煤矸石制磚窯余熱制氣鍋爐研究與應用

【摘 要】目前，磚廠制磚窯爐的余熱利用屬于空白。現在國內窯爐余熱利用，采用安裝制氣鍋爐以及發電等手段。制磚窯的余熱利用考慮安裝制氣鍋爐，該項目完成后，可創造年產值600余萬元，利潤500余萬元，有效降低職工工作場所的溫度，改善職工工作環境。可使企業制磚產品降低成本，有效占領產品市場。使產品出窯時的溫度有效降低，提高卸磚速度，增加產量。為企業長遠發展，起到良好的推動作用。課題屬國家發改委產業政策支持，初步論證年可節約11000噸煤，可降低窯尾溫度，該項目可申請國家政策節約獎勵300余萬元。

【關鍵詞】余熱利用；制氣鍋爐；技術；產業支持；研究

1.制磚窯產生的余熱

由于國內對隧道窯余熱利用技術的研究起步較晚，余熱利用率較低，除少量余熱利用磚坯干燥外，隧道窯大部分產品冷卻熱量直接廢棄，從而造成大量的能源浪費和熱源污染。

針對焙燒窯發熱量高，高溫帶分布過長等具體情況，通過余熱鍋爐將窯內多余的熱量吸收，用于礦區職工洗浴，冬季生活供暖，為窯爐溫度控制、提高產量創造有利條件；同時可以大幅度減少熱源污染的程度，充分發揮窯爐余熱的最大經濟效益、社會效益。

隨著國家對經濟增長方式的調整，即不以犧牲環境為代價來發展經濟，走清潔生產、可持續發展的道路，國家對環境保護和節能工作的重視程度不斷增加，對工礦企業節能情況、能源消耗情況更加關注的情況下，清潔生產的開展，節能降耗成為一個企業發展、壯大并走向成功的必經之路。磚廠每天生產過程中廢棄的熱量對廠區工作環境、生活造成了一定的影響，已不能滿足保護環境、清潔生產和節能的國家產業發展要求，給企業的持續發展帶來了非常大的壓力。

隧道窯余熱制汽項目是國家重點支持的技改項目，是企業發展循環經濟的重要手段，對降低企業的生產成本、提高企業的市場競爭力、提升企業的形象具有重要的作用。

2.余熱制氣鍋爐

2.1余熱制氣鍋爐技術研究

為了對焙燒窯尾部的余熱加以利用，6.9米寬的兩條制磚窯可上馬兩臺低壓余熱蒸汽鍋爐，產生的蒸汽供礦區職工洗浴使用。一臺低壓余熱鍋爐的蒸發量為2.5噸。根據對同規模矸石磚廠余熱鍋爐的調研，確定安裝總規模為5.0t/h。兩條窯分別安裝一臺2.5t/h余熱鍋爐，同時建設配套的蒸汽管網。

2.2余熱制氣鍋爐結構及工作原理

為了對焙燒窯尾部的余熱加以利用，6.9米寬的兩條制磚窯可上馬兩臺低壓余熱蒸汽鍋爐，產生的蒸汽供礦區職工洗浴使用。每臺低壓余熱鍋爐的蒸發量為2.5噸。目前冬季每小時用汽量為25噸，夏季每小時用汽量為8噸，春、秋兩季每小時用汽量為15噸，因此，磚廠產生的余熱能夠被全部利用。通過多次調研生產廠家及用戶，認為采用低壓余熱鍋爐價格低，性能可靠，生產周期短，能夠滿足需要。因此，決定選用余熱鍋爐形式，收集余熱利用。

目前制磚窯爐的冷卻帶溫度高達900℃以上，磚坯出窯時溫度高達300℃以上，這么高的溫度，嚴重影響了卸磚，加之有些單位卸車位少，自然冷卻時間長，窯車循環速度慢，因此生產效率很低，一直不能達到預期的產量，這些大量的熱能不能有效利用，既造成大量的浪費，又制約生產，由于熱值高，造成車間環境溫度升高，給職工的生產、工作環境帶來嚴重影響，過高的溫度又會大大降低窯爐的使用壽命。

（注：采用制磚窯溫度實際運行變化圖）

2.3 余熱制氣鍋爐安裝技術參數

2.3.1鍋爐主要技術參數

設計蒸發量：2.5噸 鍋筒規格：?900×12 集箱規格：?273×8

受熱面管子：?51×3 受熱面面積：125m2

2.3.2結構設計

在結構上我們改進吸收原有的設計模式，在制磚窯頂橫向布置受熱面，這樣便于布置受熱面和鍋爐安裝改造，并對其不足之處進行了改造，原設計的鍋爐水循環為左側下降管，右側為上升導汽管，中間布置一組受熱面，經過改進，我們將左右設計成對稱結構形式，每側布置4根下降管，7根上升導氣管，中間交叉布置兩組受熱面，這樣，鍋爐的結構更加合理。單位長度可大幅增加鍋爐受熱面。在鍋爐的進口部位，為了降低磚車的穩定驟降對燒結磚質量的影響，適量增加鍋爐集箱長度，減少受熱面布置的密度。

磚車經過鍋爐后，都有一個表面溫度上升的過程，為了有效利用這一部分熱量，可增加尾部給水余熱蛇形管，廠內彎制，現場施工，根據爐窯的斷面形式懸吊于窯頂。

2.3.3鍋爐的受熱面設計

因制磚窯冷卻段的物料溫度低于900℃，因此鍋爐的受熱面設計上不能偏于保守，受熱面設計小的話，正常運行時，達不到鍋爐設計蒸發量，冷卻段的熱量也不能有效的吸收，磚車在冷卻段冷卻時間長，起不到好的作用。因此，我們一方面將受熱面增加到120～130㎡，另一方面增加尾部給水預熱管，確保鍋爐有足夠的出力，達到投資效益的最大化。

2.3.4鍋爐附件配置要求自動控制方面

余熱鍋爐與其它鍋爐的運行不同，煤矸石制磚窯與鍋爐連為一體，一旦運行起來，余熱鍋爐就不能停，這樣，對鍋爐各配套設備，以及自動控制方面提出了更高的要求，所以各方面全部采用高端的配置。每臺爐上配備兩只普通水位計，兩只雙色水位計，水位控制部分采用浮球式傳感器，鍋爐閥門配置2.5Mpa等級的閥門，一次儀表采用高等級儀表，電控柜采用南京仁泰鍋爐自控設備有限公司的電腦控制，可對四臺鍋爐同時采用集中控制，鍋爐的運行壓力、溫度參數數字顯示，可實現鍋爐的低水位控制和高水位報警。煤矸石制磚窯的余熱鍋爐大都距控制室較遠，因此除進行控制鍋爐正常運行外，還對每臺鍋爐的兩個雙色水位計進行遠程集中監控。

2.3.5余熱鍋爐補給水處理系統

（1）系統出力的計算。

生產供汽損失：5.0t/h

鍋爐排汽損失：1×5×2%=0.1t/h

鍋爐汽水損失：1×5×2%=0.1t/h

鍋爐補給水量：5+0.1+0.1=5.2t/h

因此，確定化學軟水站出力為6t/h。

（2）擬定主要設備選型。

軟化水系統采用鍋爐廠配套的鈉離子交換器。水處理能力6t/h。

2.4實施效果

項目的研究成果不但可以直接應用于磚廠，有著很好的應用前景，經濟效益顯著。

經初步分析，項目計算期內，每年可節約標煤5913噸，減少排放二氧化碳15492.06噸，二氧化硫50.26噸。年平均節能收入為604.44萬元，投資回收期為0.61年。項目具有較好的財務盈利能力，投資風險小，增長效益穩定。

3.結論

本項目是在國內多套矸石隧道窯余熱鍋爐裝置設計的基礎上，結合國內近年來的實際運行經驗，在穩妥可靠的前提下進行改進和提高，技術裝備立足于國產化。通過完善及改進工藝，改進設備結構及材質，使本余熱利用裝置的技術與裝備達到國內先進水平。力爭該裝置技術上更穩妥、性能上更可靠、操作上更方便、投資更省。本項目在環境保護、勞動安全方面采用了行之有效的措施，可以達到國家劃定的要求。項目投產后經濟效益明顯，同時環境效益和社會效益是巨大的，在技術上和經濟上都是可行的。

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