工业炉现状及节能潜力分析

根据集团公司的要求，北京北方节能环保有限公司从2010年至2013年先后对47家企业进行了51次能源审计。

在能源审计过程中采取了现场测试、现状核查、调阅资料等方式，获取了详实的资料和数据。

为推动各单位能效提升，我们对各企业的普遍存在的节能潜力和可以采取的措施进行了整理，将陆续刊登工业炉、工业锅炉、电机、热力系统等方面的内容供各企业参考。

集团公司工业炉现状及节能潜力分析陈操史建东摘要：工业炉窑是对物料进行加热，并使其发生物理和化学变化的工业加热设备，工业炉窑常统称为“工业炉”。

本文对集团公司工业炉情况进行了统计整理和评价，列示了国家的相关政策和要求，分析了燃气炉、电加热炉使用中存在的问题，计算了节能潜力和采取节能技术产生的节能量与节能效益。

主题词：工业炉节能潜力节能效益1. 集团公司工业炉现状1.1 数量及分布情况通过数据核查，47家共有各类工业炉窑2082台，按照供热方式分为燃气工业炉和电阻工业炉两大类，其中40m3/h以上燃气工业炉454台，30kW以上电阻工业炉1628台，广泛分布于装甲车辆、火炮、机械加工、箭弹等多种生产领域，少量分布于火炸药、火工药剂、光电等生产领域。

按炉型结构分：台车炉、室（箱）式炉、井式炉、推杆炉、步进炉、悬挂炉、辊底炉、环形炉、干燥炉、烘干室等十多个种类，按用途主要分为：热处理、锻造加热、熔炼、喷涂烘干四大类。

其中热处理炉和加热炉是工业炉的主要组成部分，分别占行业工业炉总比例的55.10%和18.13%。

1.2 能源消耗情况集团公司工业炉的能源结构主要是以天然气和电为主。

根据企业上报数据进行统计分析，454台燃气工业炉2012年累计消耗天然气8312.14万立方米，折10.09万吨标煤；1628台电阻工业炉合计加热功率30.32万千瓦，负荷率约70%，理论年消耗电量63672万千瓦时，折7.83万吨标煤。

工业炉窑年能源消耗合计17.92万吨标煤，是集团公司各企业消耗能源的主要设备。

1.3 整体性评价目前，集团公司针对工业炉窑展开的节能工作已经起步，部分企业能够引进新技术、新材料，积极进行炉窑节能改造，通过技术升级实现了节能降耗的效果。

如：北重集团、哈尔滨第一机械集团、辽沈集团、江麓集团等一批企业成功的在大批燃气工业炉上应用了蓄热式燃烧和全温段换向技术，烟气排放温度低于150℃，烟气余热得到了高效回收，节能效果显著。

以辽沈集团为例，采用EPC模式对3台天然气锻造加热炉进行了蓄热式燃烧改造，锻件平均单耗下降了60%以上。

但多数企业目前对工业炉窑的节能仍缺乏足够的认识，对国内炉窑的技术发展状况和新技术缺乏前瞻性研究和长远规划，缺少相应技术储备，工业炉窑整体结构老旧，普遍存在两低一高现象（余热回收率低、热效率低、能耗高），节能状况不容乐观。

2. 国家的相关政策和要求2.1 政策和规划方面2.1.1 《“十二五”节能减排综合性工作方案》实施节能重点工程。

实施锅炉窑炉改造、电机系统节能、能量系统优化、余热余压利用、节约替代石油、建筑节能、绿色照明等节能改造工程，以及节能技术产业化示范工程、节能产品惠民工程、合同能源管理推广工程和节能能力建设工程。

到2015年，工业锅炉、窑炉平均运行效率比2010年分别提高5个和2个百分点。

2.1.2 《工业节能“十二五”规划》2012年2月工信部《工业节能“十二五”规划》将工业锅炉窑炉节能改造列入重点节能工程。

2.1.3 《“十二五”机械工业节能规划》合理选择热处理电加热设备，加强传统设备的改造。

在足够批量前提下，应尽可能选用连续式（推杆式、网带式、震底式、辊底式、转底式）热处理炉；加大感应加热热处理范围；改造传统设备研究与推广气体燃料的热化学重整技术；微波加热热处理技术；高温（>1000℃）渗碳碳势的精确控制技术；高温渗碳细晶粒钢技术；热处理生产线热能综合利用技术；等离子快速加热技术；燃烧炉废气作为保护气氛的再利用技术；合理燃烧比（α=1.1～1.2）自动控制系统技术；低级热的回收利用——工艺热和烟道气热的回收利用技术；制备吸热式气低温（<950℃）反应催化剂等一批先进技术；并建立先进工艺应用示范企业。

2.1.4 《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》2013年8月，《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》将“发展蓄热式燃烧技术”列入4个节能技术推广重点之一。

重点：综合采用优化炉膛结构、利用预热、强化辐射传热等节能技术集成，提高加热炉燃烧效率；在预混和蓄热结合、蓄热体材料研发、蓄热式燃烧器小型化方面力争取得突破。

2.2 淘汰目录方面2.2.1 《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第一批）》工业和信息化部《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第一批）》将SX、RX系列箱式电阻炉、RT系列台车电阻炉、RQ系列井式渗碳炉、SK系列管式电阻炉、 RYD盐浴炉列入淘汰目录。

2.2.2 《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）》工业和信息化部《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第二批）》将 QY-300铅浴炉、位式交流接触器温度控制柜列入淘汰目录。

2.2.3 《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010 年本) 》《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010 年本) 》将手动燃气锻造炉列入淘汰类。

(2011 年本2013年修改版) 改为限制类。

2.2.4 《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2011 年本) 》《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2011 年本) 》将热处理铅浴炉、插入电极式盐浴炉、氯化钡盐浴炉（高温氯化钡盐浴炉暂缓淘汰）、重质砖炉衬台车炉列入淘汰目录。

《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2011 年本2013年修改版) 》将手动燃气锻造炉改为限制类。

3. 存在的主要问题3.1 燃气炉存在问题根据现场核查，454台燃气工业炉中高能耗炉窑296台，其中锻造加热炉86台、热处理炉210台。

主要共性问题为：烟气余热均未得到充分利用，锻造加热炉离炉烟气温度高达600～700℃，热处理离炉烟气温度高达450～500℃，烟气排放温度较高，热能回收率低；部分炉窑在燃烧器的选型和配置上不恰当，与炉型结构不匹配，能耗较高；控制系统落后，空/燃比失调，炉温均匀性差，其中46台锻造加热炉仍为手动控温，操作上存在很大的安全隐患，而且炉温的宽幅波动，会影响产品的加热质量，并造成能源的严重浪费；热处理炉均缺少炉压测控装置，无法根据炉子升温、保温阶段供热负荷的变化控制炉膛压力，多数的锻造加热炉烟道设计不合理，排烟不畅，造成炉压失控，炉口大量向外窜火，炉门残缺不齐，散热损失很大；仍有大量炉窑采用砖砌结构，蓄热损失严重；台车炉的侧密封均为老式砂封结构，大部分炉子缺少可靠、有效的炉门压紧机构，炉体密封性差，炉子不能发挥其最佳性能，能耗较高。

3.2 电阻工业炉存在问题根据现场核查，1628台电阻炉中结构落后的高能耗炉窑978台，分别为：台车电阻炉140台、箱式电阻炉326台、井式电阻炉322台、推杆（辊底）电阻炉95台、插入式盐浴炉95台。

老式台车式、箱式、井式、推杆（辊底）电阻炉沿用传统的耐火粘土砖砌筑，砌体结构落后，体积笨重，冷炉升温时间慢，由热平衡计算，蓄热损失高达20～30%，热能利用率不高；部分电阻炉温控系统落后，采用接触器二位式调节控温，控温精度较低，不能根据热负荷的变化自动调节炉膛内加热功率，不仅影响产品质量，也造成较高的能源浪费；加热元件材质选取和布置不合理，使用寿命短，遮蔽系数大，辐射效率低；86.53%的电阻炉采用铸铁炉门、自重压紧，炉体密封效果不好，散热较高。

95台插入式电极盐浴炉，属于国家明令淘汰设备，目前仍广泛应用于兵器集团公司各类小型零部件的无氧化热处理生产，结构落后、升温缓慢、热效率极低，且热处理过程中产生的盐液蒸汽对环境造成严重污染。

集团公司盐浴炉安装功率多在50～150kW，虽然从安装功率来看，盐浴炉并不算高，但通过热平衡计算，平均产品单耗却高达873.16kW·h/t，工业炉窑中位居前列。

3.3 管理存在的问题企业在开展炉窑节能项目上，主要从满足技术、使用需求考虑，注重局部的技术改造，缺乏从系统优化角度提升工业炉窑整体效能，应从能源优化理念下，综合考虑节能效益。

缺乏程序化、标准化、数据化的节能监测手段，加之炉前计量不完善，难以了解掌握真实的工业炉窑能源利用状况，对实施改造项目节能量的认定和能耗定额制定产生影响。

4. 工业炉的节能潜力按照国家行业标准，按可比能耗大小燃气工业炉分为特等、一等、二等、三等四个等级；电阻工业炉分为一等、二等、三等三个等级；按照节能降耗工作的要求，燃气炉单耗指标应达到特等炉水平，电阻炉单耗指标应达到一等炉水平。

4.1 天然气工业炉以锻造加热炉、台车热处理炉、推杆（辊底）热处理炉三种典型炉型进行分析对比。

表1 天然气工业炉单耗目标值根据表1统计分析：周期式的锻造加热炉和台车热处理炉与节能目标值相比，节能潜力最大，分别存在72.80%和66.23%的节能潜力，是加强节能技改的主攻方向。

4.2 电阻工业炉以台车电阻炉、箱式电阻炉、井式电阻炉、推杆（辊底）炉、盐浴炉这五种典型炉型进行分析对比。

表2 电阻工业炉单耗目标值根据表2统计分析：台车电阻炉目前平均单耗与节能目标值相比存在40.23%的节能潜力；箱式电阻炉存在38.47%的节能潜力；井式电阻炉存在34.69～54.49%的节能潜力；推杆（辊底）炉存在30.74%的节能潜力；采用流态粒子炉替代插入式盐浴炉可获得54.19%的节能潜力。

5. 应用各类型节能技术产生的效益经过测算，工业炉采取节能措施可以取得节能量59194.57吨标煤/年，节能效益14785.78万元/年，预计总投资44140万元。

5.1 应用蓄热燃烧技术296台天然气炉实施蓄热技术后合计年节约天然气4138.53万m3，折50254.17 tce。

根据能源审计摸底情况，各被审计单位天然气平均价格2.5元/m3（总外购费用/总外购量），296台天然气炉改造后年节约天然气费10346.33万元。

5.1.1 锻造加热炉（86台）86台锻造加热炉2012年消耗天然气1992.07万m3，采用蓄热燃烧技术节能率72.80%，年节约天然气1450.23万m3，折17610.14 tce。

5.1.2 台车热处理炉（173台）173台台车热处理炉2012年消耗天然气2786.50万m3，采用蓄热燃烧技术节能率66.23%，年节约天然气1845.50万m3，折22409.91 tce。

5.1.3 推杆（辊底）热处理炉（37台）37台推杆（辊底）热处理炉2012年消耗天然气2300.22万m3，采用蓄热燃烧技术节能率36.64%，年节约天然气842.80万m3，折10234.12tce。