工業爐窯物質流和能量流匹配的節能原理分析

作者：魏小林,李慧鑫,李森,黃俊欽,李博,陳立新

摘要：工業爐窯是我國的能耗大戶,每年耗能約占全國總能耗的1/4。在能源日益緊缺、環境污染嚴重的今天,工業爐窯節能減排工作十分緊迫。工業爐窯的生產是不同設備、不同工序協同生產的一個過程,包含物質與能量在各個系統之間的轉換與轉移,因此工業爐窯的物質流和能量流分析是爐窯實現高能效和低排放的基礎。一般的方法主要從爐窯的產品用能或余熱利用角度來分析,未將工業爐窯作為一個系統,整體來考察物質流和能量流狀況。基于節點計算法,從工業爐窯整體系統出發,建立一種工業爐窯物質流與能量流匹配的數學模型,獲得了典型工業爐窯不同部位的能量收支情況;同時采用熱力學第二定律的分析方法研究爐窯系統的損失,明確了爐窯節能的重點部位。采用該方法開展了3200 t/d典型水泥爐窯的物質流和能量流分析計算,結果表明,水泥爐窯的熱量損失主要包含高溫損失與低溫損失,其中高溫損失主要是爐窯壁面散熱損失與煤粉未燃盡的碳熱損失,分別占6.84%與1.95%,損失分別為4.17%與2.59%,有較大的節能潛力;低溫熱損失包含煙道尾部煙氣的排煙熱損失、出冷卻機熟料帶出的顯熱等,AQC爐和SP爐的熱量損失各占3.06%和6.19%,損失分別為1.26%和1.45%,仍有利用價值。針對高溫和低溫熱量損失的不同原因,對于爐窯的節能潛力進行了評估,提出采用先進保溫、富氧煅燒、低溫余熱再利用等新技術,可進一步降低爐窯的煤耗;此外,也推薦了減少設備電耗的新技術,如采用高效風機以及永磁電機等,結合富余蒸汽拖動風機以及節能管控等技術,有望實現熟料燒成系統零電耗的目標。

發文機構：中國科學院力學研究所高溫氣體動力學國家重點實驗室 中國科學院大學工程科學學院 北京漢能清源科技有限公司

關鍵詞：工業爐窯物質流能量流匹配節能原理industrial furnace and kilnmaterial flowenergy flowmatchingprincipal of energy saving

分類號： TQ53[化學工程—煤化學工程]TK114[動力工程及工程熱物理—熱能工程]