《动态展望》PPT课件.ppt

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1、第六章 主流热工设备的 发展动态与展望 机电工程学院能源系,第六章主流热工设备的发展动态与展望,本章要点：主要介绍（1）水泥熟料烧成系统的最新动态与展望；（2）玻璃池窑的最新发展动态；（3）隧道窑和辊道窑的最新发展动态。要求：以动态和发展的眼光看待本章的内容,6.1水泥熟料烧成系统的最新动态及其展望,世界水泥工业生产技术的发展正经历着历史性的重大突破，随着新型干法水泥回转窑单机生产能力的进一步大型化，日产量10000t熟料的预分解窑的问世，标志着水泥工业在生产工艺、机械制造和自动控制等方面又有了一次飞跃，也大幅降低了水泥生产的能耗，其经济效果十分显著。,6.1水泥熟料烧成系统的最新动态及其展望

2、,水泥熟料的热耗，国际先进指标约2717kJ/kg-熟料。GB16780-2007水泥单位产品能源消耗限额可比熟料综合能耗先进值对4000t/d以上的企业要求为114kgce/t。折合3341kJ/kg。水泥生产的电耗，国际上最先进的指标降低到约80kw.h/t-水泥。如果再利用出预热器的废气和出篦冷机的余风进行中、低温余热发电，每生产1吨熟料还能回收30-40kW.h的电能，这样能使水泥生产的净电耗降为4060kW.h/t-水泥，甚至更低。GB16780-2007中可比熟料综合能耗先进值对4000t/d以上的企业为85kW.h/t-水泥。,6.1.1环境保护方面,低环境负荷的水泥生产模式（环

3、境友好型的水泥生产模式）。具体措施：第一，利用分解炉内的部分“还原烧嘴”，或局部“还原区”或增设SNCR系统（全称为选择性非催化系统）等措施来将废气中的NOx还原为N2，从而降低出窑废气中的NOx浓度；第二，利用分解炉上的多级燃烧技术来降低出炉废气中的NOx排放量（多级燃烧的本质是增设燃烧器的数量从而可在多处实现分级燃烧，也称多重燃烧。这样一则可以降低局部高温来降低NOx的生成量；二则部分燃烧器也可以设计成还原烧嘴来将NOx还原为N2);,6.1.1环境保护方面,具体措施：第三，实现可燃废弃物的无害化、可燃化、资源化；第四，利用工业废弃物替代天然矿物配料。例如，利用电石渣生产水泥，过去用湿法回

4、转窑煅烧是成功的，目前的发展方向是如何用新型干法水泥回转窑系统来煅烧用电石渣配料的生料。其它工业的一些副产品或废弃物也可用作水泥生产的原料，像制铝厂的赤泥等。此外，磷肥厂排出的石膏（磷石膏）、火力发电厂等企业进行烟气脱硫时所排出的石膏（脱硫石膏）除了能制做石膏制品以外，也可以用作水泥磨中的石膏，而且，通过一些特殊的手段将其分解后也可用作水泥生产的钙质原料，其硫酸盐可于生产硫酸。,6.1.2熟料烧成系统本身,预热器系统：目前一般采用双列五级旋风筒结构，大型窑系统还采用双列六级旋风筒结构，其中间级旋风筒为低阻高效旋风筒，这可有效地降低旋风筒的压损，从而对提高旋风筒内的风速有利。分解炉：当前分解炉（

5、包括管道式分解炉）的容积可使物料在其内的平均停留时间一般达到12s以上，从而保证燃料完全燃烧与生料充分分解，也能适应应用劣质燃料和可燃烧废弃物的需求。窑尾预热/预分解系统的阻力损失为45kPa，主排风机采用变频调速传动。回转窑：虽然出现过像PYRORAPID这样长径比为10的双支撑超短回转窑（简称：两点支撑超短窑）但是目前多数窑外分解窑系统的回转窑长径比都在14-16的范围，且大多数采用的是三对托轮支撑（简称：三点支撑）。,6.1.2熟料烧成系统本身,煤粉燃烧器：由于新型多通道煤粉燃烧器的采用，使得目前水泥回转窑一次风量已经降至总助燃风量的6-8%，因二次风可预热，大大提高了燃烧效率和整个烧成

6、系统的总效率。与此同时，随着回转窑对原煤品质要求的不断降低和人们环保意识的不断增强，无烟煤、劣质煤以及一些可燃废弃物的利用技术与低NOx燃烧技术逐渐成为热点，促使煤粉燃烧器的结构形式不断的改进。另外，新一代的双通道喷煤管，在性能调节、火焰形成能力以及燃烧效率等方面也表现出优良的性能。在理论研究和优化设计方面，随着多相流及化学反应的计算机模拟技术不断发展，使得燃料燃烧器的研究人员不必再依赖传统的冷态气体模拟实验。,6.1.2熟料烧成系统本身,熟料冷却机：第三代可控流空气梁式篦冷机，由于将篦冷机分成若干段且装设有高阻力篦板，分段、分区单独的通风冷却，并在进料端强化通风，从而提高了冷却效率，增加了热

7、回收率，也提高了二次风温、三次风温，熟料层厚度可达0.60.8m，同时也改善了熟料在篦板上分布的均匀性与移动的连续性，防止或消除了“雪人”或“红河”等异常现象，在二、三段篦板之间的辊式破碎机将大块的熟料破碎成小粒，再重新均匀分布于下一段篦板上，这样有利于熟料内部的冷却。第四代篦冷机包括：丹麦F.L.史密斯公司的推动棒式篦冷机、德国伯力休斯公司的伯力揣克（Polytrack）篦冷机等、国内的成都建材工业设计研究院有限公司已经研制出具有自主知识产权的第四代篦冷机。,6.1.2熟料烧成系统本身,熟料冷却机第四代篦冷机的优点：1、采用固定篦床，维护费用非常低，便于均匀地分配冷却空气量和大幅度地降低漏风

8、量，也省去了篦床下的（漏料）拉链机。2、输送熟料的功能则由其他一些机构来完成，而且该机构与冷却系统完全分开，这样便于机内易磨损件的更换。3、整个篦冷机内的每一块篦板上都安装有各自的自动风量调节器，从而能够完全有效地控制进入每一个篦板的空气量，而不需要在冷却机外面再设立控制系统，也节省了高阻力篦板的高能耗。4、整个熟料冷却机是由标准模块组装而成，有利于简化安装过程和更换部件。,6.1.2熟料烧成系统本身,耐火材料与保温材料：耐热、耐磨等性能改善。新技术：1、流化床水泥熟料煅烧系统；该技术可能是窑外分解技术后水泥行业的另一次技术革命。该系统中，预热器的结构与当今使用的预热器并无太大的变化，但分解炉

9、换成了造粒炉，而且用流化床烧成炉和流化床冷却机取代了回转窑和篦冷机，从而使整个熟料煅烧过程全部在静止装置中完成，且占地面积小、环境效益高。（山东绿源水泥有限公司曾引进1000t-熟料/d的水泥烧成系统。）除了流化床烧成系统外，国外也有其它快烧熟料技术以及电烧熟料技术、等离子烧成熟料、微波烧成熟料等高科技熟料烧成技术的报道。,流化床水泥熟料煅烧系统,6.1.2熟料烧成系统本身,2、中、低温余热发电技术；对于NSP系统排放废气的余热进行回收，鼓励采用纯中、低温废气余热发电也是产业政策的要求。目前国际上水泥工业利用余热发电的一般水平为每生产1吨熟料可回收35kW.h的电能。采用的传热介质有：水蒸气、

10、热水和一些低沸点有机物，分别适用于300-500，160-320 和70-180 的废气温度。发电循环热效率分别为18-26%、11%-18%和8%-12.5%。提高发电循环热效率的潜力还很大。还有许多值得深入研究的课题。,朝着优质、高产、低消耗、零污染发展水泥工业的“四零一负”,“四零一负”即：水泥企业对其周围生态环境完全达到零污染;水泥熟料生产企业对外界电能的零消耗;水泥企业对废料、废渣、废水的零排放;熟料生产对天然矿物燃料(煤、油、天然气)的零消耗;水泥企业对全社会废料、废渣的负增长作出应有的贡献。,当代水泥工业研发工作的八大方面：,根据丹麦史密斯公司北京代表处高长明先生在分析研究世界著

11、名水泥公司、装备公司及科研院所现今的重点研发课题，结合近年来信息技术的迅猛推广，为了实现可持续发展，率先进入绿色工业，认为当代水泥工业的研发工作应着力于以下八大方面：1.水泥工业和生态环境完全相容，和谐共存，杜绝偶然或短暂的超标排放，水泥企业对周围环境达到零污染；2.创新余热回收技术，实现废气余热的发电量与水泥的综合耗电量持平，达到水泥企业对电能的零消耗；3.开发利用多种再生燃料，争取100地取代熟料的煅烧用煤，同时大幅度降低温室气体CO2的排放，水泥企业不仅要保证废料废渣废水的零排放，而且还要实现对天然矿物燃料的零消耗；4.运用数字神经网络系统及专家系统，优化智能型过程控制，实现无人操作和远

12、程调控或诊断，改变传统的生产管理模式；,5.提供个性化服务，水泥企业将按不同客户的各种需求，在符合水泥国际标准的前提下，设计其产品的最佳质量指标，批量生产，实时发运；6.继续提高工艺效率、机电装备的可靠性和运转率，窑系统的年运转率要稳定在90以上；7.水泥企业向互联网企业转型，发展电子商务。使企业与消费者，供应商与合作伙伴之间实现零距离微成本的实时沟通与洽商，提高商务活动效率，降低企业交易成本、产品成本，水泥企业的大中型配备件完全实现零库存。8.实现水泥生产过程“零人工”的设想，即在正常生产的情况下，水泥厂内基本上无需操作与质检人员，由智能化操作系统及机器人、机械手等所取代。仅需三五位监控管理

13、人员在家里操作就可以保障全厂的正常运行。9.通过对全社会废料、废渣、垃圾等的部分消纳、清洁处理促使其数量上的负增长；（加）按照ISO14000环境管理系列标准的宗旨和内容，达到“七零一负”的目标，在传统重工业领域内率先实现可持续发展的绿色工业。,当代水泥工业研发工作的八大方面：,6.2玻璃池窑的最新发展动态,随着玻璃工业新技术、新工艺、新品种以及玻璃深加工技术的不断发展和进步，玻璃产品在各行各业中的应用越来越广泛。玻璃品种方面：通过对玻璃产品内在与表面的改性处理，使其在强度、节能、隔热、隔声、耐火、安全、光控、自洁、环保等方面具备更优良的性能。具体：用于太阳能发电的光伏玻璃、电致变色玻璃、光致

14、变色玻璃、硬膜玻璃、自洁净玻璃、计算机硬盘用玻璃基板、新型薄膜的基片、折光玻璃、防静电及抗电磁干扰玻璃、玻璃天线、蓄光玻璃、防火玻璃、防盗玻璃、防暴玻璃、防爆玻璃等。,6.2玻璃池窑的最新发展动态,平板玻璃方面：浮法是主体工艺，发展方向是：大型化、特种平板玻璃（包括微晶玻璃、高硼硅耐热玻璃、彩色玻璃、超大玻璃、超厚玻璃、超薄玻璃、超白玻璃）、一窑多线技术、节能技术、节约资源技术、环保技术等。目前浮法工艺已经能够生产0.4mm-25mm（超厚）的平板玻璃、透光 率90%r 超白玻璃，以及在线生产热反射镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃等。各个公司、企业均有一套适应自身情况的专有技术及指导稳定生产的操作软件

15、，实现了浮法玻璃生产的科学化、规范化。,6.2玻璃池窑的最新发展动态,玻璃窑炉方面：环保、低耗、长炉龄、大型化是其发展趋势，尤其是大型化，因为就单位熔化面积来说，大型池窑的相对散热量比中、小型 池窑要少，所以其热效率高，即单位产品的燃料消耗量小，因而其综合成本较低，且所需要操作人员也相对减少。浮法玻璃池窑目前最高生产规模已经1000t/d。窑龄普遍达到812年。在国内，具备设计700-1000t/d规模的能力。,6.2玻璃池窑的最新发展动态,国内比较先进的浮法平板玻璃池窑的技术指标如下：1、熔化率：由一般的玻璃液/(m2.d)提高到2.0t玻璃液/(m2.d)以上，最高可达玻璃液/(m2.d)

16、;热耗：由大约10032kJ/(kg-玻璃液)，降低到最低约5600kJ/(kg-玻璃液)窑龄：由2-3年延长到5-6年以上（耐火材料全部国产化）,关键部位引进国外耐火材料时，其设计窑龄为810年；渗锡量：该指标主要指浮法玻璃下表面的渗锡量（以锡计数及表面微克量计）。对于该指标，一般国产池窑与中外合资池窑相差约50%，国产先进指标则与之只相差约10%,6.2.2玻璃池窑的新技术,1、用增碳法提高火焰辐射率以强化火焰向玻璃液的传热2、改变窑壁辐射光谱来强化窑壁向玻璃液的传热3、改进池窑的温度制度4、增加窑体的保温5、改进燃烧技术6、改进玻璃成分7、强化熔制8、减压澄清技术9、改进玻璃池窑的结构1

17、0、采用电助熔技术与全电熔窑技术11、水蒸汽成型的新技术12、采用废气余热利用新技术13、窑炉环保新技术,6.2.2玻璃池窑的新技术,1、用增碳法提高火焰辐射率以强化火焰向玻璃液的传热增碳法是提高火焰的辐射率的有力措施，火焰增碳后可使暗火焰变为亮火焰，其效果视炭粒大小（炭粒直径1-4微米时火焰的辐射能力最强）和火焰温度而定。,6.2.2玻璃池窑的新技术,2、改变窑壁辐射光谱来强化窑壁向玻璃液的传热在池窑内壁涂设辐射涂料来改变高温下玻璃池窑内壁的辐射光谱。辐射涂料一般由碳化物、金属氧化物和粘结剂所组成，涂层厚度约为0.2mm.国内研制的辐射涂料在高温下的辐射率达0.82-0.92，已用于小炉和蓄

18、热室上部的内壁，而且还在不断的改进其性能，扩大其应用范围。,6.2.2玻璃池窑的新技术,3、改进池窑的温度制度国内平板玻璃池窑习惯的温度制度是：1、2号小炉的温度较低。而实际上，在1、2号小炉范围内正是配合料中各种原料分解形成硅酸盐的过程，这些过程需要大量热量，如果该部位温度偏低，势必会造成配合料熔化速度减慢，料堆被拉得较远（即泡界线的位置较远），这是不合理的。形成的原因有两个：一是1号小炉离前脸墙较近，怕烧坏前脸墙；二是怕提高了1、2号小炉的温度以后，泡界线不好控制而影响生产。解决这一问题的方法是：加大1号小炉至前脸墙的距离，前脸墙采用吊墙结构，把热点位置适当前移，这样1号、2号小炉的温度可

19、提高30-50，从而提高池窑熔化率。,6.2.2玻璃池窑的新技术,4、增加窑体的保温目前，玻璃池窑大量采用电熔浇铸的耐火材料，这类耐火材料的导热系数较大，所以需要加强窑体保温来减少窑体向外界的散热损失。加强保温的效果有：（1）改善操作人员的工作环境；（2）增大窑体的热容量，从而更好地保持池窑内温度制度的稳定；（3）有利于提高玻璃液的温度，使池窑内的玻璃液温度分布及其流动状态更趋合理；（4）有利于提高池窑的熔化率，提高玻璃产品的质量，降低燃料的消耗。据有关统计，全保温玻璃池窑与未保温时相比，节能效果可达15%-20%。,6.2.2玻璃池窑的新技术,5、改进燃烧技术合理选择燃油喷枪；采用空气与燃料

20、比例调节；采用乳化燃烧技术富氧燃烧浸没燃烧技术,6.2.2玻璃池窑的新技术,6、改进玻璃成分适当调整玻璃中氧化钙、氧化铝、氧化镁的比例，或选用熔化温度较低的锂辉石，锂云母、高炉矿渣含碱金属氧化物的原料，可在保证玻璃性能不变的前提下，降低熔化温度。调整玻璃成分还能改善玻璃液内的传热条件，这样既可在不增加设备投资的情况延长窑龄，又可降低玻璃产品的成本和能耗，这种可能性已经引起人们的重视。,6.2.2玻璃池窑的新技术,7、强化熔制配合料的密实技术把粉料压成致密的料球或料块，不但能克服飞料，而且增加了配合料之间的接触面积，也增大了配合料的导热系数，玻璃液熔化时间可缩短30-40%,节能效果15-20%

21、。密实方法有：粒化法、挤压法、压实法等。玻璃池窑的池底鼓泡技术玻璃液的机械搅拌技术,6.2.2玻璃池窑的新技术,8、减压澄清技术液面压强降低而促进玻璃液内气泡排出，从而降低所需熔化温度或缩短熔化时间，取得节能效果。也能减少澄清剂用量、提高池窑熔化率、延长耐火材料寿命。其它促进玻璃液澄清的方法：超声波澄清法、薄膜澄清法（尤其适合与浸没燃烧技术配套使用）、离心澄清法等。,6.2.2玻璃池窑的新技术,9、改进玻璃池窑的结构改进投料池采用浅池结构缩窄卡脖的宽度耳池的作用窑坎的作用加长最末一对小炉至卡脖的距离改进流液洞的结构分段独立作业的玻璃池窑,6.2.2玻璃池窑的新技术,10、采用电助熔技术与全电熔

22、窑技术电助熔，热能得到充分利用，因此玻璃池窑所需的火焰温度会下降，且烟气量减少、耗热量降低、热效率提高，耐材寿命延长。实践表明：电加热辅助火焰熔化玻璃液，可以使玻璃池窑的生产能力提高10%,6.2.2玻璃池窑的新技术,11、水蒸汽层成型的新技术针对锡液易氧化的问题，有人建议用金银合金（28%Au+72%Ag）取代锡液作为浮法成型的金属重液，因为该合金在玻璃成型的温度范围内为流体，也不会被氧化，从而不需要还原性保护气氛，这使得浮法工艺大为简化。水蒸气浮法成型工艺：原理是出窑的玻璃液流到含水的多孔材料托板上（该托板是亲水性材料），因玻璃液的高温散热，使多孔板材料中的水分瞬间蒸发，于是玻璃液稳定的漂

23、浮在水蒸汽膜上。此外由于水蒸汽的导热系数很小（即传热性很差），玻璃液的导热导热系数较大（玻璃液内部传热较快），因此，玻璃液能够保持成型所需的温度及其均匀性。,6.2.2玻璃池窑的新技术,12、采用废气余热利用新技术传统回收废气余热的最有效方法蓄热室或换热器。前者回收率高，核心是其内的格子体热管余热锅炉发电热管直接在烟道上回收废气余热预热入蓄热室内的空气或将冷水变成热水或水蒸汽。受NSP的影响，用废气余热用于生料预热、预分解。,6.2.2玻璃池窑的新技术,13、窑炉环保新技术玻璃熔窑中的主要污染物：烟尘、SO2、SO3以及NOx等。除尘技术脱硫技术脱氮技术。,6.3隧道窑和辊道窑的最新发展动态,

24、三大方面所用能源的进步；所用耐火材料的进步；陶瓷烧成技术的进步。,6.3隧道窑和辊道窑的最新发展动态,三大方面所用能源的进步；非清洁向清洁过渡。大部分现代化陶瓷工业热工设备都是使用清洁燃料（轻质柴油、煤气、天然气等）燃料烧嘴也是节能环保型（调整等温烧嘴、调整调温烧嘴、脉冲烧嘴、脉冲/比例调节高速烧嘴、预热式低NOx烧嘴等）,6.3隧道窑和辊道窑的最新发展动态,三大方面所用耐火材料的进步；对陶瓷窑炉来说，最具有代表性的新型耐火材料是各种耐火纤维制品、高级原料制成的轻质保温耐火砖、高级原料制成的窑具（尤其是优质SiC窑具）窑体和窑车的轻质化、窑具的轻型化也是现代陶瓷窑炉所用耐火材料的一个重要特征。,6.3隧道窑和辊道窑的最新发展动态,三大方面陶瓷烧成技术的进步。主要体现在两个方面：1、明焰裸烧和快速烧成2、陶瓷窑炉的宽体化。,6.3隧道窑和辊道窑的最新发展动态,更广泛的角度来看其动态1、广泛使用清洁燃料2、烧成方式采用明焰燃烧3、加强窑体保温来减少散热损失；4、模块装配式窑体结构，窑体内宽大、高度小5、生产过程计算机控制6、用更先进有效的废气（包括出冷却带的热空气）余热回收方式7、鼓励一些高科技手段来辐射加热烧成陶瓷制品，包括：红外加热技术、等离子加热技术、感应加热技术、微波加热技术等。,