中國工業(yè)爐現(xiàn)狀及展望

中國工業(yè)爐現(xiàn)狀及展望工業(yè)爐是能源消耗的直接載體，肩負(fù)著國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的重要使命。報告僅從工業(yè)爐節(jié)能角度討論工業(yè)爐的能源利用現(xiàn)狀及發(fā)展中面臨的問題。【引言】二、我國工業(yè)爐的發(fā)展趨勢一、我國工業(yè)爐的現(xiàn)狀1.2國內(nèi)工業(yè)爐的能源消耗情況1.1國內(nèi)工業(yè)爐的構(gòu)成概況1.3國內(nèi)工業(yè)爐的技術(shù)情況一、我國工業(yè)爐的現(xiàn)狀主要內(nèi)容：1.1國內(nèi)工業(yè)爐的概況工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中，利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量，將物料或工件加熱的熱工設(shè)備。一般地，鋼鐵冶金、有色金屬、機電行業(yè)、化工行業(yè)稱為工業(yè)爐,而在耐火材料、玻璃、水泥、搪瓷等行業(yè)則稱為工業(yè)窯爐。工業(yè)爐按供熱方式分為兩類：一類是火焰爐(或稱燃料爐)，第二類是電爐。工業(yè)爐的定義及分類：各行業(yè)工業(yè)爐名稱及數(shù)量：

工業(yè)爐是工業(yè)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于機械、冶金、化工及陶瓷等國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，量大面廣，品種繁多。（1）冶金行業(yè)：高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t及各類燒結(jié)爐窯；加熱爐、均熱爐等軋鋼用爐；各類熱處理爐及烘烤設(shè)備。（2）機械行業(yè)：鑄造車間有熔煉金屬的沖天爐等；鍛壓車間有各種加熱爐以及熱處理爐；焊接車間有焊件的焊前預(yù)熱爐和焊后回火爐等。

（3）其他行業(yè)：石油工業(yè)的蒸餾爐和裂化爐；煤氣工業(yè)的發(fā)生爐；耐火制品行業(yè)的隧道窯、梭式窯；硅酸鹽工業(yè)的水泥窯和玻璃熔化、玻璃退火爐；食品工業(yè)的烘烤爐等。從工業(yè)爐的產(chǎn)量和擁有量來看，在世界上我國堪稱“工業(yè)爐大國”。我國共有各類工業(yè)爐約12萬臺。工業(yè)爐中燃料爐約6.6萬臺，占爐窯總數(shù)的55%以上，電爐約5萬臺。機械行業(yè)爐窯約7.5萬臺，占爐窯總數(shù)的66%；冶金行業(yè)擁有各類工業(yè)爐1萬余臺，約占總數(shù)10%左右；陶瓷、建材、耐材行業(yè)擁有各類爐窯15000臺，約占總數(shù)的12%左右。石油化工行業(yè)有各類工業(yè)爐窯4000臺以上，約占總數(shù)的4%左右。

工業(yè)爐是我國的能耗大戶，年總耗能達2.6億tce，約占全國總能耗的1/4，占工業(yè)總能耗的60%，位居發(fā)電、供熱之后第三位。工業(yè)爐中燃料爐能耗占工業(yè)爐總能耗的92%，其中固體燃料約70%左右，其它為氣體和液體燃料。電爐按臺數(shù)計算占45%，而能耗僅占工業(yè)爐總能耗的8%左右。

1.2

我國工業(yè)爐能耗情況

我國工業(yè)爐技術(shù)自改革開放以來有了長足的進步，但工業(yè)爐的能源利用總體水平不高，僅相當(dāng)于發(fā)達國家20世紀(jì)70-80年代的水平，工業(yè)爐的熱效率平均不到36%，而國際上工業(yè)爐的熱效率平均為50%以上。我國是世界上第一鋼鐵大國，冶金工業(yè)爐的能量利用水平參差不齊。以連續(xù)軋鋼加熱爐為例，大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的爐子熱效率達到40%以上，部分爐子已達到甚至超過了國外發(fā)達國家水平，但非鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的加熱爐效率均在40%以下，發(fā)生爐煤氣加熱爐的熱效率在35%左右，直燃煤爐的熱效率僅為10%-20%。我國是世界上機械制造大國，但機械行業(yè)各類工業(yè)爐的熱效率的平均水平與發(fā)達國家相比差距甚大。我國機械行業(yè)中，先進的爐型所占比重不大，絕大多數(shù)為上世紀(jì)50-60年代的結(jié)構(gòu)形式，例如數(shù)以萬計的鍛造加熱爐，大多數(shù)燒煤，且室式爐居多，爐溫波動較大，加熱質(zhì)量差，熱效率低。如我國鍛造加熱爐的單耗高達0.7kg標(biāo)煤/kg，熱效率只有3%～10%；而日本、英國等發(fā)達國家的鍛造加熱爐的單耗只有0.15kg標(biāo)煤/kg，熱效率可達20%以上。

1.3

國內(nèi)工業(yè)爐的技術(shù)現(xiàn)狀2.2大力推進工業(yè)爐先進節(jié)能技術(shù)，促進工業(yè)爐技術(shù)進步2.1調(diào)整工業(yè)爐能源結(jié)構(gòu)，燃氣取代燃煤，將使工業(yè)爐節(jié)能減排獲重大突破2.3著力推廣蓄熱式燃燒技術(shù)等先進的節(jié)能技術(shù)，促進工業(yè)爐節(jié)能減排2.4中國工業(yè)爐產(chǎn)業(yè)化發(fā)展歷程及現(xiàn)存問題二、中國工業(yè)爐的發(fā)展趨勢主要內(nèi)容：

2.1調(diào)整工業(yè)爐能源結(jié)構(gòu)，燃氣取代燃煤，將使工業(yè)爐節(jié)能減排獲重大突破圖2.1中國與世界能源消費比例對比圖

我國工業(yè)爐的能源結(jié)構(gòu)是以煤為主的，燃煤工業(yè)爐占工業(yè)爐總能耗的70%，燃油、燃氣爐僅為20%左右。目前絕大部分燃煤爐的爐型落后，污染嚴(yán)重，熱效率低，不利于先進節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國工業(yè)爐節(jié)能減排的總體水平，成為瓶頸性問題。要想工業(yè)爐節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)，調(diào)整工業(yè)爐能源結(jié)構(gòu)勢在必行，它是實現(xiàn)我國工業(yè)爐從“蒸汽機”向“內(nèi)燃機”轉(zhuǎn)變的引擎。國家或地區(qū)儲量（世界天然氣儲量約145萬億m3）產(chǎn)量（或消耗量）（世界天然氣產(chǎn)量約23388億m3）在各種能源中比重分布美國4.7萬億m37075億m325.5%占世界的3.24%日本約800億m330%俄羅斯36.3萬億m3除供本國使用外，還向歐洲、日本等國出口約25%中國約38萬億m3238億m3（1999年）3.6%（在機械行業(yè)中<1%）天然氣田83個，占世界儲量的25%左右。陸地氣田儲量28萬億，海洋氣田儲量10萬億，東部11.5%，中部30.3%，西部28.2%，近海21.4%，南方8.6%（西部開發(fā)53%）

表2.1幾個主要國家天然氣能源發(fā)展概況

我國天然氣發(fā)展應(yīng)用前景分析

天然氣能源是一種一次能源，天然氣在給用戶供氣之前已經(jīng)過凈化處理，因而天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、清潔的燃料能源。目前，天然氣1/3作為化工原料，2/3作為燃料使用。近來，我國的天然氣資源的發(fā)現(xiàn)有了重大突破，已多處發(fā)現(xiàn)大型天然氣田構(gòu)造，總儲量約達38億萬m3

以上，占世界儲量的25%左右。天然氣消費增長2010年，我國天然氣表觀消費量突破千億立方米大關(guān)，達到1070.3億立方米，同比增長22.57%。專家預(yù)計，“十二五”期間，隨著氣化率的提高，我國天然氣消費量將繼續(xù)呈快速增長趨勢。

天然氣供應(yīng)提升

天然氣供氣格局預(yù)計，“十二五”末我國天然氣總供應(yīng)量將在2220立米到2400億立方米之間。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，到2015年我國天然氣產(chǎn)量達到1500億立方米，再加上進口天然氣作為補充，基本可以保持供需平衡格局。未來我國將逐漸形成國產(chǎn)氣為主，進口氣為輔的多氣源資源保障體系，初步形成頁巖氣、天然氣、煤層氣、煤制氣協(xié)調(diào)發(fā)展的供氣格局。

十二五末我國天然氣供需以及發(fā)展趨勢

積極采用天然氣能源，綜合利用和開發(fā)天然氣資源，將促進我國工業(yè)爐產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，建立新型的工業(yè)爐技術(shù)體系，促進我國工業(yè)爐行業(yè)的發(fā)展，有著良好的經(jīng)濟效益和社會效益，意義重大。天然氣工業(yè)爐技術(shù)開發(fā)的前景十分廣闊。按國家“十一五”節(jié)能減排規(guī)劃，年單位GDP能耗減少4%，“十一五”期間節(jié)能目標(biāo)20%。如果按此比例，工業(yè)爐年節(jié)能目標(biāo)為0.52億tce。而燃煤工業(yè)爐年總耗能為1.82億tce，如果用先進的蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)改造這類爐窯，按節(jié)能50%計算，可實現(xiàn)年節(jié)能0.91億tce，超額完成國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)。燃氣加熱爐的發(fā)展前景

2.2大力推進工業(yè)爐先進節(jié)能技術(shù)，促進工業(yè)爐技術(shù)

進步。主要措施：

（1）強化爐內(nèi)傳熱為核心，優(yōu)化工業(yè)爐整體設(shè)計

（2）推廣蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)等先進的節(jié)能技術(shù)，擴大技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

（3）采用輕型爐襯材料，優(yōu)化爐襯結(jié)構(gòu)

（4）注重爐子結(jié)構(gòu)與操作的和諧統(tǒng)一，實現(xiàn)工業(yè)爐科學(xué)操作1.強化爐內(nèi)傳熱為核心，優(yōu)化工業(yè)爐整體設(shè)計

（1）爐子的核心問題是爐內(nèi)傳熱問題，強化爐內(nèi)熱交換是根本的節(jié)能途徑。美國金屬學(xué)會熱處理分會近期公布了“熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖”，提出了美國熱處理2020年設(shè)想和遠期目標(biāo)：能源消耗減少80%，工藝周期縮短50%，生產(chǎn)成本降低75%，熱處理實現(xiàn)零畸變，加熱爐價格降低50%，實現(xiàn)生產(chǎn)零污染。這些目標(biāo)的核心是研究爐內(nèi)傳熱問題，如爐內(nèi)定向輻射代替漫反射及控制實現(xiàn)等。

（2）強化爐內(nèi)傳熱的技術(shù)：富氧燃燒技術(shù)、脈沖燃燒技術(shù)、蓄熱式燃燒技術(shù)及強化傳熱技術(shù)。

強化爐內(nèi)傳熱技術(shù)永遠是工業(yè)爐節(jié)能前瞻性主題。②采用富氧燃燒技術(shù)富氧助燃技術(shù)具有減少工業(yè)爐排煙的熱損失、提高火焰溫度、提高工業(yè)爐產(chǎn)量、縮減設(shè)備尺寸、利于CO2和SO2的回收綜合利用和封存等優(yōu)點。①采用高溫空氣燃燒技術(shù)高溫空氣燃燒技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項燃燒技術(shù)。高溫空氣燃燒技術(shù)通過蓄熱室將煙氣熱量進行熱交換，可使空氣預(yù)熱溫度達煙氣溫度的95%，接近極限地回收煙氣余熱。2.推廣蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)等先進的節(jié)能技術(shù)，擴大技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域③采用脈沖燃燒技術(shù)。脈沖燃燒技術(shù)是高速氣流燃燒技術(shù)與脈沖控制技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可使燃燒器在燃燒過程始終在最佳狀態(tài)下工作，通過控制實現(xiàn)爐內(nèi)強烈的氣體循環(huán)，增加爐內(nèi)對流傳熱量和爐溫均勻溫度，尤其適合中低熱處理爐子的應(yīng)用。三大主體技術(shù)與國外相比仍存在較大差距。

工業(yè)爐爐襯的蓄熱和散熱，一般占爐子總能耗的20%～45%，選用耐高溫、容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低的耐火纖維代替耐火磚做爐襯，可減少爐體的蓄熱和散熱損失，提高熱效率，節(jié)約能源35%左右。同時，無拱頂推力，爐門輕，爐子骨架負(fù)荷大為減少，可節(jié)約建爐鋼材1/3左右，同時可簡化爐體基礎(chǔ)。由于爐襯熱容量小，爐子升溫快，有利操作周期的縮短，爐子作業(yè)率和熱效率的提高，使?fàn)t子同時獲得節(jié)能、增效的目的。

目前，國外輕質(zhì)爐襯已普遍使用，國內(nèi)僅在低溫?zé)崽幚頎t上獲得應(yīng)用，在加熱爐上的全纖維爐襯加熱爐不足5%。

輕質(zhì)爐體節(jié)能顯著，應(yīng)給予高度重視。3.采用輕型爐襯材料，優(yōu)化爐襯結(jié)構(gòu)4.注重爐子結(jié)構(gòu)與操作的和諧統(tǒng)一，實現(xiàn)工業(yè)爐科學(xué)操作

根據(jù)工業(yè)爐的熱工特性，工業(yè)爐節(jié)能包括結(jié)構(gòu)節(jié)能與操作節(jié)能。操作因素的影響占有相當(dāng)?shù)谋戎?。要注意三個層面的操作節(jié)能問題：（1）對于人工操作的爐子，要注意爐子工作的經(jīng)濟點，減少空燒。（2）對于已具基礎(chǔ)控制的爐子，動態(tài)過程的溫度設(shè)定，空燃比調(diào)整十分重要。（3）實現(xiàn)爐子動態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型化，即計算機二級最佳控制，達到真正意義的工業(yè)爐過程科學(xué)操作。工業(yè)爐自動化水平有待提高，尤其關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)。爐子結(jié)構(gòu)參數(shù)熱工操作參數(shù)熱工過程參數(shù)爐子生產(chǎn)指標(biāo)1.蓄熱式高溫燃燒技術(shù)的主要優(yōu)勢和取得的成績

2.3著力推廣蓄熱式燃燒技術(shù)，促進工業(yè)爐節(jié)能減排

蓄熱式高溫燃燒技術(shù)的主要特點是煙氣接近極限的余熱回收和較高的換熱溫度效率，從而與傳統(tǒng)的熱換熱器相比可實現(xiàn)20%-50%的節(jié)能效果，同時具有下列優(yōu)點：?

節(jié)能潛力大，燃耗低；?爐溫均勻，加熱質(zhì)量好；?

燃燒噪音低；?

氧化燒損少；?

煙氣中NOx含量低，環(huán)境污染?。?使高爐煤氣等低熱值燃料可以用于各種工業(yè)爐。

自1997年開始，蓄熱式燃燒技術(shù)開始在我國軋鋼加熱爐等加熱設(shè)備上推廣使用，并且發(fā)展迅速，目前據(jù)不完全統(tǒng)計，已在400多座加熱爐上獲得應(yīng)用。尤其是空煤氣雙蓄熱技術(shù)（中國創(chuàng)造）的使用，取得了節(jié)能、減排顯著成果。2.蓄熱式燃燒技術(shù)國內(nèi)發(fā)展特點（1）冶金行業(yè)是該項技術(shù)應(yīng)用的先行者。軋鋼連續(xù)加熱爐

為最早的應(yīng)用對象。（2）民營公司和民營企業(yè)成為了該項技術(shù)推廣和使用的先

行者。如北島、神霧、力通、嘉德等民營工業(yè)爐企業(yè)，

萍鄉(xiāng)、唐山國豐等民營鋼鐵企業(yè)。（3）大型國有企業(yè)反應(yīng)遲鈍。如國內(nèi)幾個大型的工業(yè)爐公司，大型國有鋼鐵企業(yè)。（4）在機械、建材等其他行業(yè)起步略晚，推廣應(yīng)用程度不高。用戶爐型燃料燃燒方式燒嘴型式蓄熱體設(shè)計單位使用情況及問題寶鋼熱軋廠步進爐混合煤氣平焰燒嘴+單蓄熱燒嘴美國套筒式小球單耗1.4GJ/t問題：①煤氣熱值低，蓄熱式效果不明顯②均熱段大量平焰燒嘴馬鋼中板廠推鋼爐高爐煤氣雙蓄熱左右噴口布置小球較好問題：設(shè)副煙道，爐壓高，有爆燃現(xiàn)象濟鋼推鋼爐混合煤氣雙蓄熱左右噴口布置小球問題較多，單耗不清問題：①噴口過大，混合不好，排煙含碳量高②蓄熱室排煙不足首鋼推鋼爐混合煤氣單蓄熱自制套筒式小球問題較多，單耗不清問題：①蓄熱室排煙不足②有副煙道，爐壓大③爐況較差首秦步進爐高爐煤氣雙蓄熱上下噴口布置蜂窩體單耗高2.4GJ/t問題：①爐壓大②副煙道不靈③操作不當(dāng)④蓄熱室排煙不足蓄熱式燃燒技術(shù)在國內(nèi)獲得迅猛的發(fā)展，同時也帶來了諸多負(fù)面問題。為了深入了解國內(nèi)蓄熱燃燒技術(shù)的使用情況，對寶鋼、馬鋼、濟鋼、首鋼、首秦5家企業(yè)的蓄熱式爐進行了調(diào)研?？傮w情況：由于設(shè)計和操作上的原因，使五家的蓄熱式加熱爐均未收到應(yīng)有節(jié)能效果，致使有些鋼鐵企業(yè)對蓄熱式技術(shù)達到了談虎色變的程度。3.蓄熱式燃燒技術(shù)存在的問題（1）蓄熱式技術(shù)的推廣是在民營企業(yè)開始的，由于研發(fā)能力的不足使理論研究和應(yīng)用脫節(jié)。在缺乏大量中間實驗的環(huán)節(jié)下，使蓄熱式技術(shù)“帶病”投入應(yīng)用。（2）由于市場條件下，各企業(yè)間的競爭激烈，忽視蓄熱式技術(shù)關(guān)鍵性問題的研究和解決，只為市場尋找賣點，出現(xiàn)了諸如“內(nèi)置式與外置式的爭論”、“小球與蜂窩體的爭論”、“分散換向與集中換向的爭論”，最終引起了應(yīng)用中的許多失誤。（3）目前國內(nèi)蓄熱式加熱爐普遍存在兩個問題，一是爐壓偏高，造成爐子竄火嚴(yán)重；二是蓄熱不足，節(jié)能未到達預(yù)期效果。為了有效解決爐壓偏高和蓄熱室蓄熱量問題，副煙道的設(shè)置是必不可少的調(diào)節(jié)措施，用于調(diào)節(jié)壓力平衡和供排的能量平衡。（4）值得深入討論的問題是對于連續(xù)式加熱爐蓄熱式技術(shù)的適應(yīng)性問題，這里也有許多誤區(qū)。如熱裝條件下蓄熱燃燒技術(shù)的必要性，脈沖燃燒技術(shù)取代蓄熱技術(shù)等。其結(jié)論是肯定的，就其回收煙氣余熱而言蓄熱式燃燒技術(shù)是不可取代的。4.蓄熱燃燒技術(shù)存在的問題及分析（1）蓄熱式燃燒技術(shù)是一項有顯著節(jié)能技術(shù)，應(yīng)著力擴大HTAC技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：機械、建材等行業(yè)、電廠鍋爐、垃圾焚燒爐等。（2）用蓄熱式燃燒技術(shù)改造燃煤工業(yè)爐節(jié)能潛力巨大，在國內(nèi)應(yīng)用前景廣闊。（3）要求爐溫均勻性較高的熱處理爐的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，將成為蓄熱式燃燒技術(shù)新的攻關(guān)點，蓄熱式高速燒嘴技術(shù)將成為研發(fā)熱點。（4）蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展將使一批周期性工業(yè)爐取代連續(xù)爐，甚至可使周期性工作的爐子能耗水平優(yōu)于連續(xù)性工作的爐子，從而改變周期爐與連續(xù)爐的應(yīng)用比例。5.蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展趨勢

中國工業(yè)爐的發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段：

50年代，隨著冶金企業(yè)、大型機械與軍事工程的上馬，逐步形成以各工業(yè)部門所屬設(shè)計院、研究所為主體的設(shè)計隊伍和以幾個骨干廠為主體的制造隊伍，完成了一定數(shù)量的工業(yè)爐自建，奠定了我國工業(yè)爐的基礎(chǔ)。1959年東北工學(xué)院的《冶金爐熱工基礎(chǔ)》問世。

60～90

年代初，國內(nèi)的高校、科研、設(shè)計單位與工廠結(jié)合，開展了大量的試驗研究工作，取得了一些成果。東北大學(xué)與許多鋼鐵企業(yè)合作，