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天然氣直燃加熱技術在精密涂布機中的應用

1.  概述

近年來,面對大氣污染的嚴峻挑戰,我國政府把環保節能、 節約資源提到更加突出的位置,黨的十七大報告提出堅持節約資源和保護環境的基本國策,把建設資源節約型、環境友好型社會放在工業化、現代化發展戰略的突出位置,把清潔環保作為社會發展的重要前提。在經濟全球化的大背景下,我國現有的增長模式已無法滿足低碳經濟的發展要求,現有的能源消耗方式不能支撐經濟和社會的可持續發展,各級政府、部門深入貫徹落實科學發展觀,采取更加強有力的政策措施與行動,加快發展方式轉變,依賴技術進步,優化產業結構,降低企業能源使用和廢氣排放,加快先進適用技術推廣應用,淘汰落后的生產能力,努力控制有害氣體排放,建設資源節約型和環境友好型社會。

精密涂布行業積極響應政府號召,落實科學發展觀,節能降耗工作成績明顯,大部分企業通過開展清潔生產審核,采取了許多節能減排措施。但是由于現有精密涂布生產工藝中絕大多數采用有溶劑涂布,揮發掉膠水中的溶劑需要熱風加熱干燥,常規熱源大多使用導熱油鍋爐,其中90%為燃煤鍋爐。由于使用燃煤鍋爐造成二氧化硫、煙塵,氮氧化合物的排放,污染大氣環境。同時,由于熱能傳送要經過導熱油做為中間介質,大大降低了熱效率,浪費了大量能源。采用天然氣直燃加熱方式可以大大提高熱效率,但是由于精密涂布工藝要求較高的空氣潔凈度,常規技術難以實現天然氣直燃加熱。

西安昱杰機電設備有限公司根據現有精涂企業的實際情況,經過多年的實踐摸索,開發出了高效換熱式天然氣直燃加熱技術,使得涂布機得到高潔凈度干燥熱風同時,能源利用效率提高了20%以上。

2.  常規天然氣直燃加熱方式介紹

由于原煤、重油在燃燒過程中產生二氧化硫、煙塵,氮氧化合物等有害物質。而天然氣、液化氣是公認的清潔能源,直燃加熱不會對環境產生污染,采用天然氣直燃加熱的方式,能源利用效率更高。近年來隨著“西氣東輸”工程的建設,大部分地區天然氣供應的條件日趨完善,具備了全面推廣天然氣直燃加熱技術在涂布機中應用的條件。下面將直燃加熱方式與傳統的導熱油傳導加熱方式進行比較。

2.1  導熱油鍋爐間接熱傳導方式:

傳統的間接熱傳導方式需要有導熱油鍋爐、熱媒(導熱油)、油泵、熱媒管路、熱交換器等,如圖 1所示。


通過原煤(油)燃燒加熱導熱油,高溫導熱油由油泵經管道輸送到精涂機內的列管式熱交換器,將熱量提供給新鮮冷空氣,使其變成熱風,用來干燥產品。在這個過程中,由于多次媒介轉換和熱交換器固有的效率限制,整個熱傳遞過程的熱損失較大。

2.2  天然氣直燃熱傳導方式:

天然氣直燃加熱方式原理如圖 2所示。

天然氣直燃熱傳導方式為天然氣直接燃燒,變成高溫氣體(大部分為氮氣,少量為二氧化碳、水蒸氣和惰性氣體),直接加熱產品。

從二種方式的流程圖上可清晰看到,天然氣直燃加熱技術少了燃煤加熱導熱油、高溫導熱油輸送管路、導熱油通過熱交換器加熱空氣等熱轉換環節。因此,熱能的利用效率得到了顯著的提高。

3.  兩種加熱方式節能效率及排放分析

3.1  導熱油間接加熱法熱效率:

用燃煤(或燃油)鍋爐進行加熱,使導熱油(熱媒)加熱到 270℃左右,然后經過熱媒管輸送到涂布機內的熱交換器,再由熱交換器把循環風加熱到設定溫度。此種加熱方式屬于多環節間接加熱,換熱過程多,熱量損失大,而且需要遠距離輸送,導熱油管路易散熱,一般總體熱效率在60~70%之間。

導熱油加熱系統的主要熱損失主要有兩方面:一是熱媒鍋爐效率的熱損失,二是熱媒管路散熱損失。

a.一般導熱油鍋爐效率損失:

鍋爐回油溫度:258℃

出油溫度:270℃

提升導熱油溫度:12℃

導熱油鍋爐尾部排煙溫度:150- 280℃

鍋爐熱效率約:55- 75%

鍋爐熱損失為:25- 45%;

b.熱媒管路散熱損失:

所有導熱油管路外層都使用巖棉材料保溫,含閥件及彎頭

保溫效率約:93%

管路散熱損失為:7%。

3.2          3.2 天燃氣直燃加熱效率:

天然氣直燃熱風加熱方式的熱效率可達到 95%以上。

燃燒機燃燒效率約:97%

燃燒損失為:3%。

4.  高效換熱式天然氣直燃熱風加熱技術

為滿足精密涂布行業在產品干燥時對熱風潔凈度的高要求,我公司通過多年理論分析與實踐結合,開發了“氣—氣”換熱式高效天然氣直燃熱風加熱系統,該套系統已經在江蘇xxx電子科技有限公司得到實際應用,通過廠家實際檢測,該套加熱系統換熱效率達到了90%以上。在當前環保壓力大、燃煤鍋爐利用效率低等不利形式下,該項技術的成功開發為精密涂布行業綠色環保生產帶來了新的選擇。

為使客戶更加詳細了解該項技術,筆者將結合實際情況,以圖片加說明形式為大家做出詳細解析,以便于工廠現有設備進行改造時提供參考依據。

高效換熱式天然氣直燃熱風加熱系統原理如圖3所示:

天然氣通過管道進入燃燒機,在直燃系統中充分燃燒。由于天然氣主要成分為CH4 ,充分燃燒后生成CO2和H2O,所以尾氣對大氣沒有任何污染,為清潔能源;由于天然氣本身含有一些雜質,燃燒后會形成顆粒物,如果直接將該熱空氣用來干燥基材,則可能將這些顆粒物留在產品表面,成為不合格產品,因此需要增加一種高效“氣—氣”換熱的加熱方式,將天然氣燃燒后的所有高溫氣體經過換熱器把熱能換下來。

該系統中直燃系統燃燒產生的500℃熱氣,通過換熱裝置把熱量傳遞給新鮮風,新風與二次回風經過直燃系統和換熱裝置兩級加熱,達到生產所需要的200℃,然后由風機鼓進風箱。燃燒的尾氣降溫到100℃左右排出。

為了提高熱效率,加熱產品的熱風采用二次回風循環加熱設計,在對補充新鮮風加熱同時,烘箱中的熱氣二次回風再加熱,減少天然氣用量,系統中二次回風占熱風總量的60%左右。系統加熱的熱風最后通過引風機送入風箱,再通過風箱內的導風及勻風裝置把熱風均勻分配給每個風嘴,最終鼓吹到基材表面對基材進行干燥。

在當前行業競爭白熱化階段,良好的成本管控才是制勝法寶。從設備能源消耗角度來說,每降低一個百分點,長年累月計算下來,也是不小的收益。為了提高系統換熱效率,西安昱杰公司采用夾點設計技術,使得高效換熱式天然氣直燃熱風加熱系統熱效率達到了90%以上,超過行業其他加熱方式近十個百分點。

用戶實際使用中,烘箱設定溫度為150℃,每節烘箱每小時需要熱風風量為5000m3,配備10萬大卡/小時燃燒機,二次回風量為60%,二次回風溫度135℃,補充新鮮風溫度為40%,則根據公式Q=cmΔt計算,所需熱量分別為:

起始溫度

終止溫度

比熱容

kJ/(kg·K)

密度

kg/m3

風量

m3

所需熱量

kJ

Q1

135

150

1.026

0.83

3000

38321

Q2

25

150

1.02

0.977

2000

249135

需要的總的熱量為:

Q= Q1+Q2=287456 kJ =6.87萬大卡

根據現場實際監控,燃燒機每小時耗氣量為9m3,按熱值為0.84萬大卡/m3計算,燃燒機每小時產生熱量為:9m3×0.84萬大卡/m3=7.56萬大卡。測試該系統加熱實際總效率為90.8%。

改造過程中,首先,設備供應商提供每個燃燒點每小時用氣量,根據工廠實際燃燒點數算出總的用氣量報備天然氣公司,由天然氣公司設計管道直徑和管道排布,實踐中天然氣主管道壓力為30-50KPa,每一臺設備有一個主閥門,每臺設備的每個燃燒點配備一個分閥門。現場改造周期10天。

天然氣直燃加熱改造項目實施中要重點關注一下關鍵環節:首先是燃燒機的選擇,需要選擇合適的產品,因為燃燒機的性能直接關系到天然氣的燃燒效率和整個溫度場的穩定性;其次是系統的安全性,工業燃燒機用氣量大,安全考慮不周到便會導致閃爆和運行不穩定等危險和故障;再次是燃燒室的設計,燃燒室作為整個系統的一個核心部件,他直接關系到天然氣燃燒效率和溫度的穩定性和均勻性。他的容量必需跟設備相匹配,過大會出現能源浪費,過小又會出現熱風風量滿足不了干燥需求;最后是現場的安裝及調試,現場調試人員的技術水平也會直接影響系統的效率,所以要求調試人員必須具備豐富的經驗。

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