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天然气直燃加?#29123;?#26415;在精密涂布机中的应用

1.  概述

近年来,面对大气污染的严峻挑战,我国政府把环保节能、 节约资源提到更加突出的位置,党的十七大报告提出坚?#32440;?#32422;资源和保护环境的基本国策,把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置,把清洁环保作为社会发展的重要前提。在经济全球化的大背景下,我国现有的增长模式已无法满足低碳经济的发展要求,现有的能源消耗方式不能支撑经济和社会的可?#20013;?#21457;展,各级政府、部门深入贯彻落实科学发展观,采取更加强有力的政策措施与行动,加快发展方式转变,依赖技术进步,优化产业结构,降低企?#30340;?#28304;使用和废气排放,加快先进适用技术推广应用,淘汰落后的生产能力,努力控制有害气体排放,建设资源节约型和环境友好型社会。

精密涂布行业积极响应政府号召,落实科学发展观,节能?#23707;?#24037;作成绩明显,大部分企业通过开展清洁生产审核,采取了许多节能减排措施。但是由于现有精密涂布生产工艺中绝大多数采用有溶剂涂布,挥发掉胶水中的溶剂需要热风加热干燥,常规热源大多使用导热油锅炉,其中90%为燃煤锅炉。由于使用燃煤锅炉造成二氧化硫、烟尘,氮氧化合物的排放,污染大气环境。同?#20445;?#30001;于热能传送要经过导热油做为中间介质,大大降低了热效率,浪费了大量能源。采用天然气直燃加热方式可以大大提高热效率,但是由于精密涂布工艺要求较高的空气洁?#27426;齲?#24120;规技术难以实现天然气直燃加热。

西安昱杰机电设备有限公司根据现有精涂企业的?#23548;?#24773;况,经过多年的?#23548;?#25720;索,开发出了高效换热式天然气直燃加?#29123;?#26415;,使得涂布机得到高洁?#27426;?#24178;燥热风同?#20445;?#33021;源利用效率提高了20%以上。

2.  常规天然气直燃加热方式介绍

由于原煤、重油在燃烧过程中产生二氧化硫、烟尘,氮氧化合物等有害物质。而天然气、液化气是公认的清洁能源,直燃加热不会对环境产生污染,采用天然气直燃加热的方式,能源利用效率更高。近年来随着“西气东输”工程的建设,大部分地区天然气供应的条件日趋完善,具备了全面推广天然气直燃加?#29123;?#26415;在涂布机中应用的条件。下面将直燃加热方?#25509;?#20256;统的导热油传导加热方式进行比较。

2.1  导热油锅炉间接热传导方式:

传统的间接热传导方式需要有导热油锅炉、热媒(导热油)、油泵、热媒管路、热?#25442;?#22120;等,如图 1所示。


通过原?#28023;?#27833;)燃烧加热导热油,高温导热油由油泵经管道输送到精涂机内的列管式热?#25442;?#22120;,将热量提供给新鲜冷空气,使其变成热风,用来干燥产品。在这个过程中,由于多次媒介转换和热?#25442;?#22120;固有的效率限制,整个热传递过程的热损失较大。

2.2  天然气直燃热传导方式:

天然气直燃加热方式原理如图 2所示。

天然气直燃热传导方式为天然气直接燃烧,变成高温气体(大部分为氮气,少量为二氧化碳、水蒸气和惰性气体),直接加热产品。

从二种方式的流程图上可清晰看到,天然气直燃加?#29123;?#26415;少了燃煤加热导热油、高温导热油输送管路、导热油通过热?#25442;?#22120;加热空气?#28909;?#36716;换环节。因此,热能的利用效?#23454;?#21040;了显著的提高。

3.  两种加热方式节能效率及排放分析

3.1  导热油间接加热法热效率:

用燃?#28023;?#25110;燃油)锅炉进行加热,使导热油(热媒)加热到 270℃左右,然后经过热媒管输送到涂布机内的热?#25442;?#22120;,再由热?#25442;?#22120;把循环风加热到设定温?#21462;?#27492;种加热方式属于多环节间接加热,换热过程多,热量损失大,而且需要远距离输送,导热油管路易散热,一般总体热效率在60~70%之间。

导热油加热系统的主要热损失主要有两方面:一是热媒锅炉效率的热损失,二是热媒管路散热损失。

a.一般导热油锅炉效率损失:

锅炉回油温度:258℃

出油温度:270℃

提升导热油温度:12℃

导热油锅炉尾部排烟温度:150- 280℃

锅炉热效率约:55- 75%

锅炉热损失为:25- 45%;

b.热媒管路散热损失:

所有导热油管路外层都使用岩棉材料保温,含阀件及弯头

保温效率约:93%

管路散热损失为:7%。

3.2          3.2 天燃气直燃加热效率:

天然气直燃热风加热方式的热效率可达到 95%以上。

燃烧机燃烧效率约:97%

燃烧损失为:3%。

4.  高效换热式天然气直燃热风加?#29123;?#26415;

为满足精密涂布行业在产品干燥时对热风洁?#27426;?#30340;高要求,我公司通过多年理论分析与?#23548;?#32467;合,开发了“气—气”换热式高效天然气直燃热风加热系统,该套系统已经在江苏xxx电子科?#21152;?#38480;公司得到?#23548;?#24212;用,通过厂家?#23548;?#26816;测,该套加热系统换热效率达到了90%以上。在当前环保压力大、燃煤锅炉利用效率低等不利形式下,该项技术的成功开发为精密涂布行业绿色环保生产带来了新的选择。

为使客户更加详细了解该项技术,笔者将结合?#23548;?#24773;况,以图片加说明形式为大家做出详细解析,以便于工厂现有设备进行改造时提供参考依据。

高效换热式天然气直燃热风加热系统原理如图3所示:

天然气通过管道进入燃烧机,在直燃系统中充分燃烧。由于天然气主要成分为CH4 ,充分燃烧后生成CO2和H2O,所以尾气对大气没有任何污染,为清洁能源;由于天然气本身含有一些杂质,燃烧后会形成颗粒物,如果直接将该热空气用来干燥基材,则可能将这些颗粒物留在产品表面,成为不合格产品,因此需要增加一种高效“气—气”换热的加热方式,将天然气燃烧后的所有高温气体经过换热器把热能换下来。

该系统中直燃系统燃烧产生的500℃热气,通过换热装置把热量传递给新鲜风,新风与二?#20301;?#39118;经过直燃系统?#31361;?#28909;装置两级加热,达到生产所需要的200℃,然后由风机鼓进风箱。燃烧的尾气降温到100℃左右排出。

为了提高热效率,加热产品的热风采用二?#20301;?#39118;循环加热设计,在对补充新鲜风加热同?#20445;?#28888;箱中的热气二?#20301;?#39118;再加热,减少天然气用量,系统中二?#20301;?#39118;占热风总量的60%左右。系统加热的热风最后通过引风机送入风箱,再通过风箱内的导风及匀风装置把热风均匀分配给每个风嘴,最?#23637;?#21561;到基材表面对基材进行干燥。

在当前行业竞争白?#28982;?#38454;段,良好的成本管控才是制胜法宝。从设备能源消耗角度来说,每降低一个百分点,长年累月计算下来,也是不小的收益。为了提高系统换热效率,西安昱杰公司采用夹点设计技术,使得高效换热式天然气直燃热风加热系统热效率达到了90%以上,超过行业其他加热方式近十个百分点。

用户?#23548;?#20351;用中,烘箱设定温度为150℃,每节烘箱每小时需要热风风量为5000m3,配备10万大卡/小时燃烧机,二?#20301;?#39118;量为60%,二?#20301;?#39118;温度135℃,补充新鲜风温度为40%,则根据公式Q=cmΔt计算,所需热量?#30452;?#20026;:

起始温度

终止温度

?#28909;热?/span>

kJ/(kg·K)

密度

kg/m3

风量

m3

所需热量

kJ

Q1

135

150

1.026

0.83

3000

38321

Q2

25

150

1.02

0.977

2000

249135

需要的总的热量为:

Q= Q1+Q2=287456 kJ =6.87万大卡

根据现场?#23548;始?#25511;,燃烧机每小时耗气量为9m3,按热值为0.84万大卡/m3计算,燃烧机每小时产生热量为:9m3×0.84万大卡/m3=7.56万大卡。测试该系统加热?#23548;首?#25928;率为90.8%。

改造过程中,首先,设备供应商提供每个燃烧点每小时用气量,根据工厂?#23548;?#29123;烧点数算出总的用气量报备天然气公司,由天然气公司设计管道直径和管道排布,?#23548;?#20013;天然气主管道压力为30-50KPa,每一台设备有一个主阀门,每台设备的每个燃烧点配备一个分阀门。现场改造周期10天。

天然气直燃加热改造项目实施中要重点关注一下关键环节:首先是燃烧机的选择,需要选择合适的产品,因为燃烧机的性能直接关系到天然气的燃烧效率和整个温度场的稳定性;其次是系统的安全性,工业燃烧机用气量大,安全考虑不周到便会导致闪爆和运行不稳定等危险和?#25910;希?#20877;次是燃烧室的设计,燃烧室作为整个系统的一个核心部件,他直接关系到天然气燃烧效率和温度的稳定性和均匀性。他的容量必需跟设备相匹配,过大会出现能源浪费,过小又会出现热风风量满足不了干燥需求;最后是现场的安装及调试,现场调?#21248;?#21592;的技术水平也会直接影响系统的效率,所以要求调?#21248;?#21592;必须具备丰富的经验。

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