噴霧干燥塔的幾種燃煤熱風爐的熱效率分析比較

摘 要：煤在中國儲量巨大，使用方式多種多樣，燃燒設備和燃燒技術的不同，其燃燒效率相差較大。如何選擇最好的燃燒方式，需要從多方面去考慮。本文主要介紹對比了噴霧干燥塔中煤氣熱風爐、水煤漿熱風爐、鏈排爐、煤粉爐的燃燒狀況和能源消耗情況。

關鍵詞：噴霧干燥塔；熱風爐；煤粉爐；能耗

1 引 言

煤在中國儲量巨大，煤的成本比液化石油氣（LPG）、天然氣、柴油、重油低，所以煤氣、水煤漿和煤具有極大的成本優勢。最早開始使用煤氣、水煤漿和煤的陶瓷廠家從中獲得了收益。而且只有煤才是一次能源，幾乎具有絕對的成本優勢。

噴霧干燥塔自引入中國以來，發展十分迅速，30年來，其產能從最初的1，000kg/h、1，500kg/h，發展到如今的10，000kg/h、14，000kg/h。噴霧干燥塔的燃料也更加多樣化，從液化石油氣、天然氣發展到柴油、重油，再發展到煤氣、水煤漿，再到燒煤。

2 噴霧干燥的能耗

噴霧干燥塔是靠熱風爐來引入能源的，一般來說能產生熱量的物質幾乎都可以用做能源。如：液化石油氣、天然氣、柴油、重油、煤氣、水煤漿、煤等。

噴霧干燥塔作為建筑陶瓷廠的核心設備之一，其能源成本越來越為人所重視。如果一條拋光磚生產線有如下主要參數：噴霧干燥塔熱耗為850kcal/kg水、干燥和窯爐總熱耗為550kcal/kg瓷、泥漿含水率為35%、粉料含水率為6%、噴霧干燥塔粉料損耗為2%、全程損耗及燒失為20%，推算如公式（1）所示：

由（1）式可知，噴霧干燥塔熱耗占全廠的38%左右。所以，噴霧干燥塔的能耗問題與窯爐干燥同等重要。節約能源，降低成本的方法有：采用成本更低的替代能源，如煤代油；改善燃具結構，提高煤燃燒與吸熱效率；改善燃燒方式，提高利用率；減少熱傳導與熱輻射，提高熱利用率；使用添加劑，提高燃燒率和熱效率。

顯然，采用新技術，降低能耗，是目前一項重要的研究課題。最近幾年，噴霧干燥塔使用煤的熱風爐開始普及，不同的熱風爐的作用與性能不同，如表1所示。

2.1煤氣熱風爐

2000年前，燃料成本較低。使用液化石油氣、柴油、重油為燃料的噴霧干燥塔，其優點是操作方便、啟動快、停機快，適合生產各種墻地磚。

煤氣的設備投入多，需要配一套煤氣發生站。如1套10，000kg/h的噴霧干燥塔，其每小時需消耗的煤氣量計算如式（2）所示。

其中：

（1） 系數為1.2；

（2） 噴霧干燥塔能耗：（750~850）kcal/kg水；

（3） 煤氣平均熱值：1450kcal/Nm3。

由式（2）可知，至少需要配一套Φ3000的兩段式煤氣發生站，造價約250萬（含土建、廠房等）。

另外，煤氣是二次能源，在由固態煤轉換成煤氣的過程中，存在一些能源的損耗，如：煤不可能全部燃燒，殘渣中仍然含有約15%~30%的殘炭/可燃物；煤氣轉換過程中生成大量的熱，這些熱量一部分通過熱傳導與熱輻射揮發到大氣中，無法回收。一部分隨煤氣排走，還有一部分隨冷卻水流失；副產品中產生大量的煤焦油，如不加以利用，就會損耗較多的能源；煤氣站系統中電能的損耗。

根據某煤氣站公司提供的Φ3000的兩段式煤氣發生站的參數：耗煤2，000~2，200kg/h、煤的熱值5，500~6，000kcal/kg、煤氣產量5，500~6，800Nm3/h、煤氣熱值6，060~6，270kJ/Nm3，轉換后的熱量值如公式（3）所示。

由公式（3）可知，煤氣的損耗較大。由于很多廠家使用的煤中含硫偏高，煤氣站投入又有限，而且除硫效果差，以致煤氣中含硫偏高，污染環境嚴重。所以煤氣熱風爐有漸漸被取代的趨勢。煤氣熱風爐結構如圖1所示。

2.2水煤漿熱風爐

水煤漿由煤、水、添加劑磨制而成。其優點是燃燒效果好、環境粉塵和噪音低、排渣活性好、運輸方便、易于除鐵、脫硫、脫灰、成本低等。缺點是需要燃油或燃氣先加熱到800℃以上才能開始噴水煤漿燃燒，約需15~20min。因此熱風爐啟動較慢、停機較快。

水煤漿熱風爐結構如圖2所示。由圖可見，水煤漿燃燒后，一部分較大顆粒的殘渣從爐體和熱旋風除塵器下部排除，熱氣則直接進入噴霧干燥塔，所以飛灰基本都會混入粉料中。因此，粉體的雜質點對釉面磚的影響較小；對拋光磚或其它無釉磚有一定的影響，需盡量使飛灰與粉料的顏色一致。

水煤漿制備過程中需要消耗電能，如大部分廠家自制的水煤漿濃度只在45%~50%間，一臺40噸球磨機工作一次約4.5h，球磨機裝機功率132kW，如公式（4）所示：

由公式（4）可知，按煤熱值為5，500kcal/kg，則相當于消耗能源0.23%。

水煤漿中含有水，在燃燒過程中需要額外消耗能源，按水煤漿中的水從常溫加熱到100℃并氣化，排出時為100℃的蒸汽，因此每公斤水煤漿消耗的能源如公式（5）所示。

其中：

（1） 水煤漿含水率：45%；

（2） 水100℃時的氣化熱為2250 J/kg；

（3） 常溫：25℃；

（4） 煤熱值：5，500kcal/kg。

若水煤漿的濃度提高到一級，如含水率為35%，則每公斤水煤漿損耗可降到330.2kcal/kg，占比9.2%，這種損耗仍較大。

2.3鏈排熱風爐

鏈排熱風爐是直接燃燒煤塊。其優點是投資少、占地少、直接利用一次能源、成本低。缺點是鏈排熱風爐啟動、停止不方便，飛灰較多，排渣可燃物含量較高，可達20%以上。由于使用的是一次能源，所以燃燒效率較高、燃燒成本低，因此，近幾年采用鏈排熱風爐的廠家漸漸增多。

鏈排爐的燃燒原理較簡單，如圖3所示，由于助燃風是從爐里從下往上吹，極易產生飛灰。所以鏈排爐并不適合用于拋光磚的生產中。但可以通過向煤中添加粘結劑制煤塊，能有效減少飛灰。另外，與制作水煤漿一樣，選用煤的顏色最好能與粉料一致或接近，雖不減少飛灰，但可以有效減少雜點對產品產生的不良影響。

實際上，鏈排爐的燃煤含有一定的水份，因此也存在一定的水蒸發損耗。一般含水為10%時，則蒸發損耗將小于1.5%。另外，在煤層中存在未完全燃燒的煤炭，假設排渣占總量的15%~25%，殘渣含碳量為20%~25%，則未燃燒煤的損失為3%~6%。總體損耗不大，水蒸發的損耗和煤未燃燒完全的損耗相加，其值小于8%。因此比水煤漿略占優勢。

2.4煤粉熱風爐

煤粉熱風爐分為兩種：一種是直噴式，即一定顆粒的煤經磨煤機磨細后直接噴入熱風爐中燃燒；一種是將煤制成一定細度的煤粉并儲存，再經過送煤粉系統進入熱風爐中燃燒。煤粉熱風爐結構如圖4所示。

煤粉熱風爐在電廠使用非常廣泛。在建陶行業中，噴霧干燥塔中使用煤粉爐的廠家較少，但使用煤粉爐具有較多的優勢，如：煤粉經過磨細至200目左右，與空氣接觸充分，燃燒更徹底，未燃燒率幾乎為零；煤粉磨細加工中，消耗能耗估計小于1%；相對鏈排熱風爐，煤粉爐點燃更容易，啟動、停止更方便；相對水煤漿而言，煤粉爐既節能、又節水，煤粉含水為10%時，其蒸發損耗將小于1.5%，總體損耗小于3%。因此干噴式煤粉燃燒系統被認為是目前燃燒行業中最為節能的一種燃燒設備。

3 結 論

煤作為中國儲量最大的能源，其使用還有較大的改進空間。煤粉爐燃燒效率高，值得在建陶行業推廣。

參考文獻

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