也有所不同。因此, 根据热负荷大小分为大于20 MW、10～20 MW、5～10 MW、小于5 MW等四个组, 实测指标数据见表1～表4。
4.1 无量纲化处理
排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数为负向指标, 指标值越小越好;热效率为正向指标, 指标值越大越好。指标数据的无量纲化处理分别采用式 (12) 、式 (13) :
正向指标无量纲化:
负向指标无量纲化:
4.2 确定权重
加热炉节能运行的综合评价中, 采用主客观组合赋权法来确定各评价指标权重最为理想。首先, 采用熵权法计算四组指标的权重, 根据公式 (1) 、 (2) 和 (3) 计算, 所得权重值见表5。
从主观因素分析, 各组加热炉的指标重要性不因负荷变化而变化, 因而只有一组权重。采用层次分析法, 通过合理选取专家, 进行咨询打分, 其中一位专家的所得判断矩阵见表6。
经计算, 该判断矩阵满足一致性检验, 综合5位专家的咨询结果, 得出主观权重为[0.287 5, 0.075, 0.05, 0.15, 0.437 5]。以热负荷大于20 MW一组为例, 根据式 (8) (9) , 计算得到α=0.57, β=0.43。从而反映主客观信息的组合权重向量为:w=0.57ω'+0.43ω'', 最终权重为[0.215 9, 0.155 4, 0.155 4, 0.180 1, 0.293 2]。其他三组的权重以相同的方法算得, 见表7。
4.3 关联度计算
四组炼化工艺加热炉的指标值分别进行灰色关联度的计算, 以每组各个指标值的最优值组成参考数据序列, 根据公式 (11) 、 (12) , 计算得到关联度及其排名。关联度越大, 说明加热炉的节能情况最好, 由此可以得到两家石化公司工艺加热炉运行综合评价的优劣排序。通过关联度值的大小分为七个等级, 划分规则见表8。
可以得到加热炉等级分布图 (图2) , 纵坐标表示各个等级加热炉的台数。等级1、等级2的加热炉节能运行情况最好, 等级6、等级7的加热炉用能情况较差, 因而在进行加热炉的节能改造时优先考虑等级6与等级7的加热炉, 尤其是编号A1008、B1010、A1005、A1002四个等级7的加热炉, 在节能改造计划时应优先考虑。
4.4 Excel VBA编程实现
VBA (Visual Basic For Application) 是依附在Excel中的二次开发语言, 可以编写代码使程序自动执行, 完成复杂的运算。在加热炉节能运行评价的计算中, Excel表格作为前台指标数据、权重数据、综合评价值的输入和输出, VBA程序代码在后台提供计算步骤, 并通过按钮实现计算结果的输出。编程的算法流程图见图3。
5 结论
1) 在炼化企业工艺加热炉节能运行的多指标评价体系中, 提出了基于熵权法和层次分析法 (AHP) 组合的主客观赋权法。熵权法可以充分利用指标数据所蕴含的信息量, 层次分析法有较强的解释性, 结合两者优点, 由数学规划模型将客观权重和主观权重加权综合, 计算得出的结果较好地反映了权重的客观程度和主观解释性, 更具有科学合理性。
2) 采用灰色关联度法作为加热炉节能运行综合评价的方法, 包括加热炉按负荷分类, 确定参考数据序列和比较序列, 原始数据的无量纲化处理, 计算灰色关联系数及关联度。
3) 利用Excel VBA编程工具, 将复杂的数据计算用代码实现, 仍然在Excel表中实现数据的输入和计算结果的输出。该编程工具简单易懂, 大大简化了综合评价的计算过程。
摘要：对工艺加热炉的运行情况进行综合评价, 是炼化企业设备节能管理的一项基础性工作。采用基于熵权法和层次分析法的主客观组合赋权法, 确定排烟温度、炉体外表面温度、烟气氧含量、过剩空气系数和热效率等五项指标的权重系数。对新疆两家石化企业的加热炉按热负荷大小分为四组, 采用灰色关联度法进行节能运行的综合评价, 通过比较关联度的大小得到节能情况的排序, 为企业加强加热炉的节能管理提供了可靠的依据。采用Excel VBA编程简化了加热炉评价计算过程, 为企业评价加热炉运行状况提供了便利。
关键词：工艺加热炉,熵权法,层次分析法,灰色关联,主客观组合赋权法
参考文献
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加热炉的节能减排 篇7
北Ⅱ-1原油稳定加热炉进油自动控制方案原采用PID控制方式,以出口温度为参照调节入口流量。当油量波动时,PID控制反应过快,造成加热炉四路入口油量不能合理分配,导致四路出口温差较大,易造成偏烧、结焦现象。
原控制方式不能有效地将四支路作为一个整体统一控制,且PID控制不能解决以出口温度为参数调节入口流量带来的温度滞后现象[1]。研究后希望采用一种可以实时比较四支路出口温度差值的控制方式,通过动态调节支路进油达到出口温度动态平衡。
选定模糊控制,在传统的控制领域里,控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的关键,系统动态的信息越详细,则越能达到精确控制的目的。然而,对于复杂的系统,由于变量太多,且综合参数非线性,往往难以正确地描述系统的动态;因此,采用此技术的出发点是人工控制经验或相关专家知识的模糊控制方式,模拟人工控制的过程和方法,增强控制系统的适应能力,使之具有一定的智能水平[2]。
1实现模糊控制
1.1实现要点
1)研究加热炉出口温度模糊控制思想,建立以四路出口较小温差控制油量分配的基本理论。
2)建立模糊数据库,摸索温度差值、时间差值和阀门开度的基础值。
3)确定模糊控制方案,编制基本逻辑框图。
4)编写ME控制程序,确定基本变量和辅助变量。
5)现场调试。
1.2实现过程
加热炉四路进口流量调节以四路出口管线温度为依据,实时判断四路出口中温度最高的支路与温度最低的支路的温度差。当实际温差超过设定温差时,温度最高的支路调节阀自动以设定幅度增加开度;当阀门开度超过80%时,调节温度最低的支路调节阀,阀门以设定幅度自动减小开度;当最大与最小温差在设定范围时,调节阀开度保持恒定不变。阀门可调开度为20%~80%,四路出口温度实时动态比较,四路入口油量动态平衡,最终达到四路出口温差控制在要求范围内,有效避免偏烧、结焦现象。
建立模糊数据库,摸索温度差值、时间差值和阀门开度的基础值。控制界面中可以设置为手动或自动。设置为手动时,调节阀的开度可通过操作人员手动控制;设置为自动时,需设定界面中的温差设置、幅度设置和时间设置。
温差设置:当四路出口中温度最高的支路与温度最低的支路温差超过此设定值时,开始进行自动调节(经摸索逐步建立温差数据库,目前设定为2℃)。
幅度设置:调节回路每进行一次输出时,调节阀开、关变化的幅度(经摸索逐步建立幅度数据库,目前设定为2)。
时间设置:确定调节回路每进行一次输出的时间周期(经摸索逐步建立时间数据库,目前设定为20 s)。
1.3上位界面
在调节界面中可以设置手动和自动,当设置为手动时调节阀的开度可以通过人工手动控制;当设置为自动时,界面中的温差设置、幅度设置和时间设置可以根据实际情况进行设置。
1.4逻辑图(图1)
2关键技术
2.1模糊控制建立模型
北Ⅱ-1原油稳定加热炉支路进油控制方式原是以出口温度为参照控制入口流量,存在温度滞后造成出口温差过大,PID控制方式无法解决此问题。传统的控制理论对于明确系统有较强的控制能力,但对过于复杂或难以精确描述的系统,则显得无能为力。采用模糊控制方式,使四条支路同时参与同一动态调节,按照模糊控制中定义变量、模糊化、知识库、逻辑判断及反模糊化五步骤[3],利用有效的知识库和模糊判断,加以大量的人工操作经验得到的时间周期、温度差值、调节幅度的变量数据库,建立了适合北Ⅱ-1原油稳定加热炉支路进油的模糊控制方案。
2.2DCS程序编制
在北Ⅱ-1原油稳定加热炉ME控制系统中编制上位、下位加热炉防偏烧控制程序。下位软件PAC Control Professional中,原温度模拟量输入点及调节阀开度数字量输出点可不变,增加判断框中的相应变量,设定时间周期、温度差值、调节幅度变量点,编制逻辑框图。上位软件PAC Display Professional中,绘制调节界面,设定TV106a、TV106b、TV106c、TV106d输出值上下限。
2.3模糊数据库中关键值摸索
根据加热炉设备参数、运行参数以及模拟计算[4],且反复调节试验,最终摸索出适合北Ⅱ-1原油稳定加热炉支路进油的模糊数据库:温差设置按照工艺要求,可设定为1~2℃,1℃时调节阀动作更为频繁,不利于调节阀长期运行,2℃更为理想;幅度设置过程中,利用控制方案中的手动赋值,摸索幅度值在1~10之间时温度控制效果,目前设定为2,较为理想;时间设置参考其他成功案例,目前设定为20 s。
3模糊控制节能应用效果
模糊控制应用后,四路进油量、四路出口温度共同实时参与每一次控制判断,通过更加完善的控制理论精心操控原油四路入口油量,四路出口温差控制在要求范围内(设定为2℃),有效避免了偏烧、结焦现象,且降低加热炉自耗气的消耗量,达到了节能降耗的目的。
此项技术实施前,加热炉效率由年初的87%降至年末的85%,实施后加热炉效率稳定不变,加热炉每年可缩短检修期6~7 d,年节省维护费用1.6万元,年节省燃料气16.96×104m3。
4结论
经过实施可验证:模糊控制方式较之前PID控制方案更加适合加热炉四支路进油的出口温度控制;可利用OPTO22控制系统上、下位软件实现模糊控制;以四路出口较小温差控制油量分配的基本理论可克服因温度滞后带来的控制不稳等问题;人工操作经验、加热炉相关数据及成功案例[5]可帮助建立关于温度差值、调节幅度与时间设置的数据库。
该成功经验可在其他原油稳定装置上应用,解决因温度滞后带来的加热炉进油控制不稳情况。
摘要：北Ⅱ-1原油稳定加热炉进油自动控制方案原采用PID控制方式,以出口温度为参照调节对应支路入口流量。针对PID控制反应过快,造成加热炉四路入口油量分配不合理,四路出口温差较大,易偏烧、结焦及大量消耗燃料气的问题,研究采用一种在加热炉出口温度与支路进油间的模糊控制技术,建立以四路出口较小温差控制油量分配的基本理论,实时对比判断四路管线温差,调整进油量。模糊控制技术应用后可保证油量合理分配,四路温差控制在要求范围内,避免偏烧、结焦现象,且降低加热炉自耗气的消耗量,达到了节能降耗的目的。
关键词：原油稳定加热炉,模糊控制,数据库,基础值,能耗
参考文献
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加热炉的节能减排 篇8
1轧钢车间加热炉温度自动控制系统及实现
如今, 随着钢铁生产技术、工艺以及生产设备等的不断发展, 微型计算机以及可编程控制器等的逐步推广和应用, 加热炉窑的自动化控制也得到了全面的发展, 并以现代化控制理论为指导, 逐步实现系统的优化控制。对于加热炉而言, 其自动化控制大体包括以下层次:
1.1结合燃料的利用率情况以及空燃比的合理性, 确保加热炉燃烧过程中自动化控制目的的实现, 也就是控制对象为炉温的DDC级控制;
1.2将钢坯的加热过程进行优化为目标, 对炉温及燃耗量进行自动化控制, 即所谓的控制对象为钢温的SPC级控制;
1.3将生产系统的协调与优化为目标, 基于前后工序的自动化来确保加热段调度及管理自动化的实现, 即所谓的控制对象为全系统最优化的SCC级控制。目前使用较多的加热炉温度自动化控制系统是以串级比值控制为原理实现的, 此种控制方法是一种基本的加热炉温度控制方法, 也是如今使用最多的温度控制方法之一。其不仅可以克服煤气及空气压力的波动等不良因素, 确保空燃比, 而且十分简单易行。
为了实现空燃比控制过程的精细化, 后来又出现了一种新的控制方法, 即在串级比值控制法中包含了双交叉限幅。此法能够对空燃比进行动态控制, 但是由于其限幅过程使得系统的响应速度大大降低了, 因而对负荷变化情况的跟踪速度有较大影响。因而此法仅仅适用于温度调整范围及速度相对较小的热段控制过程中。
针对上述情况, 为提高其响应速度, 可通过将限幅系数设置为自动进行温度偏差的修正来对此法进行改进, 这样, 在温度偏差相对较大的情况下能够取消此种限幅的功能。此种改进型的双交叉限幅控制系统较旧有的串级比值控制系统而言, 其无论是在控制方法上, 还是在控制效果方面均更具优势, 并且系统响应速度也有很大程度的提高。
2轧钢车间加热炉节能问题及对策分析
2.1加热炉节能问题分析
加热炉使用过程中, 有关节能方面的问题有很多, 主要包括燃烧、冷却系统、氧化烧损、加热炉压力、热损失、钢坯加热的不匀以及热工制度等等方面。以下主要就加热炉中常见的节能问题进行分析。
2.1.1煤压与热值的波动
对于许多钢铁企业的轧钢车间而言, 均存在着煤气压力以及热值波动方面的问题, 一旦煤气管压力过大、热值发生波动, 将会直接造成空燃比失调, 进而导致加热炉的不充分燃烧, 或者排烟过程中热损失量的大幅增大, 从而大大增加了加热炉的能耗。
2.1.2烧嘴发生堵塞及腐蚀漏气
对于烧嘴发生堵塞以及腐蚀漏气而言, 这方面主要是由于煤气的净化程度不足引起的, 因煤气中含大量硫、苯、尘以及焦油等杂质, 因而冬季将蒸汽进行管道的通入时, 将会直接导致管道的末端以及烧嘴的通道发生堵塞, 或者因腐蚀而发生漏气情况, 直接导致加热炉加热能力的大幅下降, 导致不充分燃烧程度的增大, 对于加热炉的节能降耗以及安全生产均十分不利。
2.1.3换热器受损
对于轧钢厂而言, 无论是煤气或者空气换热器, 均会出现一定程度的损坏情况。例如, 空气换热器首排的导气管被封死, 或者煤气换热器腐蚀老化而导致煤气发生泄漏, 若无备件准备, 则必须将其甩掉, 无法对煤气进行预热, 此情况直接导致煤气的不充分燃烧, 并导致能耗的上升, 影响加热炉生产的节能性。
2.1.4炉头及炉墙发生冒火
不少加热炉各侧墙的密封程度不一致, 某侧密封较好, 而另一侧则较差, 此时若进行小规格产品的轧制时, 由于轧制的节奏相对较慢, 因而基本没有冒火现象出现, 但在进行较大规格产品的轧制过程中, 由于轧制的节奏相对较快, 因此炉压也较高, 此时密封性较差的那一侧容易冒火, 导致窜火及透红现象的发生, 对于节能降耗十分不利。
2.1.5加热炉底结渣情况严重
随着轧钢产量的不断增加, 加热炉的负荷也在随之不断提高, 再加上加热炉的炉压较难进行控制, 因此吸冷风的情况较为严重, 这将会直接导致加热炉炉底的严重结渣, 炉底结渣呈不规则浪丘形式, 并从炉头方向一直延伸至出钢滑道, 这不仅直接影响出钢的正常性, 更增加了能耗。
此外, 有些加热炉仍在使用水冷, 且水温较高, 这不仅导致炉内水管结垢, 还会将炉膛热量带走, 从而导致热耗的增加。
2.2加热炉节能措施分析
2.2.1对于加热炉煤压及热值波动问题而言, 可通过煤气稳压装置来解决, 规划过程中应考虑进行煤气柜的建设, 以便调节煤气的供需平衡性。此外, 加热炉进行燃料的使用时, 应进行单一煤气的应用, 或者调节好煤气的混合比例, 以便对煤气的热值进行稳定。除此以外, 还应增设热值仪, 以便加强对煤气热值的监控力度。进行检修时应错开对不同加热炉之间的检修时间, 以缓解煤压以及热值的波动等问题。可借助于最佳控制燃烧技术来有效减少煤压及热值波动对加热炉燃烧过程所带来的影响。
2.2.2可采用干法替代湿法, 以降低煤气的含水量, 加强对煤气的净化, 同时定期对烧嘴中的粘结物进行清理, 尽量降低出钢的温度, 以便实现待轧时间的进一步减少。此外注意对加热工艺进行进一步优化。
2.2.3将排烟温度控制在110℃以上, 并避免受到酸的腐蚀, 定期对煤气积水进行去除, 进行换热器的选择时应优先选择耐高温且防腐蚀。
2.2.4将炉内压力进行控制, 并对损坏的炉墙进行灌浆和修补, 对于炉底的结渣应定期进行清理, 并采取措施来减少加热炉的氧化烧损。
2.2.5全面实现自动化操作, 采用汽化或无水进行冷却, 并注意加强管理工作, 防止加热炉超负荷及超温下工作。
摘要：作为轧钢工业中相当重要的组成方面之一, 轧钢车间加热炉的能源消耗占车间总体能耗的60%-70%。加热炉主要用来对钢坯进行加热, 以确保钢坯出炉的温度能够达到轧钢的要求, 因此, 如何实现轧钢车间加热炉温度的自动化控制, 并实现此过程的节能降耗成为相关领域的重点问题。
关键词：轧钢,加热炉,温度,自动控制,节能对策
参考文献
[1]山巍巍.轧钢加热炉温度控制与节能[J].应用科技, 2010 (01) :192-193.
加热炉余热回收工程节能改造分析 篇9
关键词：加热炉,回收,节能改造
一、引言
众所周知, 在煤炭等原料燃烧时, 除了产生大量的能量以外, 还会产生大量的二氧化碳、一氧化碳气体, 而这些气体也含有大量热量, 如果就此白白浪费, 就造成了能量的流失, 但是如果能够利用一些措施及技术, 使得这些气体能够被利用, 帮助加热炉内天燃气更好地进行燃烧, 使得热量有效利用, 那么能量的利用率会大大的提升, 同时, 利用加热炉尾部烟气热量使空气在进入加热炉前通过换热器使之升温, 将尾部烟道内热烟气引入锅炉利用, 以提高余热的利用率。笔者工作的地方, 加热炉换热器和烟道使用有十几年的时间了, 在使用期间从来没有检修或者更换过相关仪器, 一些零件早已老化, 不堪使用, 严重影响到加热炉的正常工作运转, 所以, 高层领导决定对加热炉进行一次彻底检查和修护, 而检查的主要项目就是对加热炉进行余热回收节能改造。
二、改造前加热炉的状况1换热器状况
旧换热器是1987年开始使用的翅片状金属换热器, 高温段由36根 (两组) Cr25Ni20铸钢翅片管组成, 低温段由36根 (两组) 含锡5%的铸钢翅片管组成, 管长1550mm, 每根管的传热面积25cm2。改造前, 旧换热器传热效果较差, 烟气温度最高1050℃时, 热风温度不超过400℃。烟气温度在800~900℃时, 热风温度仅330℃左右;烟气温度在550~650℃时, 热风温度只有100℃。该换热器使用到中、后期, 处于高温区的前列管多处出现横向裂纹。在检修时曾多次试图焊补裂纹, 但是焊补的裂纹不能熔合或重新开裂, 焊补未获成功。
2烟道状况
在主烟道以及去余热锅炉支烟道内, 砌砖已经松动, 个别的已经脱落。同时, 因旧烟道工作层是由导热性很强的硬质粘土砌筑成的, 它散热快, 前后烟气温差幅度大, 不利于余热锅炉对烟气热量的再回收。另外, 对烟道的砌筑不规范, 烟道两个侧墙的厚度不同, 隔热材料的厚薄、疏密也不一样。
三、加热炉改造内容
该工程包括更新空气换热器、烟道壁隔热和热风管外壁保温三项内容。
1更新空气换热器
新换热器采用的是国产带螺旋插件的钢管换热器。高温段管子是不锈钢管, 中温段管子是渗铝碳管, 低温段管子是碳管。
2烟道壁改造
在保障强度的情况下, 主要选择导热性低的材料, 减少烟道墙向外的散热, 从而提高烟道隔热性能。烟道的四壁顶部拱形, 温度高、散热快, 因而顶部加厚了隔热层。
3热风管外壁保温改造
热风从换热器送到烧嘴需要通过几十米长的管道。管道内壁已有120 mm的隔热层, 但已有十几年未检修, 保温性能变得很差, 这次改造决定增加外壁保温措施。
四、改造后效果分析1新换热器效果分析
加热大规格钢材时, 改造后换热器出风温度提高138℃, 比原出风温度提高41%, 加热小规格钢材时, 改造后换热器出风温度提高87℃, 比原出风温度提高54%, 新换热器换热效果明显。将提高的风温折算成热量, 每吨大规格钢材改造后节约天燃气3.3 m3, 节能6%;每吨小规格钢材改造后节约天燃气2 m3, 节能2.2%。
2分析换热器热转换效率
改造前, 换热器后部烟气温度大大高于热风温度;改造后, 换热器后部烟气温度低于或略高于热风温度。旧换热器温度转换效率为24%~38%, 新换热器温度转换效率为45%~54%。很明显, 新换热器大大提高了热转换效率, 这样, 在风温提高后, 除了获得回收物理热的效益外, 还能达到改善燃烧, 提高火焰温度的效果, 从而提高钢的加热能力, 增加加热炉的产量。
3烟道的改造效果及锅炉的余热回收分析
改造前, 测试余热锅炉烟气温度时发现, 进余热锅炉的烟气温度比换热器后部的烟气温度低得很多, 改造后, 这一温度降明显减小。进入余热锅炉的烟气温度提高了33℃。
五、存在的问题及解决方法分析
1天燃气供给量太多, 风机风量跟不上标准供风量17172m3/h, 但实际的供风量只有标准供风量的90%左右, 因加热炉所用套筒式烧嘴, 混合性能不好。天燃气与空气混合比例至少取1:11, 一般取11.5~12。
在正常情况下, 烟气至换热器处, 应比加热炉尾部低100℃左右。可实际温度不但未低, 反而高于炉尾温度, 说明烟气在烟道行走过程中, 可燃成份仍在燃烧。在测试过程中, 对烟气成分进行取样分析, 烟气中含有0.2%~0.4%的CO成分, 说明天燃气确实过量了, 也即意味着风机风量偏小。解决方法有以下两种途径:
(1) 在操作上控制天燃气最大供给量不超过1400 m3/h, 并且按规定要求调整好天燃气与空气的混合比例, 这是从根本上解决问题的方法。
(2) 在烟道人口处安装一个吸冷空气的调节阀, 根据烟气温度控制调节阀的开口度, 以利吸入适量冷空气, 把烟气温度降到允许值。
2换热器至余热锅炉仍有较大的温降
虽然改造后温降有所改善, 但仍有37~92℃的温度降, 依旧不太理想。原因分析:烟道上共有三个升降式闸阀, 引风机对烟道具有很强的吸力, 以至于把外面的空气通过闸阀处缝隙吸人烟道, 致使烟气温度降低。
六、结束语
综上所述, 当前的企业, 为了对换热器以及烟道的烟气排放情况进行实时有效的监测与记录, 应当将计控仪表的“循检烟气温度”功能全部恢复, 使对换热器能够与计算机进行紧密的联接, 将各个时期的数据储存在计算机内, 以供检查和检修时参考, 热风管内保温层和烟道高温段的保温隔热性能很容易降低, 应进行实时监控。
参考文献
参考文献
[1]王春峰.万德斌.催化外取热器换热分析[J].当代化工.2010 (5) .
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[3]胡敏东.金苏敏浴室废水余热回收热泵热水系统的分析[J].流体机械.2010 (10) .