隧道窑余热发电浅谈(2014-335)

隧道窑余热发电技术浅谈摘要：本文先从大环境下介绍了隧道窑余热发电的背景，再以实例分析隧道窑余热发电的可行性及技术和经济指标关键词：余热发电节能减排1、前言煤矸石页岩砖在隧道窑煅烧过程中，产生大量热量。隧道窑建材企业的余热利用除砖坯干燥（利用隧道窑100～200℃的余热足够干燥蒸发原料中的水份所需热量；若直接利用隧道窑高品位余热——排烟温度450～800℃和产品冷却温度450～1050℃用于干燥，会导致干燥窑热量过剩，降低余热的利用价值，使隧道窑的能源浪费转移到干燥窑，干燥窑能源损失量大）以外，其它方式的余热利用量很小，利用价值很低（如加热浴室用热水等），相当多的企业（70%左右）根本就不利用而直接废弃。传统的节能利用是将冷却带的热风引到烘干区对湿砖胚进行烘干，这样利用了一部分富裕的热量，对企业的节能减排起到一定的作用。但是在传统的节能利用中，大部分高品质的热能未能有效利用，特别是隧道窑中高品质的辐射能未能利用，随着国家节能政策越来越完善，社会对节能要求越来越高的情况下，传统的余热利用已经不能充分满足要求，这也迫切需要更全面的余热利用方案。这样，在不影响隧道窑煅烧，不影响隧道窑烘干的情况下，对隧道窑的富余热量进行利用发电，不但解决了窑炉的能源浪费，还能产生电能，为企业进行增效，这将是隧道窑节能的最佳选择。2、背景截止到2010年底，我国煤炭系统共有煤矸石砖厂近2000家。除现已投产的煤矸石生产线以外，四川、山西、山东、河北等地还将陆续新建一批煤矸石空心砖生产线，新建的制砖厂规模比较大，在6000万块-16000万块之间，普遍采用了隧道窑生产技术。最近十多年，政府加大了淘汰落后产能的力度，在钢铁、电力、冶金、化工、化肥、水泥等行业大规模的推广先进工艺和技术，淘汰中小规模的生产企业，使这些行业的能耗或经济指标达到或领先国际先进水平。2010年，政府又把砖瓦行业淘汰落后产能工作提上了日程，将淘汰中小型轮窑等能耗高、自动化程度低的烧结砖生产企业，在全国范围内推广大中型隧道窑制砖生产技术，推动砖瓦行业的节能减排工作，提高砖瓦行业的技术水平。大中型化的集中，将给余热发电带来可能。随着其他行业余热发电政策及技术的成功推广，在隧道窑行业我国政府相应的扶持政策必将会出台，同时相应的技术法规必将会向余热发电技术方面调整，如余热发电将会列入烧结砖瓦厂设计规范和烧结砖瓦厂节能设计规范。余热发电技术在全球制砖行业是比较超前的，这一技术的应用必然会带动全球制砖行业的节能减排，对全球环境和减排做出贡献。3、建设项目的必要性根据国务院【1996】36号文件《批转国家经贸委等部门（关于进一步开展资源综合利用意见）的通知》的精神，开展资源综合利用是我国一项重大的技术经济政策和发展的方向，国家提倡和鼓励企业对生产过程中产生的余压、余热进行回收和合理利用，并制定了多项优惠政策。一条年产1.2亿块标砖余热发电建成后，与建设同样规模的燃煤电厂相比，相当于每年节约标准煤2520吨。本项目建成后，可减少排入大气的热量，大大改善对厂区环境造成的热污染。4、余热发电的技术运用隧道窑余热发电技术正是依据高品位余热开发的高效节能技术，其基本原理和设计思路：在急冷段安装换热装置，主要吸收450℃以上的高品位热量，而对450℃以下的热量则用于砖坯干燥，这样既不影响生产现状，也可避免高品位能量的降级利用问题。安装余热锅炉换热装置后，冷却段将形成一个比较稳定的温度场，其温度的高低主要取决于锅炉压力和砖行进速度，并沿砖行进方向形成一个稳定的温降曲线。此外，采用抽风冷却还会把高品位的能量降低等级后才能通过风机送到干燥窑利用，不利于余热的高效利用。通过余热锅炉把高品位热量用来生产高效益的电能，而对450℃以下较低品位的热量再用于砖坯预热、干燥，实现余热的梯级利用，有效地利用好余热。再经余热锅炉产生1.3～2.5MPa、300～400℃过热蒸汽后再通过汽轮机带动发电机发电。选用凝汽式或低温余热汽轮发电机组，汽轮机排出的乏汽进入冷凝器转化为凝结水，通过凝结水泵返回锅炉循环使用。发电机组输出电压为400V或10KV，并入厂区内部400V或10KV电网运行。系统内分别设置温度、压力、水位、流量等热工仪表，以及高限和低限声光报警和自动控制调节设备，对设备运行信息进行收集。并将信号传输至集控中心(人机界面)处理，实现控制中心对余热发电装置的远程监视控制。5、隧道窑余热发电系统热工计算分析绝对压力0.12Kg/cm2饱和蒸汽：水温49.06℃（49.04Kcal/Kg）、汽温49℃（618.6Kcal/Kg），汽化潜热r=569.6Kcal/Kg。绝对压力1Kg/cm2饱和蒸汽：水温99.09℃（99.17Kcal/Kg）、汽温99.09℃（638.8Kcal/Kg），汽化潜热r=539.6Kcal/Kg。以一条年产1.1亿煤矸石页岩多孔砖（KP1）烧结生产线为例，日产18万块，每小时产7500块，90砖单块干坯的重量3.54Kg。5.1每小时隧道窑可利用的余热量为：Q1＝0.92×7500×3.54×(950-200)＝1.832×107kJ/h5.2锅炉产汽量Qzq=Q1.η.（1-αps）/(hsh-hfw)＝1.832×107×0.9×（1-1%）/(3235-104.5)＝5214(Kg/h)5.3发电量W＝5214÷5.6＝930KW6、余热发电系统配置6.1水处理系统：原水先通过反渗透装置、混床进行处理，去除水中钙、镁、氯等阴阳离子，使水的硬度小于5微克当量/升，防止余热锅炉和热力系统内管道设备结垢而影响机组安全运行。6.2隧道窑余热锅炉系统：包括汽包、蒸汽发生器、过热器等设备，其作用是在不影响隧道窑正常生产的前提下将隧道窑产品冷却释放的热量转化为过热蒸汽（压力2.45～3.82MPa、温度350～450℃）的热量。6.3热工监控系统：根据换热装置的布置情况分别设置温度、压力、水位、流量等热工仪表(就地表计和远传表计)，以及高限和低限声光报警和自动控制调节设备，对设备运行信息进行收集。并将信号传输至集控室中心处理，实现控制中心对余热发电装置的远程监视控制。6.4汽轮发电机系统：把余热锅炉生产的过热蒸汽送到汽轮发电机组发电，根据各砖瓦厂的实际需求全部发电或部分发电。6.5电气监控系统：余热锅炉、汽轮发电机和水处理设备通过开关柜进行监控，保障整个越热利用系统的安全、稳定运行。6.6主要辅机设备：发电系统所需的各种水泵、冷凝器、冷却塔等设备。6.7配套工程：包括消防、防雷接地、空调通风、通信和热力系统设备管道防腐、保温、涂色、土建工程等。7、实际运用案例7.1企业情况及地理位置洛阳某建材有限公司位于河南洛阳伊川县，公司建有年产1.2亿煤矸石页岩砖生产线，每条生产线建有两条隧道窑。本余热发电工程利用现有的两条隧道窑余热进行发电，每小时可回收热量1.933×107KJ，每年可向企业提供电力0.72×107KWh，扣除本项目用电后，每年可对厂内供电0.648×107KWh。7.2工程建设内容本工程在不影响砖厂生产系统的生产下运行，充分利用本工程煤矸石页岩烧结砖生产线中的两条隧道窑产生的余热建设一套凝汽式汽轮发电机组。主要建设内容为：1.1MW凝汽式汽轮发电机组+2×3.2t/h次中温中压隧道窑余热锅炉。7.3余热品味分析通过对隧道窑余热发电工程进行现场考察，对煤矸石页岩烧结砖生产线隧道窑的可用热量进行测算，结论如下：（1）砖厂基本情况1）煤矸石残配50%页岩2）燃料发热量：混合原料发热量280±20kcal/kg3）内燃料：内燃程度100%4）生产规模：实际年产1.2亿块煤矸石多孔砖或实心砖（按折标砖计算）5）干燥室主要技术参数（以下为标准配置，与民强公司可能会有不同）总长：84米容车数：20辆有效宽度：6.9米有效高度：1.45米每车装载量：6048块送风温度：120℃干燥合格率：90%干燥周期：28小时单条年产量：6000万块（标砖）条数：两条隧道窑主要技术参数（以下为标准配置，与民强公司可能会有不同）总长：150米容车数：36辆有效宽度：6.9米有效高度：1.41米烧成温度：1070℃烧成周期：48小时单条年产量：6000万块（标砖）条数：两条（2）煤矸石页岩烧结砖生产线隧道窑热工估算分析（按隧道窑）：1）砖冷却时可利用的余热量Qn=Qg*N*Dw*MP=280*4.18*3.54*16666=69050837KJ/hQn-----每小时标砖得热量Qg-----每公斤混合量发热量DW-----标砖重量MP-----每小时标砖产量2）热效率隧道窑的热效率按52%计3）每小时隧道窑干燥焙烧产品需热量69050837KJ/h*0.52=35906435KJ/h4）主要热损失占总热量的20%计69050837KJ/h*0.2=13810167KJ/h5）生产线每小时可利用的余热量69050837KJ/h*0.28=19334234KJ/h6）2.35Mpa，350℃蒸汽比焓为3130kj/kg7）给水焓104.5kj/kg8）理论锅炉产汽量6.39t/h9）汽轮机汽耗6.2kg，理论发电量1030kW（3）煤矸石页岩烧结砖生产线隧道窑发电量估算分析（按砖烘干水分）：1）砖冷却时可利用的余热量Qn=Qg*N*Dw*MP=280*4.18*3.54*16666=69050837KJ/hQn-----每小时标砖得热量Qg-----每公斤混合量发热量DW-----标砖重量MP-----每小时标砖产量2）砖烘干水分耗热量标砖的烘干1每块标砖含水量（kg）0.332标砖的比热（kcal/kg）0.213水的比热（kcal/kg）14水的汽化热（kcal/kg）5395标砖水分蒸发到100℃需要的热量（kcal）177.876标砖水分加热到100℃需要的热量（kcal）26.49919.7为环境温度7标砖烘干到150℃需要的热量（kcal）71.964698烘干每块砖耗热量（kcal）276.333699每万块砖耗热量（kj）11567328.33）每小时烘干砖总耗热量276.33369*16666*4.18=19250477KJ/h4）每小时砖带出热量（标砖出口显热130KJ）130*16666=2166580KJ/h5）主要热损失占总热量的30%计69050837KJ/h*0.3=20715251KJ/h6）生产线每小时可利用的余热量69050837KJ/h-19250477KJ/h-20715251KJ/h-2166580KJ/h=26918529KJ/h7）2.35Mpa，350℃蒸汽比焓为3130kj/kg8）给水焓104.5kj/kg9）理论锅炉产汽量8.8t/h10）汽轮机汽耗6.2kg，理论发电量1400kW根据以上计算，本工程装机容量为1100KW7.4主要设备本工程主要设备7.4.1隧道窑余热锅炉数量两台额定蒸汽压力：2.35Mpa额定蒸气温度：350℃额定产气量：3.2t/h锅炉排污率：2%布置方式：隧道窑顶部、敷设换热7.4.2凝汽式汽轮机数量一台额定蒸汽压力：2.35Mpa额定功率：1100KW额定进汽压力：2.35Mpa额定转速：1500r/min额定进汽量：6.4t/h排汽压力：0.01Mpa7.4.3发电机数量一台额定功率：1100KW额定转速：1500r/min出线电压：400V频率：50HZ7.4.4机械循环水凉水塔及循环水泵循环水量：400t/h循环水泵：流量440t/h，扬程23米7.4.5除盐水一级反渗透加混床系统，设计产水量5t/h，水质满足中压锅炉给水要求。7.5厂区主要布置在满足消防和工艺的前提下，将汽机房、水处理间、控制室、配电间布置在主厂房内，形成一个整体。余热锅炉综合布置在内宽为6.9米的大段面隧道窑顶部。本工程需新建用地约500平方米。8主要经济指标（经济效益分析）1）装机容量：1100KW2)平均发电功率：1000KW3)年运转率：7200h4）年发电量：720万KWh5）年供电量：648万KWh6）年节约电费：453万元（电费0.7元/KWh）8）