隧道窑余热发电技术在建材砖瓦行业中的应用进展

隧道窑余热发电技术在建材砖瓦行业中的应用进展摘要：在钢铁、化工、水泥等生产领域，已广泛通过采用余热发电技术节能降耗，而在建材砖瓦行业中隧道窑的余热利用还基本上停留在干燥砖坯、加热生活用水等低利用率、低价值阶段。但随着山东枣矿集团新中兴有限公司建材厂隧道窑余热发电机组的成功并网发电，翻开了隧道窑余热发电的新篇章。关键词：隧道窑；煤矸石制砖；余热发电；前景1前言随着全球资源的日益紧缺，尤其是煤、石油、天然气等资源的不可再生性，国家不断鼓励发展以节能降耗为目的的新工艺、新技术，并从政策、资金等各方面加以扶持，使得余热发电技术近年来取得长足的发展。在钢铁、化工、水泥等生产领域，余热发电技术已趋成熟，但建材砖瓦行业中的隧道窑余热发电技术应用还处于起步应用阶段。目前，国内大部分砖瓦建材厂家对隧道窑的余热利用率较低，只将低品位的余热用于砖坯干燥和生活用水加热，而将大量高品位的余热直接废弃掉。电力作为二次能源，价值高且使用方便；因此，研究利用这些被废弃掉的余热进行发电既符合国家环保节能的要求并节约资源，又会使企业的生产成本大大地降低，推动砖瓦企业朝着资源节约型、环境友好型的方向发展，步入良性循环经济。2应用现状国外的余热发电技术和装置的研制开发时间比我国早，总体技术水平比我国高，应用范围更广，在冶金、水泥、化工、石化、炼焦、碳黑等行业已取得较好的成效。国外的余热发电技术人员主要是对原料干燥技术、二级余热补燃发电技术进行研制开发。在隧道窑上安装余热锅炉，直接利用余热发电的技术方面，目前还处于研制开发阶段。国内建材砖瓦行业对隧道窑的余热利用率较低，其余热利用方式主要是将隧道窑产品冷却产生的热风，通过引风机送到砖坯干燥窑对砖坯进行干燥，以减少干燥窑一次能源消耗量，使砖瓦企业获得一定的经济效益。由于砖坯的干燥主要是蒸发原料中的水份，利用隧道窑内100～200℃的余热足够砖坯干燥所需热量；直接利用隧道窑高品位余热（排烟温度450～800℃和产品冷却温度450～1050℃）用于干燥，则会导致干燥窑热量过剩，同时大大地降低余热的利用价值，使隧道窑的能源浪费转移到干燥窑；干燥窑能源损失量大，而能量品位又低，散失了余热再利用的价值。砖瓦企业的余热利用除砖坯干燥以外，其它方式的余热利用量很小，利用价值很低（如加热生活用水等），相当多的砖瓦企业（70%左右）根本就不利用而直接废弃。如果将砖瓦企业隧道窑高品位余热（450～800℃的排烟余热和450～1050℃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（100～450℃）再用于砖坯预热、干燥，实现余热的梯级利用，有效地利用好余热既可满足生产的需求，充分利用好现有干燥设备，提高砖瓦企业隧道窑余热利用的价值和效率，又解决砖瓦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，从而推动砖瓦企业的循环经济发展。隧道窑余热发电技术正是依据以上原则开发的高效节能技术。在急冷段安装换热装置，主要吸收450℃以上的高品位热量，而对450℃以下的热量则用于砖坯干燥，这样既不影响生产现状，也可避免高品位能量的降级利用问题。安装余热锅炉换热装置后，冷却段将形成一个比较稳定的温度场，其温度的高低主要取决于锅炉压力和砖行进速度，并沿砖行进方向形成一个稳定的温降曲线。此外，采用抽风冷却还会把高品位的能量降低等级后才能通过风机送到干燥窑利用，不利于余热的高效利用。通过余热锅炉把高品位热量用来生产高效益的电能，而对450℃以下较低品位的热量再用于砖坯预热、干燥，实现余热的梯级利用，有效地利用好余热。目前国内从事余热发电的企业有近百家，主要从事冶金、水泥、化工、石化、炼焦、碳黑等行业的余热发电。从事建材行业隧道窑余热发电的企业，目前全国只有少数几家。其中这些大部分企业仅能将高品位的余热转化为低温、低压的蒸汽用于发电，其余热利用率仍较低、发电量较少；相对而言，长期从事余热发电技术研发、应用的四川国立能源科技有限公司在隧道窑余热发电技术和实践经验上有较大优势，该公司不仅拥有“隧道窑余热发电装置”专利技术，又将此技术应用于山东枣矿集团新中兴有限公司建材厂两条4.6米隧道窑(设计年产6000万标砖)，余热发电机组于2008年9月13日成功并网发电。由于该套余热发电装置采用了自主研发的隧道窑生产工艺需要的“分段换热技术”、“隧道窑余热锅炉过热蒸汽恒温技术”、“分散热源能量回收热力系统热工监控技术”，较好地解决了煤烧隧道窑余热吸收、收集、能量转换、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、节能降耗效果显著、无二次污染、企业经济效益提高、煤烧隧道窑余热发电的目标，并取得较满意的效果。与余热仅用于砖坯干燥技术及转化为低温、低压的蒸汽用于发电相比，节能效果更好，技术更先进,更具有经济效益，更有利于砖瓦企业循环经济的发展，也因此更具有隧道窑余热发电技术及应用的前景优势。3应用前景为了保证国民经济的高速发展，我国煤炭的生产量逐年增加，目前已占到全世界的三分之一，但煤矸石也随着增加。目前累计堆有煤矸石山1500多座，约40亿t，占地1.3万hm2以上，而且每年约以1亿t的速度递增。而每年煤矸石利用量仅6000万吨左右，占排放量的40％；其中用于生产砖瓦产品的为3400万吨左右，占利用量的56％。为加大煤矸石利用量，减少占地和保护环境，国务院和有关部门已多次发出通知，要求充分利用煤矸石资源，大力推广煤矸石制砖，限制粘土砖的生产，并且还颁布了利用煤矸石制砖减免增值税和所得税等优惠政策。建材砖瓦行业掺加工业废炉渣、粉煤灰、煤矸石制砖已有40多年的历史，是我国最早注意到节能利废、开展循环经济实践，建设节约型社会的行业之一。几十年不懈努力探索，通过实施“墙材革新与建筑节能”系统工程和烧结砖质量整顿工作，在科学发展观的统领下，砖瓦行业贯彻执行国家建材工业“总量控制、淘汰落后、提高质量、增加效益”的总方针，提高质量，降低生产成本，节地、节能、利废和资源综合利用的意识更加明确，更加自觉，更加主动。生态环境改善的砖瓦企业如雨后春笋般成长起来，在节能利废方面所做的贡献越来突出。不容置疑，砖瓦行业已成为循环经链中重要的一环，成为建设节约型社会的生力军。我国自80年代引进外国制砖设备和生产设备以来，煤矸石砖已逐渐实现多品种、系列化，作为焙烧窑的轮窑逐渐被淘汰，取而代之的是隧道窑的蓬勃发展。据统计，目前国内已建成有隧道窑砖瓦生产线7000多条，其中，3.3米型约2100条、4.6米型约4500条、6.9米型约1000条、9.2米型约10条，并且其数量还在不断的增长中。国外隧道窑余热利用技术普遍采用窑外取热与二次加热相结合的方式。德国某公司开发的隧道窑余热发电装置，一般应用于大型煤矿年产量约3亿标砖以上的建材企业，并且在余热锅炉蒸汽过热阶段，在窑外配置有煤层瓦斯气为燃料的锅炉来提高蒸汽温度、压力，发电装机约3～6MW，单位造价折合人民币约15000～20000元/KW。我国砖瓦企业的现状是小而分散，现有和在建的煤矸石制砖隧道窑砖瓦企业的产量，约60%的砖瓦企业设计年产量为3000～6000万标砖，40%的砖瓦企业年产量为6000万～2亿标砖，产量达到3亿标砖的砖瓦企业几乎没有。砖瓦企业规模越大，余热发电的建设条件越好，单位造价就越低，按我国砖瓦企业现有经济承受能力，余热发电工程造价一旦超过12000元/KW，将没有企业可以承受，比较合理的价格是7000元/KW左右，因此国外同类技术在短时期内很难进入国内市场。以4.6米隧道窑平均有350KW发电能力，每KW平均投入8000元计算，全国有近2450MW的发电潜力，约200亿元的市场。以全国50%的企业在10年内采用隧道窑余热发电装置计算，每年最少也有10亿元的市场容量（未计算每年新建的隧道窑生产线）。4结语总之，隧道窑的余热发电技术现已成功地应用在隧道窑生产线上，只是因受各种因素的影响，目前该技术的应用还未能形成规模化、批量化。但随着隧道窑余热发电技术的日臻完善，使其单位造价不断降低，同时在国家对建材砖瓦行业节能降耗的政策引导和扶持下，必将使更多的砖瓦企业进入利用隧道窑余热进行发电的行列中，从而使隧道窑余热发电应用市场不断扩大。相信随着国家相关政策的出台以及砖瓦企业对隧道窑余热发电技术应用的广泛认可