陶瓷窑炉余热利用技术在实践中的应用

关键词：本文介绍了江西斯米克陶瓷有限公司年产1500万m2瓷砖生产线项目在新建的6条陶瓷窑炉时，引进窑炉奢热利用技术，通过窑炉白身的余热利用解决了整个厂区的生活热水需求问题，达到了节能减排。降低消耗，节约能源是的效果，并且带来了可观的经济效益。

关键词：余热利用　陶瓷窑炉　节能　换热器

1.前言

陶瓷窑炉的平均热效率只有20％左右，排烟温度普遍在300℃以上，烟气所带走的热损失非常惊人，既污染了环境，又浪费了宝贵的烟气余热资源。特别是近年国家对陶瓷行业的政策发生了改变，出口退税率大幅下调，而人民币却大幅升值，原材料价格大幅上涨，势动力成本不断上升，陶瓷行业面临巨大的挑战。为了更好地生存和发展，近两年来，在陶瓷行业兴起了一股利用窑炉烧成余热的高潮，达到了节能减排，降低消耗，节约能源是的效果，大大的提高了陶瓷厂家的经济效益，带动了相关产业的发展。

2、背景概述

江西斯米克陶瓷有限公司年产1500万m2瓷砖生产线项目建成后约有员工1000人，需要大量的80℃左右的生活热水用于员工淋浴和厨房洗涤，按冬季每人每天需要热水100kg／人计算，加上厨房洗涤用热水，合计最大需要热水总量120吨／天。在上下班高峰期间，最大需要热水淋浴20吨／小时。如此大的生活热水需求，若使用锅炉烧水供求，对公司来说又是一笔沉重的经济负担。而公司现有6条陶瓷窑炉，烟气排放温度在180℃至250℃之间，每条窑的烟气排放量约20000Nm3／h左右，烟气很干净，是非常优良的生产热水的热能来源。按每条窑可利用的烟气量15000Nm3／h，换热后烟气排放温度100℃计算，烟气可以回收的热焓达到40万kcal／h，每小时可以生产5吨80℃热水。6条陶瓷窑炉当中，只要有2条窑在正常生产，其释放的余热资源，加上热水池的蓄水，就足以持续4小时，连续满足20吨／小时上下班高峰期间对热水的需求。

3.窑炉余热利用的条件

在陶瓷窑炉的烟道上攫取热能，应注重以下原则：

1)不能影响陶瓷窑炉的正常生产；

2)安装在烟道上的换热设备的烟气阻力必须限制在250Pa以内；

3)应考虑到夏季不用热水时对换热设备的保护措施，

4)换热设备必须采用耐高温材料制作，而且有必要的防腐措施；

5)安装在烟道内的换热器的尺寸应根据烟道的设计尺寸做相应调整。

4.热水生产工艺流程

在6条陶瓷窑炉的排烟管道上安装6套换热器，2个相邻的换热器共用一台循环水泵。循环水泵和烟道阀门的开启与关闭是根据循环水的温度自动控制的-保温热水池的补水是根据热水池的水位自动开启电磁阀补充自来水的，整个热水生产系统完全实现自动操作。如下图所示：

5.余热回收热量计算公式

[换热器进口烟气的体积流量(Nm3／h)×进口烟气温度(℃)×该温度下的烟气比热(kcal／Nm3℃)一换热器出口烟气的体积流量(Nm3／h)×出口烟气温度(℃)×该温度下的烟气比热(kca]／Nm3℃)]×换热系数=回收热量(kcal／h)

如果需要转换为kW单位，则换算系数为1kW=860kcal／h

由于换热器进出烟气的体积流量基本不变，高温和低温的烟气比热变化也不大，因此，工程中常用如下简化公式计算换热器回收热量：

进出换热器烟气的体积流量(Nm3／h)×[进口烟气温度(℃)-出口烟气温度(℃)]×0.35系数=回收热量(kcal／h)

6.余热利用系统的控制方法

系统初始状态为三台循环水泵不运行，6个热水电磁阀处于关闭状态(常闭电磁阀)，6个垂直烟道电动碟阀1处于开启状态(常开碟阀)，12个旁通烟道电动碟阀2和电动碟阀3出处于关闭状态(常闭碟阀)。

儿窑和J2窑为一组； J3窑和J4窑为一组； J5窑和J6窑为一组。整个系统共有六套控制设备，各套控制设备的运行相对独立。由于六条陶瓷窑炉的余热资源丰富，整个系统只要有一条窑炉运行，其余热资源就足以满足40吨热水加热的需要，同时，为了避免6条旁通烟道与垂直烟道的频繁切换，影响陶瓷窑炉的正常生产，保持窑炉的风压稳定，因此希望切换到旁通烟道的运行时间相对长些，不要频繁切换。所以六套控制设备是轮流运行的，而且在同一时间内只运行一套，六套控制设备只要有一套在运行，其它组就都保持初始状态。轮流运行的概念在运行程序的表现是这样的：整个系统最初始是按J1窑、J2窑、J3窑、J4窑、J5窑和J6窑的顺序来检测并运行的，但下一次系统再启动时，整个系统的检测和运行的顺序就是按上一次运行的窑炉接下来的窑炉开始检测了，例如，系统开始的时候是按J1窑、J2窑、J3窑、J4窑、J5窑和J6窑的顺序来检测的，当检测到乃窑在运行，有余热时，就启动J3窑的控制设备，保温水箱内的水温会上升，当达到规定指标后，系统会停止运行・当保温水箱内的温度低于50℃时，系统要求重新启动，此时整个系统的检测顺序应该是J4窑、J5窑、J6窑、儿窑、J2窑、J3窑了，即从运行窑炉的下一个窑开始检测。这样傲的好处是各条窑炉都有机会运行，一旦启动运行，换热时间相对要长些，不需要频繁切换垂直烟道和旁通烟道，而且换热器的使用寿命也会长些。

当保温热水箱内热水温度检测到低于50℃(温度可设置)时，控制系统再轮流检测儿窑，J2窑、J3窑、J4窑、J5窑和J6窑的烟气排放温度，当烟气温度传感器Tl大于150℃(3(温度可设置)时，儿窑、J2窑、J3窑，J4窑、J5窑和J6窑所对应的循环水泵启动运行，同时开启窑炉循环热水电磁阀，延时60秒，开启旁通烟道电动碟阀2和电动碟阀3，关闭垂直烟道电动碟阀1。此时