民用采暖炉具自动化生产线方案技术研究

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　　摘 要：目前我国每年消费煤炭约38亿吨，其中民用煤炭3亿多吨，基本上全部为分散式焚烧，没有采取除尘、脱硫等环保措施，其对大气污染的贡献率占燃煤源的50%左右。本文对燃煤炉具解耦技术进行研究，开发低污染、高效率、节能环保的解耦炉，大面积推广使用对国家环境治理具有非常重要的意义。
　　关键词：环境污染;脱硫;解耦炉具;技术研究
　　中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0095-02
　　0 引言
　　在我国农村和城郊地区，至少有2亿人采用相对分散的燃煤供热方式，不仅效率低、污染严重，而且对环境的影响数倍于其燃料消耗所占的比例。
　　家用燃煤炉的燃烧过程都具有周期性。燃烧初期容易空气不足，煤热解气化产生的煤气不能充分燃烧，大量毒害和可燃成分随烟气排放，造成环境污染和能量损失;燃烧后期煤层减薄，过量的空气又会降低炉温和传热效率，并增大排烟热损失。有的炉型仅通过高温富氧的方式来提高煤的燃烧效率，但却会加大氮氧化物（NOx）排放。另外，提高燃烧温度还会增大固硫逆反应，降低炉内固硫效率。因此，解除烟黑、CO与NOx、SO2的耦合排放问题是燃烧技术上长期存在的技术难点。因此，对燃煤炉具解耦技术进行研究，开发低污染、高效率、节能环保的解耦炉已经迫在眉睫。
　　1 解耦燃烧技术原理
　　民用解耦燃煤炉是在“解耦燃烧技术”基础上开发的系列节能环保炉具，它可有效降低燃煤氮氧化物、一氧化碳、烟黑等污染物的排放，并提高燃烧效率。
　　解耦燃烧技术通过使煤先后经过低温还原气氛下低氮燃烧和高温氧化条件下的可燃物燃尽两个过程，实现煤炭自身产生的热解气和半焦的混合燃烧，从而使中小型燃煤设备充分实现了分级燃烧，有效抑制燃烧过程中的NOx生成。
　　解耦炉炉膛分为两部分：高温燃烧区和低温热解气化区。原煤首先加入热解气化室中，煤炭经干燥、在缺氧条件下热解，析出挥发分变成焦炭，并在该室底部进行贫氧燃烧，以提供热量完成热解气化室煤的气化热解过程。在燃烧期间加煤门关闭，因而从炉子底部进入的空气不容易进入热解区。煤在还原气氛下热解时，煤中的一部分氮将转化为氮气，另一部分氮以NH3、HCN形式释放出来，同时形成一些还原性物质如CO、H2、CH4等。在热解气化区形成的焦炭在重力作用下被移动到高温燃烧区燃尽。热解气化室产生的还原性烟气受到炉内负压的作用通过半焦层进入主燃烧室，并在煤层半焦催化作用下，还原性烟气使得NOx还原，生成无害的N2、CO2和H2O。热解气中的还原性物质如NH3、CO、CH4等在焦炭燃燒的同时也会与生成的NOx 反应，将NOx还原成N2。这样通过在还原性气氛下热解将挥发分中一部分氮转化为氮气，同时利用挥发分中还原性气体将已生成的NOx还原，可以有效降低NOx的排放。在这一过程中的后期，借助高温半焦的吸附功能及扰混作用，和充足的供风，以预混燃烧的方式使得CO和烟黑燃尽。由于N2在通过半焦层时不会再次生成NOx，从而完成了解耦燃烧，实现了同时降低NOx、CO和烟黑的排放目的。
　　此外，由于热解气化室下部在还原性气氛、低温下稳定燃烧，上部进行气化热解，因而热解气化室维持在易于固硫的有利条件。由于解耦炉热解气化室存煤量较大，固硫时间较长，因而比传统炉可提高固硫率。
　　解耦燃煤炉是在解耦燃烧技术基础上开发的一款节能环保炉具，它可有效降低燃煤氮氧化物、一氧化碳、烟黑等污染物的排放，并提高燃烧效率。与传统燃煤炉相比，中小型解耦燃煤炉NOx排放降低30%-45%，排烟林格曼黑度小于1，完全达到“无烟排放”标准。倘若使用优质煤并配套新型高效除尘固硫设备，中小型解耦燃煤锅炉的NOx、SO2和烟尘等污染物排放指标可接近甚至达到燃气排放标准。中小型解耦燃煤锅炉燃烧稳定，燃尽率高，排烟温度和过量空气系数低，相对传统炉节煤量可达20%-30%。
　　解耦炉可直接连接自来水管道进行热交换，具有热水供给、做饭、取暖等功能。解耦炉具燃烧效率高，基本达到无烟排放标准。解耦炉设计采用具有知识产权的“解耦燃烧技术”，炉具燃烧热效率可提高约20-30%，NOx和CO排放量分别降低约30%～40%和70%，烟气林格曼黑度小于1。
　　2 技术要求
　　合理规划工艺流程、设计合理工位、优选相应工艺装备，设备技术参数、工作效率满足工位布局、物流能力、系统工艺节拍要求。
　　2.1 备料单元工艺流程及设备
　　2.1.1 工艺流程
　　（1）型材：型料入厂存放→自动散捆上料→数控锯床自动锯切下料→检验识别打码→机器人分拣→烟筒开孔（钻床、数控切割相关线或激光切割相关线）→AGV配送→零件缓存区。
　　（2）板材：（钢板卷料入厂存放→开卷校平→单面喷丸处理→定尺剪切→定尺板自动存放）→AGV配送→板材立体库→机器人自动上料→数控激光切割→检验识别打码→机器人分拣→数控折弯成型（机器人自动上下料）→零件缓存区。
　　（3）烟筒工艺：1）采用焊管数控锯床锯切下料，钻床、数控等离子切割或激光切割开孔;2）用热卷板卷圆焊接，钻床、数控等离子切割或激光切割开孔。
　　（4）下料基本要求：切割精度高、切缝窄（0.1～0.2mm）、切割面光滑（Ra12.5以下）、速度满足生产节拍要求、切割质量好等。
　　2.1.2 主要工艺设备
　　AGV运输系统、助力搬运机械手系统、搬运机器人系统、开卷校平机、喷砂机、自动剪板机、钢板专用自动料库、数控激光切割机、自动散捆上料系统、数控折弯机、冲压机、检测识别打码机、数控锯床、折弯冲压模具、烟筒卷圆机、烟筒焊机、数控等离子切割机等。
　　2.2 拼焊单元
　　（1）工艺布局：对焊装车间进行合理规划，利用机器人进行相关焊接工装。整个炉具内、外胆的拼焊、上下料及运输过程实现自动化，设计合理的拼焊工装夹具，满焊率达到100%，同时配以烟尘净化装置，满足环保要求，物流转运系统需实现自动化要求。 　　（2）主要工艺措施：1）拼焊工艺。根据后续拼焊工艺可采用机器人或人工配盘，配盘自动送料至拼焊工位，由机器人将工件移至变位机工装平台。针对产品特点，采用专用自动或半自动工装装夹（可人员适当辅助装夹）。装夹完成后一次性完成点焊、满焊，焊缝均采用焊接机器人完成。满焊后的工件自动卸料至运输平台，实现自动转序。2）焊接工作站。采用机器人+变位机+焊接系统，可针对内胆及合装等工序进行无死角满焊，焊缝满焊率达100%。焊接过程采用激光（视觉）跟踪技术，可对复杂焊缝轨迹自动扫描，即时生成焊接轨迹，节省编程时间。焊接机器人要配有适合产品生产的工艺程序配备。3）焊缝检测系统。为了检测本项目产品的焊缝不漏水，需设计自动化检测工作站，对炉具内胆、整机分别进行两次0.2MPa加压试验;对于不合格产品需设置试漏补焊区。炉体和底座合焊后需设置抽检区域，以检测合焊的焊缝质量，同时需设置试漏补焊区。 试漏合格产品自动完成试漏、转运过程，试漏不合格品可人工参与捡漏、补焊。4）烟尘净化系统。为了确保加工过程的工艺清洁和焊接质量，生产线集成了先进的工业烟尘净化系统。该套系统能够及时清除焊接加工过程中产生的非大气成分的物质，包括粉尘，悬浮颗粒，气溶胶和废尾气体等。该烟尘净化系统用于本套生产线长期运作场合，过滤后的空气要满足排放标准。该系统的所发出的噪声须低于85dB（A）。
　　2.3 涂泥单元
　　（1）耐火材料。耐火材料选用耐火温度不低于1580℃，与搅拌混合后可以满足后续自动化生产线工艺要求;或者先预制成块，然后装入炉腔内，需要自动化或者半自动化工装人工参与辅助;材料成型时间要满足中间立体库库位设计，材料自然冷凝时间满足生产节拍。
　　（2）备料。原材料存放要符合防火材料存放标准要求（GB/T 15545-1995），按原材料输送重量设计自动输送方式，能够实现自动输送至原材料搅拌工序，按材料配比自动进行混合均匀搅拌，搅拌量要求精确计算不能使材料凝固;搅拌设备在运转时噪音、粉尘等要满足环保要求，必要时可以增加除尘、静音设备;设备安装要充分考虑场地位置环境以及物料运输等相关环节。
　　（3）耐火材料喷涂。根据喷涂需要设计工装定位，保证工件耐火材料喷涂质量。
　　1）炉体涂泥：①可采取直接喷涂，满足耐火材料位置和厚度要求，不得有漏涂现象，材料喷涂要密实，不得脱落，成型完成后输送至人工检查工位，人工检查涂泥效果并做局部修补;②可将耐火材料预制成型，利用自动工装人工辅助，将预制块放入炉腔内，然后再将预制块与炉腔一体化处理，炉腔与耐火材料间链接要緊实，接缝处涂抹耐火材料效果要达到与预制块成型一致。预制块制作要实现自动化或者采用自动工装人工辅助的方式，尽量减少人员使用的数量，预制块制作时间要满足生产节拍需要，预制块要密实、均匀，厚度达到要求，预制块不得出现层裂和层密度等缺陷的现象符合耐火制品尺寸外观及断面的检查方法GB/T10326-2001（2004），根据产品需要选择经济合理的设备，预制块组装后炉体耐火位置达到100%完全覆盖，预制块缓存量要满足两天的生产需要，预制块存放要统筹考虑场地存放和现场使用以及运输通道等问题。2）底座涂泥：底座需要先安装炉排后再涂制耐火材料，炉排装配、开口销、炉排堵要满足组对精度，不影响后续工序。①可采取直接喷涂，满足耐火材料位置和厚度要求，不得有漏涂现象，材料喷涂要密实，不得脱落，成型完成后输送至人工检查工位，人工检查涂泥效果并做局部修补;②可将耐火材料预制成型，利用自动工装人工辅助，将预制块放入底座内，然后再将预制块与底座一体化处理，底座与耐火材料间链接要紧实，接缝处涂抹耐火材料要与预制块成型效果一致。预制块制作要实现自动化或者采用自动工装人工辅助的方式，尽量减少人员使用的数量，预制块制作时间要满足生产节拍需要，预制块要密实、均匀，厚度达到要求，预制块不得出现层裂和层密度等缺陷的现象符合耐火制品尺寸外观及断面的检查方法GB/T10326-2001（2004），根据产品需要选择经济合理的设备，预制块组装后底座耐火位置达到100%完全覆盖，预制块缓存量要满足两天的生产需要，预制块存放要统筹考虑场地存放和现场使用以及运输通道等问题。
　　（4）冷凝成型。产品运输到中间缓存库，自动码放，自然干燥;耐火材料干燥速度不得过快，避免产生开裂和变形等产品缺陷，预制块成型后不得出现层裂和层密度等缺陷的现象符合耐火制品尺寸外观及断面的检查方法。
　　2.4 涂装单元工艺流程
　　（1）前处理。前处理可采用喷砂或抛丸，工件的结构形状及表面状态、表面污物的成分及清洁度、产量及质量要求、与后道工序的配套性等应满足质量要求。
　　（2）喷涂工艺及参数。厂家应根据炉具外观、耐磨性、耐酸碱、耐高温等要求确定涂层质量要求。同时，根据这些要求来确定满足质量保证的喷涂材料和工艺过程。自动喷涂线则必须按照这些要求和工艺过程来进行喷涂作业。1）根据涂层厚度和质量要求决定喷涂次数。2）根据喷涂材料的流动性和链速确定。3）按照喷层光泽度要求和涂料物理性能（如粘度、电导率等）确定喷枪类型。
　　3 结语
　　通过对燃煤炉具解耦技术进行研究，开发出低污染、高效率、节能环保的解耦炉具，采用自动化生产线进行批量生产，在民用采暖炉市场进行推广，很大程度上提高了燃烧效率，对环境治理具有非常重要的意义。
　　参考文献
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