節(jié)能減排論文

1、高溫隧道爐余熱回收利用技術(shù)改進方案指導(dǎo)老師：魏林生老師環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 過程裝備與控制工程081班 鐘裕勇一、前言節(jié)能是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是建設(shè)發(fā)展 和諧社會的必要條件。為推動全社會開展節(jié)能降耗，緩解能源緊張， 建立節(jié)約型社會，促進社會可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)和諧社會的目標(biāo)，就要 從日常生活、生產(chǎn)工作入手，加強能源節(jié)約建設(shè)。高溫隧道爐余熱回 收利用，就是秉承這一宗旨，把生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的剩余能量進行回收 利用，達到了 “節(jié)約能源，造福社會”的目標(biāo)。在稀土加工中，消耗盡量少的能源，生產(chǎn)出更多的合格產(chǎn)品，是 高溫隧道爐熱工性能、技術(shù)水平的重要標(biāo)志，也是高溫隧道爐設(shè)計工 作者長期以來為

2、之奮斗的目標(biāo)。無論引進國外先進窯爐,還是發(fā)展新 型窯爐，其目的都是為了改善窯爐的熱工性能，降低燒成能耗，提 高爐的熱效率。為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，首先就要使高溫隧道爐 的熱工性能符合產(chǎn)品的燒成工藝。對高溫隧道爐，要求燒成（溫度、 壓力、氣氛）制度要穩(wěn)定,溫度要均勻，燃料燃燒要完全，熱能的綜 合利用率要高等，從而實現(xiàn)低耗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。本文通過對高 溫隧道爐綜合與分析，探討了降低能耗，提高爐熱效率的潛力的一 些方法。二現(xiàn)況分析在稀土生產(chǎn)過程中，消耗盡量少的能源，生產(chǎn)出更多的合格 產(chǎn)品，是衡量窯爐熱工性能、技術(shù)水平的重要標(biāo)志,也是高溫隧 道爐設(shè)計工作者長期以來為之奮斗的目標(biāo)。無論引進國外先進

3、窯 爐，還是發(fā)展新型窯爐，其目的都是為了改善高溫隧道爐的熱工 性能，降低燒成能耗，提高爐的熱效率。為了提高稀土產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，首先就要使高溫隧道爐的 熱工性能符合產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。對連續(xù)式的高溫隧道爐一隧道， 要求溫度、壓力、氣氛條件要穩(wěn)定，斷面溫度要均勻，燃料燃燒 要完全，熱能的綜合利用率要高等，從而達到快速燒成，實現(xiàn)低 耗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。從以上數(shù)據(jù)表明，生產(chǎn)工藝中產(chǎn)品僅消 耗5%的熱量，95%的熱量被散失，能源浪費嚴(yán)重?？芍饕憩F(xiàn)在幾個方面：爐內(nèi)熱交換慢，生產(chǎn)周期長。高溫隧道爐保溫不好，散熱多。余熱利用途徑少，浪費大部分熱量。三設(shè)計方案1高溫隧道爐余熱利用的現(xiàn)狀與節(jié)能潛力世界各國對隧道

4、爐余熱利用技術(shù)的研究和應(yīng)用主要是把少量余熱用 于物料干燥、加熱空氣用于助燃或加熱水供企業(yè)內(nèi)部冬季供暖和職工 洗浴等用途，余熱利用效率較低。將隧道爐余熱回收發(fā)電是近幾年興 起的一種隧道爐余熱利用方式，可降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，在市場競爭 中縮小與其他企業(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)品成本差距，加速企業(yè)的裝備技術(shù)水平升 級。目前最高效、先進的余熱發(fā)電技術(shù)是隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電 技術(shù)。2隧道爐輻射換熱式余熱利用（發(fā)電）技術(shù)1）隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)及工藝原理隧道窯余熱發(fā)電系統(tǒng)由水處理及給水除氧系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、 汽輪機發(fā)電系統(tǒng)及熱工、電氣監(jiān)控系統(tǒng)等組成（見圖 1）。首先，要保 證鍋爐給水水質(zhì)完全達到電站鍋爐水質(zhì)

5、標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮給水預(yù)熱除 氧，防止酸腐蝕和氧腐蝕，以增強鍋爐的安全性能。經(jīng)省煤器加熱后 的給水進入汽水分離器，汽水分離器內(nèi)的水通過下降管分配到布置在 各爐窯冷卻段的加熱器進口聯(lián)箱，再分配到每根換熱管內(nèi)繼續(xù)加熱而 產(chǎn)生汽水混合物。汽水混合物匯集到加熱器出口聯(lián)箱后，通過上升管 進入汽水分離器產(chǎn)生飽和蒸氣，飽和蒸氣進入蒸氣過熱器內(nèi)升溫產(chǎn)生 過熱蒸氣，再通過蒸氣母管進入汽輪發(fā)電機發(fā)電，做功后的低溫低壓 蒸氣排入冷凝器轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水，最后通過凝結(jié)水泵進入除氧水箱， 回收凝結(jié)水。循環(huán)水吸收低溫低壓蒸氣的熱量后進入循環(huán)水冷卻塔散 熱，通過循環(huán)泵不間斷地向冷凝器供應(yīng)循環(huán)水，確保凝汽器真空度。 根據(jù)換熱裝置的布置

6、情況分別設(shè)置溫度、壓力、水位、流量等熱工儀 表以及高限、低限聲光報警和自動控制調(diào)節(jié)設(shè)備，對設(shè)備運行信息進 行收集，并將信號傳輸至集控中心處理，實現(xiàn)控制中心對余熱發(fā)電 裝置的遠程監(jiān)視控制，以確保隧道窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的安全和正常運 行。2）隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電方案在隧道爐余熱利用的過程中，大部分企業(yè)一般是把500 C1 000 C的熱量降到500 C以下后再通過換熱裝置回收余熱，雖然能源 的總量沒有改變，但卻降低了余熱的品位，損失了大量高品位余熱， 導(dǎo)致余熱再利用的經(jīng)濟指標(biāo)降低，余熱回收的成本加大，余熱利用的 效率也隨之較低，熱源污同時也造成大量的能源浪費和污染。產(chǎn)量直 接關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟效益，

7、同時也是決定余熱利用效益的關(guān)鍵。當(dāng)產(chǎn) 量越大時，進入爐內(nèi)的熱量也越多，安裝余熱鍋爐后產(chǎn)汽量也就越大， 余熱利用的經(jīng)濟價值也就越高。把余熱鍋爐收集余熱產(chǎn)生的過熱蒸氣 送到凝汽式、抽氣凝汽式或背壓式汽輪發(fā)電機組發(fā)電，根據(jù)各企業(yè)的 規(guī)模、實際產(chǎn)量、具體需求等條件全部發(fā)電或部分發(fā)電?？晒┻x擇的 隧道爐余熱利用方案如下：凝汽式汽輪機發(fā)電 無用蒸氣需求的企業(yè)，可選擇凝汽式汽輪發(fā)電機組，將余熱全部用于 發(fā)電，發(fā)出的電供企業(yè)使用。抽凝式汽輪機發(fā)電周圍有用汽量不穩(wěn)定熱用戶（如冬季供暖、夏季制冷、蒸壓釜制磚或 大中型煤礦職工洗浴等）的企業(yè)，則選用抽凝式汽輪發(fā)電機組。需要 用汽時，先把2.45 MPa過熱蒸氣降至0

8、.3 MPa0.8 MPa，在這個 過程中，利用壓差和溫差發(fā)電，從汽輪機抽出0.3 MPa0.8 MPa的 蒸氣再向熱用戶供汽，不需用汽時則全部用于發(fā)電。發(fā)電、供熱兩不 誤，并且熱效率高，經(jīng)濟效益比凝汽式機組發(fā)電更高。背壓式汽輪機發(fā)電周圍有連續(xù)穩(wěn)定熱用戶（如物料干燥、化工制藥用汽等）的企業(yè)，則 選用背壓式汽輪發(fā)電機組，利用壓差和溫差發(fā)電，汽輪機排出的0.3 MPa蒸氣再向熱用戶供汽，熱利用率高，經(jīng)濟效益最好。3）隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)的適用范圍與技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)是稀土焙燒技術(shù)與火力發(fā)電技 術(shù)的交叉和集成，綜合了電力、稀土兩大行業(yè)的工藝流程、安全、質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多

9、個項目的工程和運行實踐經(jīng)驗總結(jié)而成，該技術(shù)成熟， 對大中型企業(yè)的隧道爐余熱利用（發(fā)電、供暖、制冷、干燥）有較好 的投資效益。該技術(shù)適用于內(nèi)燃或外燃所有類型依賴隧道爐的企業(yè)余 熱綜合利用。對生產(chǎn)稀土發(fā)光材料的企業(yè)尤其適用，可有效地?fù)Q取高 溫帶多余的熱量，對提高隧道爐產(chǎn)量有明顯效果。對于受電網(wǎng)各種因 素停電而影響生產(chǎn)的企業(yè)而言，本技術(shù)則能徹底解決因電網(wǎng)停電影響 生產(chǎn)的問題。無論是新建或已建成的企業(yè)，均可在隧道爐上安裝輻射 換熱式余熱發(fā)電裝置。余熱全部用于發(fā)電，可滿足企業(yè)30%80%的用 電量。對于周邊有熱用戶的企業(yè)而言，采用熱電聯(lián)供工藝，經(jīng)濟效益 將更好。4）隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用時注意

10、事項隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)在應(yīng)用過程中必須注意以下事項：3方案設(shè)計通過蒸氣發(fā)電的原動機有汽輪機和膨脹螺桿機。膨脹螺桿機適用 于低參數(shù)蒸氣發(fā)電，汽輪機適用于中、高參數(shù)蒸氣發(fā)電。根據(jù)工程 熱力學(xué)原理，進入原動機的蒸氣參數(shù)越高，排汽參數(shù)越低，原動機的 效率也就越高。在方案設(shè)計時，對企業(yè)周邊有穩(wěn)定熱用戶（如供暖、 干燥、化工用汽、蒸壓釜用汽）的項日，應(yīng)盡量選擇抽凝式或背壓式 汽輪機發(fā)電，也可采用凝汽式機組低真空運行、利用循環(huán)水供暖的方 案，這都將提高余熱利用的效率和價值。4余熱發(fā)電工程設(shè)計由于企業(yè)的原料、爐型、實際產(chǎn)量、產(chǎn)品發(fā)熱量等千差萬別，隧 道爐余熱發(fā)電項日的設(shè)計安裝也要根據(jù)每個企業(yè)的具體情

11、況進行調(diào) 查、核算和設(shè)備選型，切忌照抄照搬。余熱發(fā)電項日屬于新能源發(fā)電 范疇，項日設(shè)計應(yīng)由具有新能源發(fā)電工程設(shè)計或火力發(fā)電工程設(shè)計資 質(zhì)的單位承擔(dān)，并且設(shè)計單位要熟悉隧道窯生產(chǎn)工藝，不要被一些鍋 爐、汽輪機制造企業(yè)的廣告所迷惑，否則項日將面臨失敗或達不到預(yù) 期效果的風(fēng)險。5余熱鍋爐工藝設(shè)計與制造余熱鍋爐屬于特種設(shè)備，其設(shè)計、制造和安裝均有嚴(yán)格要求，首 先是工藝設(shè)計要經(jīng)省級特檢院審批，制造完工出廠前須由鍋爐制造單 位所在地市級鍋檢所檢驗合格，在鍋爐安裝所在地市級鍋檢部門驗收 合格后方可投入使用。否則均屬違法制造、安裝和使用。此外，關(guān)鍵 部位的安全閥和壓力表還需每年進行一次校驗，以保證鍋爐使用安

12、全。由于各企業(yè)原料、燃料、燒成方式、高溫隧道爐結(jié)構(gòu)、風(fēng)機型號 等千差萬別，這就決定了余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化，鍋爐設(shè)計必 須綜合上述因素進行個性化設(shè)計，才能避免對高溫隧道爐的負(fù)面影 響，提高余熱鍋爐的換熱效率。輻射換熱式余熱鍋爐的產(chǎn)汽量由冷卻 段蒸發(fā)裝置確定。冷卻段蒸發(fā)裝置以輻射換熱方式為主，余熱鍋爐的 產(chǎn)汽量將會在額定參數(shù)的30%80%之間波動，氣溫也將有50 C左 右的波動。只要控制好鍋爐壓力，蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫度就比較穩(wěn)定，蒸 發(fā)裝置內(nèi)水的溫度就能穩(wěn)定在215 C225 C之間。輻射換熱式余 熱鍋爐換熱裝置全部采用膜式壁結(jié)構(gòu)，使安裝余熱鍋爐的區(qū)域密封性 能和強度得以增強，并且不改變爐煙道風(fēng)

13、流通截面積，確保爐的正常 生產(chǎn)。鍋爐的換熱方式基本上以輻射換熱方式為主，雖然成倍增加了 鍋爐的換熱面積，但避免了強制抽熱時改變隧道爐內(nèi)壓力場而使?fàn)t難 以調(diào)控的問題，也避免了高品質(zhì)余熱降級使用的問題，使鍋爐產(chǎn)汽量 和產(chǎn)汽壓力、溫度成倍提高，并且不改變隧道爐內(nèi)的氣流壓力平衡， 使余熱利用的效率更高。余熱發(fā)電項目中使用的起吊裝置、水處理設(shè) 備、電氣控制設(shè)備等，國家也有強制性規(guī)定，制造、安裝和使用單位 必須嚴(yán)格遵照執(zhí)行。6隧道爐和余熱發(fā)電機組控制鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成，余熱鍋爐實際上只是“鍋”， 隧道爐的焙燒系統(tǒng)才是“爐”。因此，隧道爐和余熱發(fā)電機組的控制 系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)操作，這樣才能保證余熱

14、鍋爐產(chǎn)汽參數(shù)穩(wěn)定，同時避免 余熱鍋爐吸熱對焙燒系統(tǒng)的影響。7余熱發(fā)電機組并網(wǎng)為了保證用電安全，隧道爐余熱發(fā)電項目盡量采用并網(wǎng)運行方 案，通過開關(guān)控制柜并入廠區(qū)電網(wǎng)，直接向廠區(qū)內(nèi)相應(yīng)負(fù)荷的設(shè)備 供電，減少電網(wǎng)供電量，節(jié)約電費開支。雖然國家鼓勵發(fā)展分布式 能源，鼓勵利用余熱發(fā)電，但由于地區(qū)差異、部門利益等原因，小型 余熱發(fā)電機組辦理并網(wǎng)（不上網(wǎng)）手續(xù)也相當(dāng)困難。在這種情況下， 稀土發(fā)光材料生產(chǎn)企業(yè)可選擇孤網(wǎng)運行方案。余熱發(fā)電機組發(fā)出的電 力向企業(yè)內(nèi)部的車間、辦公樓和原料車間內(nèi)負(fù)荷穩(wěn)定的設(shè)備供電，使 余熱發(fā)出的電力最大限度地得到利用，多余的熱負(fù)荷則用于企業(yè)洗 浴、供暖。選擇孤網(wǎng)運行方案時，稀土發(fā)光材

15、料生產(chǎn)線低壓配電室的 開關(guān)柜和余熱發(fā)電機組的開關(guān)柜、控制柜的功能設(shè)計必須滿足孤網(wǎng)運 行的技術(shù)要求，生產(chǎn)設(shè)備的供電一次線路也必須做相應(yīng)的調(diào)整，以保 證連續(xù)、穩(wěn)定、安全用電。2011年6月13日，四川國立能源科技有 限公司在河北中節(jié)能新型材料有限公司進行的余熱發(fā)電機組孤網(wǎng)運 行試驗獲得成功，目前已開發(fā)出相應(yīng)的設(shè)備控制柜、余熱發(fā)電機組控 制柜和熱工控制柜等產(chǎn)品，可滿足余熱發(fā)電機組孤網(wǎng)運行的要求。8人員培訓(xùn)從業(yè)人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉安全規(guī)程、操作規(guī)程和 相關(guān)電力管理制度，管理上嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)制度，確保設(shè)備的正常運行。9維護保養(yǎng)鍋爐對水質(zhì)有特殊要求，應(yīng)按操作規(guī)程的規(guī)定定期排污和加 藥，防止換熱裝置結(jié)垢

16、而降低換熱效率。給水泵在任何情況下，停 電時間不得超過半小時。汽輪發(fā)電機每半年或累計運行4 000 h需小 修一次，每三年或累計運行2萬h需大修一次，小修由企業(yè)檢修人員 承擔(dān)，大修或更換重要部件則由專業(yè)檢修人員或制造廠檢修。四、工藝流程隧道爐余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)可分為水處理及給水除氧系統(tǒng)、余 熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電系統(tǒng)及熱工、電氣監(jiān)控系統(tǒng)等。首先，保證 鍋爐給水水質(zhì)完全達到電站鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮給水預(yù)熱除氧， 防止酸腐蝕和氧腐蝕，以增強鍋爐的安全性能。經(jīng)省煤器加熱后的給 水進入汽水分離器，汽水分離器內(nèi)的水通過下降管分配到布置在各爐 窯冷卻段的加熱器進口聯(lián)箱，再分配到每根換熱管內(nèi)繼續(xù)加熱而產(chǎn)

17、生 蒸汽（汽水混合物）。汽水混合物匯集到加熱器出口聯(lián)箱后，通過每 條爐窯上升管進入汽水分離器產(chǎn)生飽和蒸汽；飽和蒸汽進入蒸汽過熱 器內(nèi)升溫產(chǎn)生過熱蒸汽。再通過蒸汽母管進入汽輪發(fā)電機發(fā)電，做功 后的低溫低壓蒸汽排入冷凝器轉(zhuǎn)化為凝結(jié)水，最后通過凝結(jié)水泵進入 除氧水箱，回收凝結(jié)水。根據(jù)換熱裝置的布置情況分別設(shè)置溫度、壓 力、水位、流量等熱工儀表以及高限和低限聲光報警和自動控制調(diào)節(jié) 設(shè)備，對設(shè)備運行信息進行收集，并將信號傳輸至集控中心處理，實 現(xiàn)控制中心對余熱發(fā)電裝置的遠程監(jiān)視控制，以確保隧道爐余熱發(fā)電 系統(tǒng)的安全、正常運行。為確保用電安全，項目采用并網(wǎng)運行，通過 開關(guān)控制柜并入廠區(qū)電網(wǎng)，直接向廠區(qū)內(nèi)相

18、應(yīng)負(fù)荷的設(shè)備供電，減少 電網(wǎng)供電量，達到企業(yè)節(jié)約電費開支的目的。五、現(xiàn)有隧道爐余熱發(fā)電技術(shù)對比高溫隧道爐余熱發(fā)電主要有輻射換熱式余熱發(fā)電技術(shù)和對流換 熱式余熱發(fā)電技術(shù)兩種，其代表性工程實例項目有：河北中節(jié)能新型 材料有限公司1.0MW隧道爐輻射換熱式余熱發(fā)電工程、山西長治某公 司0.3MW隧道爐對流換熱式余熱發(fā)電工程。主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比見 表1。隧道爐輻射換熱式余熱利用（發(fā)電）技術(shù)的特點比其他技術(shù)發(fā)電量更大，投資回收期較短；余熱鍋爐的換熱方式以 輻射換熱為主，遵循隧道爐余熱“梯級利用、高質(zhì)高用”的原則，避 免了強制抽熱時改變窯內(nèi)煙風(fēng)壓力場而使窯爐難以調(diào)控的問題，也避 免了高品質(zhì)余熱降級使用的問題，使鍋爐產(chǎn)汽量和產(chǎn)汽壓力、溫度成 倍提高，并且不改變爐內(nèi)的煙風(fēng)壓力平衡。社會經(jīng)濟效益較好，性價比高；具