煤矸石砖厂余热利用系统设计

　　【摘要】煤矸石砖厂在利用煤矸石烧结制砖时，烧结后的余热大多直接散失，同时职工洗浴用水又采用锅炉蒸汽加热，造成浪费，不符合低碳经济的发展趋势。如何合理利用烧结砖时的余热，用于加热洗浴用水，实现节能降耗十分关键。煤矸石砖厂余热利用系统设计思路是利用煤矸石砖经烧结段后的余热保温及冷却段多余的热量，加热位于窑尾顶部加热水箱内的水，将热水输送到职工澡堂供洗浴，从而节约部分锅炉房的供热量，达到省煤节能的目的。
　　【关键词】煤矸石砖厂,余热利用,热水系统
　　【中图分类号】TK01+8【文献标志码】B
　　余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。
　　根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。
　　中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低２０％左右，主要污染物排放总量减少１０％的约束性指标。
　　政府已将“余热余压”利用工程列为“十大重点节能工程”之一。节能减排已成为整个社会的共同任务。余热余压利用工程包括在钢铁、建材、化工等高耗能行业，改造和建设纯低温余热发电、压差发电、副产可燃气体和低热值气体回收利用等余热余压余能利用装置和设备。
　　随着工业企业淘汰落后生产能力工作的推进和技改项目的相继启动，溴化锂吸收式制冷机必将会在节电、节水、节气、余热利用等领域中发挥出更多、更重要的作用。
　　煤矸石砖厂余热利用系统设计思路是利用煤矸石砖经烧结段后的余热保温及冷却段多余的热量，加热位于窑尾顶部加热水箱内的水，将热水输送到职工澡堂供洗浴，从而节约部分锅炉房的供热量，达到省煤节能的目的。
　　1、 方案选择
　　煤矸石砖厂在利用煤矸石烧结制砖时，烧结后的余热大多直接散失，同时职工洗浴用水又采用锅炉蒸汽加热，造成浪费，不符合低碳经济的发展趋势。如何合理利用烧结砖时的余热，用于加热洗浴用水，实现节能降耗十分关键。
　　煤矸石制作烧结多孔砖。是利用煤矸石本身所含热能烧砖，在焙烧窑内经过预热、烧结、冷却三个过程。煤矸石多孔砖烧成温度通常为950。C一1050％，经过高温焙烧、保温后进入冷却段，砖体温度仍可达到800℃左右，此时多孔砖已烧结，晶型转化基本完成。进入冷却带的多孔砖带有大量热量，这部分热量通过热辐射、对流的方式向窑顶、窑墙、窑车以及助燃空气传递，致使窑体、窑车和多孔砖本身蓄热偏多，最终散发到大气中，造成极大的浪费。焙烧窑生产是连续性的，在冷却段每个位置的环境温度也是相对稳定的，此时的热源洁净无烟尘，这就为余热利用提供了稳定的热源。
　　本系统在方案选择时，对类似的煤矸石砖厂余热利用情况进行了考察。对比分析，选择适合本厂情况的最佳加热、输送、调节、控制和利用方案，将整个系统分为加热蓄能、输送、利用和自动控制四个环节。每个环节既相对独立又相互联系，通过自动控制系统连接成有机整体。此方案的突出特点：利用余热效率高，投资省，管理以及运行维护量小，可以做到无人值班。
　　在方案选择阶段，初步考虑两种不同的方案，即热水系统方案和蒸汽系统方案。进行可行性比较便可了解这两种方案的优劣，并得到选择热水系统方案的正确性。
　　若采用蒸汽系统方案，为达到尽可能多的余热利用量，必须增加余热锅炉部分的投资，相对于热水系统方案来说，锅炉属于特种压力设备，各种审批手续以及每年年检程序必不可少，同时需要相应配套的软化水处理等设备的投资，第三，关键还是热量的人为的损失太大，有效利用率大大降低。经简单计算，如果利用蒸汽系统方案，将蒸汽输送到澡堂用以加热洗浴用水，蒸汽压力应不低于0.3Mpa（对应于0.3Mpa压力下的蒸汽温度约130℃1），那么，窑尾120℃以下的余热量是利用不了的，且蒸汽输送压力和热损失均比热水输送要大得多。而热水系统方案，完全克服了蒸汽系统的缺点。对于洗浴来说，对热水的参数要求并不高，凡是比水箱内自来水温度高的窑尾余热就能被水吸收，有温差就能利用。
　　2、工艺流程：
　　工艺流程为：加热水箱内加入自来水→余热通入加热水箱的水中→热水储存并循环加热→热水的输送→淋浴水的调温及大池注热水。
　　3、系统原理：
　　3.1热源端。
　　水箱的加水由水位自动控制单元完成，使水位自动保持在水位上下设定值之间。加热后的热水靠蓄水池的水位控制自流入地下蓄水池，地下蓄水池和加热水箱的热水又能根据设定的温差通过循环水泵（当蓄水池的水温低于加热水箱内不断加热的热水温度某一设定值时，自动启动循环水泵），将蓄水池的水打回高位加热水箱实现循环加热，以达到余热的最大程度利用。在热源端还设有热水泵，其启动是靠使用端淋浴水的温度以及水位自动运作，也可就地或远端手动启停。
　　3.2使用端。
　　使用端也就是澡堂。
　　3.2.1男池注入热水时是靠手动启动热源端的热水泵，将热水注入大池。因砖厂运行情况以及季节因素，水温通常是不确定的，大池的水温是靠人工调节的。
　　3.2.2淋浴水箱的水位、水温是自动控制的。温度低于设定低限时自动启动热水泵以及电动阀向淋浴水箱加热水，加热水时不能影响洗浴的正常使用，设置了温度优先满足使用的程序，若温度高于设定上限时热水泵停，热水电动阀关闭；同时自来水电动阀打开进行冷水加水，当淋浴水池注满水后自来水阀关闭，此时如果因来热水温度偏低，当淋浴水箱水温仍低于设定温度下限，则系统会自动开启蒸汽电动阀用外来蒸汽继续加热，至温度达到设定上限时蒸汽电动阀关闭。
　　4、防腐保温材料的选择
　　4.1防腐。对于金属管道部分，首先进行彻底的除锈，喷红丹防锈漆，有必要做面漆的地方再按要求刷面漆。
　　4.2保温。本系统热水的输送距离较远，输送介质温度在30-100℃，必须选择保温性能较好的保温材料，减少热量的二次损失。进行技术及经济比较后，选择聚氨酯发泡保温材料，此保温材料的特点：①导热系数小，约为0.0275w/m•℃(25℃时)，为普通保温材料的1/3；②防水性能好；③防腐，该材料属发泡塑料，能有效的保护所保温的管材表面免于腐蚀；④成型后硬度大2。
　　5、系统投用后的节能比较
　　此系统安装施工完毕，一经投入使用即产生了很大的经济效益，也大大降低了劳动成本，节约了人力。经统计及计算，此系统每天能节约锅炉用煤量按每天10T计算，一年就可节约用煤量3600多吨，仅此一项，一年就可节约成本一百五十多万元。并且该系统在热源端实现了系统全自动化，与未采用此系统之前的砖厂相比较，可节约操作工人2-3人，使用端操作工人只需启动按钮便可完成所有操作，大大的降低了劳动强度，最大程度上实现了自动化控制。
　　6、结论
　　总之，根据热水系统方案进行煤矸石砖厂余热利用，将使煤矸石烧结砖厂创造更好的经济效益和社会效益，同时为节能减排、发展循环经济、构建和谐社会作出更大贡献。
　　【参考文献】
　　【1】 化工工艺设计手册，化学工业出版社，2007，2—716.
　　【2】 化工工艺设计手册，化学工业出版社，2007，3—94.