陶瓷企业窑炉烟气的余热利用

陶瓷企业窑炉烟气的余热利用
摘要本文介绍了窑炉烟气余热利用的现状，提出了新型高效的窑炉烟气余热利用方式――余热制冷,并对其进行了可行性分析。

关键词陶瓷企业，窑炉烟气，余热制冷
1引言
陶瓷企业的窑炉所产生的烟气带走的热量是巨大的，占窑炉总热量的25%～35%,一般可从中回收15%，若将这部分余热利用起来，其经济效益相当可观。

但是，由于人们的节能观念不足以及技术水平的落后，致使我国陶瓷窑炉烟气余热的利用率非常低，一般只有2%～3%，而国外的余热利用率一般都在15%左右。

可见，我国陶瓷窑炉烟气的余热利用还有很大的开发空间。

2现有余热利用方式
现有余热利用方式主要有以下几种：
（1）在换热器中用烟气余热加热助燃空气和煤气；
（2）设置预热段，用烟气余热加热炉料；
（3）设置余热锅炉，用烟气热量生产蒸汽；
（4）加热空气作为烘干坯件的热源；
（5）利用烟气余热产生的蒸汽来发电和供暖等。

通过上述传统的操作方式可以将陶瓷烟气余热利用起来，提高能源的利用率。

下面我们以建陶生产基地佛山为例探讨一种新型高效的余热利用方式――余
热制冷。

3余热制冷
3.1 概况
广东佛山是我国最大的陶瓷生产基地。

其中，禅城区辖内拥有一定规模的陶瓷企业110多家，共有工业窑炉700多条。

据资料统计，2003年全区陶瓷行业耗煤量为83688吨，占全区的16.7%。

可见，佛山陶瓷企业耗能量之大，产生热量之多。

但通过窑炉烟气排出去的余热量也是非常巨大的，这就为余热制冷提供了可靠的热源。

佛山处于亚热带，气温较高，每年需要空调工况的月份不少于6个月。

详细数据见表1。

可见，佛山的需冷时间比较长，需冷量也很大。

3.2 吸收式制冷系统简介
以高沸点物质作溶剂(吸收剂)、低沸点物质作溶质(制冷剂)组成的二元溶液，其溶质的溶解度与温度有关。

温度较低时，溶解度取代对蒸汽的压缩过程，这样的制冷系统叫做吸收式制冷系统。

吸收式制冷系统主要由吸收器、溶液泵、发生器、冷凝器、节流机构和蒸发器等部件组成，而其中的吸收器、发生器体积较大。

在制冷系统中利用溶液温度较高时，溶解度较小的特性，溶液泵等部件的组成可看作冰箱、空调制冷装置里面的压缩机。

溴化锂吸收式制冷系统图
在吸收式制冷系统中，液体制冷工质在蒸发器中吸热汽化，被吸收器中的吸收剂吸收，然后经溶液泵送入发生器，发生器中的溶液被加热并且蒸馏后分离成高温高压制冷工质和稀溶液。

制冷工质经冷凝器、膨胀阀回流到蒸发器，周而复始实现连续制冷，稀溶液则经另一节流元件回到吸收器。

吸收式制冷机中的制冷剂/吸收剂工质对通常采用氨-水或者水-溴化锂溶液。

若用水作制冷剂，则一般只能制取0℃以上的冷水，多用于空气调节。

下面详细介绍一下溴化锂吸收式制冷系统的工作原理。

溴化锂吸收式制冷系统（如上图）一般采用0.1～0.25MPa（表压力）的蒸汽或者75～140℃的热水作为驱动热源，循环的制冷性能系数较低，一般在0.7左右，而制冷温度一般不低于5℃。

溴化锂－水作工
质对时，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂，其无臭、无味、无毒，对人体无危害。

发生器内装有一定量的溴化锂浓溶液,吸收器内
装有一定量的溴化锂稀溶液，吸收器内的溴化锂稀溶液经溶液泵、热交换器进入发生器,在外热源(辊道窑
余热)加热下，溴化锂稀溶液发生水分蒸发而变成溴化锂浓溶液，所蒸发的水蒸汽进入冷凝器(溶液中的蒸发压力必须高于发生器上部空间的水蒸汽压力，以保证水蒸汽连续地产生)。

在冷凝器中被冷却水冷却放热后，经节流减压进入蒸发器，在高负压的蒸发器中汽化吸热冷却，汽化后的水蒸汽进入吸收器，在吸收器内被来自发生器的溴化锂浓溶液吸收,使溴化锂浓溶液变
成了稀溶液(溶液中的水蒸汽压力必须低于吸收器上
部空间的水蒸汽压力，使来自蒸发器的水蒸汽不断被溶液吸收)，再经过溶液泵、热交换器送至发生器浓缩
成溴化锂浓溶液。

在水蒸汽吸收过程中,产生的汽化潜热由冷却水
带走。

溴化锂溶液为高温液体,在进入吸收器之前经过热交换器冷却,加热进发生器前的稀溶液，回收了部分热量,提高了能源的利用率。

4可行性分析
佛山某陶瓷企业的两条气烧辊道窑，日耗煤70
吨（低位发热量为5500Kcal/kg），日产瓷片10000m2（10kg/m2），产品烧成温度约为1200℃，其中可利
用余热的两个主要部位为急冷带（1200℃冷却到600℃和400℃冷却到200℃）和窑头排烟（400℃冷却到200℃）。

(1) 余热计算(表2）
（2）需冷面积计算（表3）
（3）需冷量计算（表4）
由上述计算可知，采用一台型号为REW045的蒸汽双效吸收式制冷机（蒸汽消耗量为1181kg/h，制冷能力1108kW）就可以满足上述的制冷需求。

4.1 环境可行性分析
溴化锂制冷系统是通过利用窑炉的烟气余热来制冷的，其本身在运行过程中不会产生对环境有害的物质，反而能够减少窑炉烟气的排放量，降低有害物质的排放，对保护环境起到一定的作用。

因此，在环境方面是可行的。

4.2 经济可行性分析
一般房屋采用的空调制冷系统为蒸汽压缩式制冷系统，现改用溴化锂吸收式制冷系统，则其经济性分析如下：
（1）蒸发压缩式制冷系统的电能消耗（以制冷量Q0=1000kW计）
蒸汽压缩式制冷空调系统的性能系数一般为COP=制冷量Qe/轴功率，而蒸汽压缩式空调COP值一般在2.6～3.5之间，在这里我们取值为3，则制冷压缩机电动机的功率：
Pe=Q0/COP=1000/3=333.33kW
每年有6个月制冷，则总耗电量为
333.33×30×24×6＝143万kWh
（2）溴化锂吸收式制冷系统的电能消耗（以制冷量Q0=1000kW计）
溴化锂吸收式制冷系统的主要电能消耗是溶液泵
的消耗（以制冷量Q0=1000kW计），约为10kW，在相同的使用情况下，10×30×24×6＝4.32万kWh （3）空调制冷系统改装后年费用
可按以下计算：
143万kWh－4.32万kWh＝138.68万kWh
若按照电价0.6元/kWh计算，那么每年节省的电费可按以下计算：0.6元/kWh×138.68万kWh＝83.21万元。

除此以外，还可以免去一大笔空调的维修保养费用。

由此可见，其经济效益是很可观的。

5结论
在陶瓷企业里安装溴化锂制冷系统的空调，可以充分利用窑炉的巨大烟气余热来制冷，解决了窑炉烟气余热多而不能利用的难题，减少了公司的日常开支，
又节约了能源、保护了环境，是企业循环经济的良好体现。

参考文献
1 戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].机械工业出版社,2001
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3 戴永庆.溴化锂吸收式制冷机[J].国防工业出版社,1980
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