超热焙烧煤矸石制砖余热发电的可行性研究

1、超 热 焙 烧 煤 矸 石 制 砖 余 热发电的可行性研究崔宝剑(西安墙体材料研究设计院 ,陕西西安710061 )中图分类号 : tu522. 1 + 3 文献标识码 : a文章编号 : 1001 - 6945 ( 2005 ) 05 - 0048 - 03随着我国人口的不断增加和经济的快速发展 ,资源相对不足 的 矛 盾 日 益 突 出 ,“电 荒 ”、“煤 荒 ”、“水 荒 ”、“缺油 ”都昭示了中国的能源紧缺问题已显十分 严重 ,寻找新的资源或可再生资源以及合理利用现有 的宝贵资源 、大力开展节能措施将是我国今后如何确 保经济可持续发展的关键所在 。为此 ,早在 1996 年国 务院就

2、制定并出台了一系列开展资源综合利用的政 策 ,倡导要坚持资源开发与节约并举 ,并把节约放在首 位 ,一切生产 、建设 、流通 、消费等各个领域 ,都必须节 约和合理利用现有的各种资源 ,千方百计减少资源的占用和消耗 。开展资源综合利用以及开展有效的节能措施 ,是 我国的一项长期的重大技术经济政策 ,也是我国国民经济和社会发展中一项长远的战略方针 ,对于节约资 源 、改善环境状况 、提高经济效益 ,实现资源的优化配 置和可持续发展具有重要的意义 。近几年 ,在国家政策的大力扶持下 ,烧结煤矸石砖 行业得到一定发展 , 目前全国煤矸石砖生产企业有近 千家 ,年生产矸石砖 60 亿块 ,占粘土砖产量

3、的 0. 8 % ,利 用煤矸石 1600 万 t,年节约土地近万亩 ,节煤 60 万t标煤 。此外 , 全国利用掺煤矸石生产粘土烧结砖的 (平均掺矸量 15 % 35 %左右 )厂家较多 ,每年生产矸 石内燃烧结砖 500 亿块 ,年利用煤矸石 量 1800 万 t。 全煤矸石烧结砖一般 煤 矸石 发热 量 1300 2500 kj / kg,而发热量大于 2500 kj / kg煤矸石制砖 ,属于超热焙 烧 。由于焙烧过程中大量多余热量无法排出利用而造成产品过烧 、倒窑等事故而无法正常生产 , 约 60 % 80 %热量白白浪费 。目前我国累计煤矸石山达 1500多座 (其中一半以上发热量

4、大于 2500 kj / kg,目前无法利用 ) ,约 40亿吨 ,占地 20多万亩 ,而且每年以约 2 亿 吨的速度递增 ,每年形成新增占地约 6000 亩 。我国有237座煤矸石山曾发生过自燃 , 目前仍有 134 座矸石山在不同程度地燃烧 。煤矸石自燃不仅白白浪费了宝 贵的资源 ,燃烧过程中排放的二氧化碳 、二氧化硫 、氮氧化物及烟尘等 ,还严重污染大气环境 ,危害矿区人民的身体健康 。煤矸石经雨水淋溶形成的酸性水渗透到 地下 ,会污染地下水 。因此 ,综合利用煤矸石 ,可以减轻矿区的大气污染和地下水的污染 。煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一 ,解决煤矸石的处 理和利用问题是煤

5、矿开采和环保的重要课题 。超热焙烧煤矸石制砖余热发电技术 ,有效解决超热焙烧 煤矸石制砖超热利用的技术难题 。使烧结煤矸石砖生产真 正做到“零排放 ,零污染 ,零能耗 ”。1 我国超热焙烧煤矸石制砖目前状况1. 1 超热焙烧生产线通常采用的措施 掺加粘土 、页岩 、粉煤灰及过火矸调整原料发热量满足烧结砖发热量要求 。通常 13002500 kj / kg。生石灰带烧 ,采用 caco3cao + co2 - q 原理吸收多余热量 ,以及 co2 高温气体膨胀造成窑炉断面空腔缺氧 ,以抑制燃烧 。采用稀码快烧 ,减少单位容积码坯量 ,降低单位体 积的热强度 。窑炉采用窑室 、空腔间接 、直接换热

6、 ,加强余热利用 ,大部分余热放空 。1. 2 存在问题掺加料造成建厂一次投资加大 , 生产成本提高 。由于大部分添加料 (除过火矸 ) ,离煤矸石场 、煤矸石山都有一定距离 ,提高了原材料运输费用 。该部分费 用约占 整 个 制 砖 成 本 的 5 % 10 % , 有 些 甚 至 超 过20 % 。同时由于配套添加料部分工艺设备 ,约增加一 次投资 3 % 5 % 。采用生石灰代烧以减少窑炉断面的热强度 ,此方法很难掌握 ,同时大幅度降低窑炉产量 , 排出 co2 气 体对环境造成负面影响 。稀码快烧仅对发热量在一定范围内适用 ,对于发 热量大于 2500 kj / kg煤矸石适用难度较大

7、 。采用窑室 、空腔间接 、直接换热 ,预热段煤气容易自燃 ,影响窑炉使用寿命 。除干燥坯体使用部分热量 以外 ,有 40 % 60 %热量放空排出 。2 超热焙烧煤矸石制砖余热发电项目概况全煤矸石制砖生产线由于其特有的工艺特点 ,靠 自身热量烧制 ,其水分蒸发热 、化学反应热仅占总热量的 30 %左右 ,送往干燥室热量占总热量 30 % 35 % , 而 40 %左右热量散失 。超热焙烧煤矸石砖其发热量 是正常配料的 1. 5 倍以上 ,其煅烧过程中放出大量的 热量 ,随着排风机而排出窑外 ,除作为砖坯的干燥外没 有利用 ,而干燥用风仅为 125 即可满足要求 ,温度过 高还会造成砖坯开裂

8、,为了保证干燥砖坯的稳定 ,还要混入一定的冷风来降低烟气温度 。 目前利用制砖生产过程中的余热还没有更好的办法 ,如何利用余热成为制砖生产工业的一大课题 。受 水泥窑余热发电技术的启发 ,西安墙体材料设计研究 院与 tcdr i结合各自的优势 ,利用 tcdr i多年余热发电的成果及西安墙材院在制砖工艺的设计 、运行方面 的经验 ,利用砖窑废气余热通过增设高效余热锅炉及 与其配套的低参数凝汽式汽轮发电机组进行发电 ,项 目实施后可大量回收制砖生产废气余热以节约能源 、 降低热耗 ,提高企业经济效益 。随着国内低参数 、多级进汽汽轮机的开发成功 ,国 产装备的纯中 、低温余热电站也进入了成熟阶段

9、 ,采用 中 、低品位余热动力转换机械的纯中 、低温余热发电技 术具有更显著的节能效果 。全部国产装备的低温余热 发电电站于 2003年 4 月在上海某厂正式投入运行 ,该电站装机 2500 kw , 正常发电量为 1900 2100 kw , 吨 熟料发电量达 38 42 kw ,达到同类电站的先进水平 。 近年来先后有 20多个厂的中 、低温补燃余热电站及纯 余热电站成功投入运行 , 尤其是上海某 2500 kw 纯低 温余热电站的建成标志着我国中 、低温余热发电技术已逐步走向成熟并进入实际应用阶段 。这批综合利用电站的建成 ,收到了良好的经济效益与社会效益 ,在大幅度降低生产成本的同时也

10、为国家节约了能源 ,保护 了环境 ,为可持续发展战略做出了贡献 。2. 1项目研究的内容a. 超热焙烧制砖专用窑炉开发 ;b. 建造制砖窑炉专用余热锅炉以回收生产时产生的大量废气余热 ;c. 通过对制砖窑炉余热的分析研究确定余热电站 的装机规模 ,最大限度的利用余热并取得最佳的经济 效益 ;d. 依据确定的装机规模来确定余热电站的热力系统配置 ;e. 根据电站的规模 、形式以确定其辅助车间及配 套设施 ;f. 超热焙烧制砖工艺 。余热锅炉设计取值 : 按目前国内的装备及技术水 平具有 10002200 kw 左右的发电能力 。3 热力系统概述3. 1 装机方案及技术特点 根据制砖生产线的实际运

11、行情况及建站条件 ,结合国内已投产的其他行业余热电站的设计 、调试 、运行 经验 ,在充分利用余热 ,稳妥 、可靠 、技术先进 、不影响生产的前提下确定方案如下 :a. 电站主厂房 、冷却塔等生产厂房布置在现有生 产线的空余场地上 ,余热锅炉就制砖生产工艺布置情 况安插在生产线内 ,其具体布置形式需要视实际条件 确定 。b. 汽轮发电机房 、电站控制室 、站用电力室 、发电 机及站用电高压系统 、电站调度电话系统合建一主厂 房 , 1. 5mw 机组为单层厂房布置 , 2. 5mw 机组为双层 岛式布置 。c. 汽轮机采用单缸冲动凝汽式机组 ,主蒸汽参数为 1. 25m pa, 290 ,真空

12、系统为射汽抽汽系统 ,控制为 液压控制 。d. 发电机采用空冷式发电机组 。e. 余热锅炉主蒸汽参数为 1. 6m pa, 300 。f. 电站控制采用 dcs计算机集中控制方式 (视资 金情况 ,也可以采用全部手动控制 ) 。g. 电站站用电设集中供配电站 ,电站启动时启动电源为电网供电 ,电站正常运行后 ,站用电即可由电网 供电 ,也可由发电机直接供电 。h. 电站设独立调度通讯系统 ,与电站生产有关的各岗位均设直通调度电话 ,电站与电网调度管理部门 2005 b rick & tile 49表 4 方案二主要技术经济指标(单位 :万元 )按要求设置调度通信设施 。i. 电站循环 冷却 水

13、采 用 机械 通风 冷却 塔闭 式 循 环 。j. 锅炉用水处理系统采用“二级钠离子交换 ”水处 理系统 。k. 电站电 、仪 、机修只考虑小修水平 ,中修 、大修与 制砖生产线统一考虑 。4 工程项目范围 本项目由下列主要子项组成 : a. 制砖生产线废气余热锅炉 ;b. 锅炉给水处理系统 ;c. 汽轮发电机系统 ; d. 电站循环水系统 ; e. 站用电系统 ;f. 电站自动控制系统 ;g. 电站室外汽水系统 ;h. 电站室外给 、排水管网及相关配套的通讯 、给排 水 、照明等辅助系统 。本项目实施后 ,设定不增加企业劳动总定员 ,所需 人员由砖厂内部转岗解决 。余热电站设计劳动定员为18

14、人 ,其中管理及技术人员 2人 ,生产人员 16人 。5 投资估算本工程项目建设总投资估算 : (已经按照节省投 资的原则考虑相关工艺调整 ) 。序号指标名称单位指标备注104 块 / ymwh104 kw h104 kw h104 kw h104 t / y人 人 人元 / kw h年砖设计年产量发电装机容量 电站年运行时间年发电量 年供电量年向电网少购电量 年耗水量全站劳动定员其中 :生产工人管理人员供电成本1234567860003. 079201766. 21624. 81689. 8923232018162 0. 18按线损 4%计算9 10 预计投资回收期 2. 6 7 结论a.

15、项目设计将严格遵循“生产可靠 、技术先进 、降 低能耗 、节约 投资 ”的 设 计 原 则 , 设 计 上 充 分 利 用 了 tcdr i的科研与设计成果 ,使项目的实施具有坚实的 技术保障 。b. 本项目的实施为可持续发展战略做出了相应的准备 ,回收了制砖生产过程中的大量的余热 ,减少了对 环境的热污染 ,即节约了能源 ,又改善了环境 ,同时由 于电站的存在 ,也使制砖生产线的可靠运行得到保证 。c. 6000万 10000 万块 /年烧结煤矸石砖生产线 ,装机容量 13002500kw ,发电量均能自给自足 ,按 0. 5元 /度计 ,年可节约成本 150300万 。综上所述 ,本项目做

16、到了余热利用 、改善环境 ,符 合国家提倡的方针政策 ,具有较好的社会效益与一定的经济效益 ,符合可持续发展战略思想 ,是一个理想的投资项目 。收稿日期 : 2005 - 01 - 10表 1 方案一投资估算(单位 :万元 )名称总投资土建设备安装其他数量比例870100%105. 012. 1 %596. 068. 5189. 014. 980. 09. 2 %表 2 方安二投资估算(单位 :万元 )名称总投资土建设备安装其他数量比例1538100%180. 011. 7 %1054. 068. 53205. 013. 33100. 06. 5 %砖瓦 杂志社设备窑炉技术开发部推出高效蓖麻油

17、脂酸 砖瓦润滑 、脱模的理想产品用于切坯台、泥辊床等 ;用于生产屋面瓦 ,脱模效果优良。用于润滑砖机口 ,可降低挤出阻力 ,提高产量 ,砖机挤出电 流下降 ,节约用电支出 ,并降低成形水分 3% 4% ,缩短了干燥周期 ,提高产品外观质量 ,延长机口内铁皮使用寿命两倍以上 。无异味 、无毒性 ,无腐蚀性 ,对操作人员及输送带无任何 不良影响 。该蓖麻油脂酸可与柴油掺兑使用 ,掺兑比例为 1 301 40。两种包装 :桶装 200kg, 5元 / kg,小包装 3. 5kg, 40 元 。以上 费用均不含运费与邮费 。需要者请与砖瓦 杂志社设备窑炉技术开发部联系 ,本部代办托运及邮寄 。6 主要技术经济指标表 3 方案一主要技术经济指标(单位 :万元 )序号指标名称单位指标备注104 块 / ymwh104 kw h104 kw h104 kw h104 t / y人人人元 / kw h年12345678砖设计年产量发电装机容量电站年运行时间年发电量年供电量年向电网少购电量年耗水量全站劳动定员其中 :生产工人管理人员供