集群間歇式耐火磚干燥窯余熱利用新工藝

文 _ 張志祥 武漢循環經濟研究院

集群間歇式耐火磚干燥窯余熱利用新工藝

文 _ 張志祥 武漢循環經濟研究院

目前鋼鐵行業使用的鎂碳磚、輕質磚等耐火材料普遍是將配料壓制成型，然后經過約220℃低溫干燥處理而成。干燥工藝分為升溫、保溫及降溫三個過程。干燥采用電加熱方式加熱，消耗大量電能。現有干燥窯各窯獨立周期性運行，屬間歇式加熱設備，干燥周期結束后打開爐門自然散熱冷卻至出窯溫度。據中國耐火材料協會的初步統計，電干燥仍為目前的主流干燥工藝。

目前電干燥工藝存在以下一些問題：

①大量物理顯熱浪費，余熱沒有得到充分利用，熱效率低；

②自然冷卻速度慢、生產效率低、設備利用率不高；

③夏季高溫季節，廢氣向車間無組織排放，污染車間空氣，影響工人身體健康。

為了解決傳統電干燥窯存在的問題，本文提出一種采用余熱回收技術回收窯體和耐火磚在降溫段排放的物理顯熱，用來對剛剛進入升溫段的冷窯和冷磚坯進行預熱，然后將預熱后排放的煙氣加熱熱水的集群間歇式耐火磚干燥窯余熱利用新工藝。

1 工藝流程

為實現上述技術目的，磚干燥窯余熱利用工藝包括如下步驟：

（1）高溫余熱利用

如圖1所示，當A窯作業完畢后到達降溫期時，通過具有循環風機的循環管道將A窯中的高溫氣體送入處于升溫期的B窯內進行循環換熱，直到A窯與B窯基本無溫差。A窯把窯體和耐火磚的物理顯熱傳遞給B窯，供B窯預熱窯體和耐火磚，以提高余熱利用率，減少B窯升溫期的電耗。

實際運行中，對于多條窯形成的組群，某些窯的降溫期與另一些窯的升溫期不一定正好對應，相互之間的組合換熱是一個動態的過程，過程的優化可以通過科學的生產調度和智能化的控制手段配套來實現。

（2）電加熱

關閉A窯與B窯之間的循環管道，并對B窯進行電加熱至工藝要求的溫度，完成B窯的加熱及保溫過程。此階段有少量高溫煙氣，經高溫排煙管道、換熱器、煙囪排入大氣。

（3）低溫余熱利用

如圖2所示，向A窯內通入少量常溫空氣調節A窯內的余溫，然后通過具有排煙機的余熱管引導A窯內的余溫氣體與氣/水換熱器進行熱交換，最后將尾氣排出。低溫余熱加熱熱水，可供洗澡、采暖等生活用，使余熱得到充分利用。

（4）強制冷卻

如圖3所示，A窯溫度過低時，關閉余熱管閥門，向A窯內通入常溫空氣并由低溫管排出，直到A窯到達出窯工藝要求的溫度，完成降溫工藝過程。此過程的目的是加快窯的周轉，提高爐窯利用率和生產效率，同時有組織地排放廢氣有利于減少車間熱污染及煙氣污染，改善生產環境。

（5）下一循環

B窯作業完畢后，向下一作業窯循環余熱利用工藝，如此循環。

圖1 高溫余熱利用示意圖

圖2 低溫余熱利用示意圖

圖3 強制冷卻示意圖

上述工藝過程中，高溫氣體溫度為220℃，A窯與B窯基本無溫差的溫度為110℃，A窯內的余溫氣體與氣/水換熱器進行熱交換的溫度約為80～110℃，A窯溫度過低時的溫度為80℃以下。

2 工藝特征及過程

上述集群間歇式耐火磚干燥窯，包括由若干窯組成的窯群組，其特征在于：所述窯群組中的每個窯均具有電加熱設備，每個窯分別通過循環管、余熱管、低溫管連通，循環管、余熱管、低溫管與每個窯連通處均設有閥門，循環管內設有循環風機，余熱管經過氣/水換熱器后與具有排風機的煙囪連通，低溫管連通具有排煙機的煙囪。循環管包括循環總管、循環出口支管、循環進口支管。循環管與每個窯的窯頭和窯尾均通過電控三通閥門三連通，所述余熱管、低溫管與每個窯通過兩通閥門連通。

高溫余熱利用過程為：一個窯群組中，當某A窯到達降溫期、某B窯處于升溫期時，打開A、B窯兩端通向循環管道的閥門，在風機抽力的作用下開始循環換熱，A窯的溫度由220℃逐步向110℃趨近，B窯的溫度由環境溫度逐步向110℃趨近，經過熱風循環，A窯把窯體和耐火磚的物理顯熱傳遞給B窯，供B窯預熱窯體和耐火磚。

電加熱過程為：經過循環換熱，B窯的溫度由環境溫度逐步趨近110℃，需要用電加熱升溫到220℃并進行保溫，以滿足工藝要求。此時關閉B窯兩端通向循環管道的閥門，打開B窯通向高溫排煙管道的閥門，打開電加熱，直至爐溫升至220℃進行保溫。

低溫余熱利用過程為：經過循環換熱，A窯的溫度由220℃逐步趨近110℃，打開A窯兩端閥門的冷風檔及A窯通向高溫排煙管道的閥門，讓冷風經窯兩端進入，經高溫排煙管道、換熱器、煙囪排入大氣（圖3中箭頭所示），直至離開A窯的煙溫降到80℃，此過程是利用80～110℃的低溫余熱加熱熱水，供洗澡、采暖等生活用。

強制冷卻過程為：當A窯的溫度由110℃逐步趨近80℃，已經沒有利用價值，此時打開A窯通向低溫排煙管道的閥門，關閉A窯通向高溫排煙管道的閥門，讓冷風經窯兩端進入，經低溫排煙管道、煙囪排入大氣，直至離開A窯的煙溫降到出窯工藝要求溫度，磚成品出窯。

3 節能環保效益分析

按理論計算，磚的升溫物理吸熱量折合電耗38.14kWh/t，余熱按理論利用率50%計，每噸磚節電19kWh，現有干燥窯的用電單耗實測值為54.67 kWh/t，節能率=19/54.67=34.75%（注：此數據未考慮余熱回收過程中產生的正泄漏：余熱產生的可利用熱水；亦未考慮余熱回收過程中產生的負泄漏：如增加的風機電耗、窯與窯之間升溫期與降溫期的對應性等，正負泄漏有對沖性且對節能率的影響有限）

據中國耐火材料協會提供的數據，全國年產這種耐火磚800多萬t，可節電15200萬kWh，折合標煤5.32萬t，減排二氧化碳13.26萬t，經濟效益約1.52億元。

同時，集群間歇式耐火磚干燥窯余熱利用工藝還可提高窯的工作效率。由于采用強制對流換熱，窯內溫度均勻性提高，降溫時間比傳統工藝縮短；由于采用余熱預熱，升溫時間比傳統工藝縮短。此外，廢氣得到有序排放，消除了車間熱污染和煙氣污染，改善了工人勞動環境。

4 結語

耐火材料制造屬于高耗能行業，我國在能耗水平方面與先進國家比仍然存在一定的差距，特別是干燥窯的余熱利用存在較大的節能空間。本文提出的干燥窯余熱利用新工藝方案理論上可行，無論是對老式干燥窯的節能改造或是新建干燥窯都具有參考價值。但是，在實際應用過程中，還需要根據企業的具體情況進行優化設計、合理布局，對生產進行科學調度，才能取得最佳節能效果。