气烧辊道窑余热发电技术方案

气烧辊道窑余热发电技术方案

一、辊道窑余热发电概述

余热发电技术是利用企业的高品位热量进行回收，并集中转化为电力供企业自用的技术。我国从上世纪“八五”期开始，对余热发电技术和装置进行系统的研制开发，经过十多年的开发、研究和若干实际工程投产运行，余热发电技术和国产化设备都已成熟可靠，总体上的技术水平已经赶上国际先进工业国家。国家也把利用余热发电，作为节能降耗，实现循环发展的重要措施之一，给予大力支持和发展，使我国的余热发电技术应用领域不断扩大。但在建筑陶瓷、卫生陶瓷行业生产领域，辊道窑余热发电方面是个空白。

根据国家发展改革委节能中长期专项规划[发改环资[2004]2505号]精神，在“十一五”期间，辊道窑是陶瓷行业推广的技术。由于国内对辊道窑余热利用技术的研究起步较晚，余热利用率较低，除部份企业把余热用于原料烘干外，大部份企业是把高品位的辊道窑排烟热量（温度400～800℃）和产品冷却热量（温度950～1200℃）直接废弃，从而造成大量的能源浪费和热源污染。

陶瓷企业的余热利用，国内外先进企业主要是将辊道窑烟气和产品冷却产生的热风，通过风机送到原料干燥塔，对陶瓷原料进行干燥，以减少干燥塔一次能源消耗量，使陶瓷企业获得一定的经济效益。由于陶瓷原料的干燥主要是蒸发原料中的水份，利用辊道窑100～400℃的余热足够干燥所需热量；若直接利用辊道窑高品位余热（排烟温度400～800℃和产品冷却温度650～1200℃）用于干燥，则会导致干燥塔热量过剩，同时大大地降低余热的利用价值，使辊道窑的能源浪费转移到干燥塔，干燥塔能源损失量大，而能量品位又低，散失了余热再利用的价值。陶瓷企业的余热利用除原料干燥以外，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），相当多的企业根本就不利用而直接废弃。根据陶瓷企业余热利用的现状，如何有效地提高余热的利用效率和利用价值，是本项目研究的目的。

电力作为二次能源，价值高且使用方便。如果将陶瓷企业辊道窑高品位余热（400～800℃的排烟余热和650～1200℃的产品冷却余热）收集转化为价值更高的电力能源，而品位较低、余热锅炉难以利用的余热（100～400℃）再用于原料干燥，既可满足陶瓷生产的需求，并充分利用好现有干燥设备，提高陶瓷企业辊道窑余热利用的价值和效率，解决陶瓷企业余热过剩的问题，将大大地降低企业的生产成本，并节约资源，从而推动陶瓷企业的循环经济发展。

辊道窑消耗的一次能源（煤、油或天然气），除炉窑散热、产品水份蒸发、烧结等必须消耗的能量外，约70%的能量是随排烟热损失和产品冷却热损失而浪费。在这些浪费的热量（简称余热）中，采用余热干燥原料的方式，可利用余热的20%，20%因品位低无法利用，另有60%左右的余热还没有得到充分利用。以一条每小时耗标准煤1400Kg的气烧辊道窑为例，进入炉窑总的热量为41×106KJ/h，有12.3×106KJ/h热量直接用于陶瓷生产,有28.7×106KJ/h余热；其中5.74×106KJ/h热量可用于原料干燥,有17.22×106KJ/h热量没有得到充分利用,5.74×106KJ/h热量不能利用。若将17.22×106KJ/h热量通过余热锅炉转化为蒸汽的热量，余热锅炉效率为85%，则可产生2.5MPa、400℃的蒸汽（蒸汽焓为3214KJ/Kg）2380Kg/h，利用凝汽式汽轮发电机发电，其汽耗率为5.6Kg/KWh，则这条炉窑的余热可发电370KW。按平均电价0.55元/度计算，这条炉窑每小时可额外回收203.5元的电，经济效益显著。若

选用排汽压力0.3MPa的小型背压式汽轮发电机发电，汽耗率为26Kg/KWh，则这条炉窑的余热可发电91.5KW，发电的经济效益比凝汽式机组更低，但可利用汽轮机排汽用于陶瓷原料低温干燥或其它工业、生活用汽，提高余热利用的经济效益。

利用辊道窑余热发电的关键，在于开发出适合陶瓷生产的余热锅炉技术和分散热源热工监控技术。设计的余热锅炉不能影响陶瓷的正常生产（即不影响产品的产量和质量），也不增加一次能源消耗量，余热锅炉产汽压力、温度稳定、可控。

本项目以公司“辊道窑余热发电装置”专利技术为核心，集合我国余热发电的先进技术，自主研制开发出煤烧辊道窑余热发电技术和装置。项目经过近一年的反复研制开发，以及陶瓷生产企业的使用，在技术上有较大的突破。创新的“满足辊道窑生产工艺需要的分段换热技术”、“辊道窑余热锅炉过热蒸汽恒温技术”、“辊道窑消烟除尘技术”、“分散热源能量回收热力系统热工监控技术”，较好地解决了煤烧辊道窑余热吸收、收集、能量转换、汽轮机排汽利用、安全运行等技术问题。同时集合现有成熟的“分散热源能量回收汇集技术”、“钠离子交换水处理技术”、“余热锅炉技术”、“蒸汽发电技术”和“热工仪表监控保护技术”，使整套余热利用装置达到余热利用率高、发电量大（平均每条炉窑可发电266万度/年）、节能降耗效果显著、无烟尘和热源污染、企业经济效益提高（平均每条炉窑可为企业节约近120万元/年的电费开支）的目标。与余热用于原料干燥技术相比，节能效果更好，技术更先进,有利于陶瓷企业循环经济的发展。

二、气烧辊道窑余热发电能量平衡概算

二条气烧辊道窑,日耗煤85吨(低位发热量5500Kcal/kg),日产瓷砖17000m2(10 kg/m2),产品烧成温度1100℃,窑头排烟温度400～500℃,其中可利用余热量:

1、急冷带(1100℃冷却至600℃和400℃冷却至200℃)余热:

0.26 Kcal/（kg.℃）×17000m2/d×10 kg/m2÷24 h/d×[(1100-600)+(400-200)] ℃=128.92万Kcal/h

2、排烟余热(烟气温度400℃冷却至200℃):

（3970-1930）Kj/kg×85×103 kg/d÷24 h/d÷4.18Kj/Kcal=172.8万Kcal/h

3、合计：128.92万Kcal/h +172.85万Kcal/h=301.77万Kcal/h,折合标准煤431.1 kg/h，余热锅炉效率85%。

可产生2.5 MPa、390℃的蒸汽（焓值为769 Kcal/ kg）

431.1×104Kcal/h×0.85÷769Kcal/ kg=4765 kg/h

采用进汽参数2.35 MPa、390℃的次中压凝汽式机组,汽耗率为5.6 kg/KWh,可发电

4765kg/h÷5.6kg/KWh =851KW

4、由于实际生产过程中,炉窑保温性能差异和炉管积灰等因素,致使余热利用率会下降10～15%,实际发电量为:

次中压(2.35MPa、390℃)参数：851KW×0.85=723KW

因此,根据该厂炉窑保温情况和维护上的关系,采用次中压参数运行时发电量为700～850KW,装置自用电量40～50KW,供电量为650～800KW。