窑炉余热利用详解

窑炉余热利用详解（干货）第一章窑炉余热一、窑炉余热1、窑炉余热定义冷却带废热是砖坯烧成以后散失的热力，简称余热。冷却带废热的收集方式是使冷风从窑门进入，经砖跺换热，然后用管道从火眼抽走，这个系统一般称为余热系统。余热抽取后可进行充分利用，如余热发电、干燥砖坯、取暖洗澡等用途。余热如果利用好，不但可以节约能源、提高产品质量，而且还能减少环境污染，起到保护环境的作用。2、窑炉余热的危害窑炉余热如不能被有效利用不但是热源的极大浪费，而且将对大气形成热污染。大气中的含热量增加，可影响到地球气候变化。按照大气热力学原理，现代社会生活中的其他能量都可转化为热能，使地表面反射太阳热能的反射率增高，吸收太阳辐射热减少，促使地表面上升的气流相应减弱，阻碍水汽的凝结和云雨的形成，导致局部地区干旱少雨，影响农作物生长歉收。气候变化将引起海水热膨胀和极地冰川融化，海平面上升，加快生物物种灭绝。热污染还对人体健康产生了许多危害。它全面降低了人体机理的正常免疫功能，包括致病病毒或细菌对抗菌素越来越强的耐热性以及生态系统的变化降低了肌体对疾病的抵抗力，从而加剧各种新、老传染病并发大流行。温度上升为蚊子、苍蝇、蟑螂、跳蚤和其他传病昆虫以及病原体微生物等提供了最佳的滋生繁衍条件和传播机制，形成一种新的“互感连锁效应” ，导致以疟疾、登革热、血吸虫病、恙虫病、流行性脑膜炎等病毒病原体疾病的扩大流行和反复流行。特别是以蚊子为媒介的传染病，目前已呈急剧增长趋势。二、窑炉余热利用的现状目前，余热利用广泛应用于制砖行业，但是，余热利用低，浪费较为严重，根据调查，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%，而实际利用的仅为 3.66%左右。余热的回收利用途径很多。一般说来，首先是综合利用余热;其次是直接利用;第三是间接利用(产生蒸汽用来发电)。余热回收技术分为分离式热管余热回收技术和整体式热管余热回收技术。第二节窑炉余热利用的要点窑炉余热利用虽然能够节约大量能源，但是利用不当同样会带来产品质量影响及其它问题。焙烧窑抽取的余热越多，保温带冷却的越快，换热效果就要受到影响。换热管内气体的温度，在恒定条件下主要受大气温度的影响，即随大气温度升高而升高，随大气温度下降而下降。很多厂冬季不用热管的原因就在于此。但需要注意的是，冬季换热管可以少用，可以半开换热管进口，减少流量，以提高换热温度。一点都不用则会大大增加窑内余热系统的抽力，烧起来比较困难，热风管道会因为阻力增加而减少风量。换热管换出的热量和换热管的长度有关，换热管越长，换出的热气温度越高。但是在管道的布置上，一般是以一个窑室为一组，这样便于闸板操作。换热管道太长，换出的总热量不见得多，而且，阻力损耗增大。换热系统所流经的风量以及所换出的热量的大小，因各砖厂操作方法不同而不一样，很难找出一个统一的规律。根据一些砖厂的测定，在正常季节及闸板控制正常的情况下，换热系统流经的风量约占总风量的 50%60%。换热系统所换得的热量约占总热量的30%左右，换热系统在窑内余热利用中主要起调节风量和补充热量的作用。余热系统收集的热量的多少主要取决于内燃程度。内掺量除了满足烧成所需要的热量外，多余的热量可被抽走。这就是为什么余热闸板往往可以近设在焙烧带的缘故。余热利用的潜力主要在余热系统上，或者就在内燃程度上。在内燃程度一定的情况下，余热的回收量又主要取决于窑炉的产量。产量越高，抽取的余热热量也就越多。大气温度对余热量和余热温度也有些影响，但不很大。余热系统流经的风量约占总风量的 40%50%，抽取的热量约占总热量的 70%以上。余热系统收集的热量取决于气体在管道内的流速。气体流速越大，换热越多。但是，如果风速过道，换出的热风温度会很低，从而导致大大降低总热风管道的温度。一般换出的热风温度不能低于 50。另外，风速大，阻力就增大，一般风速以 6m/s 左右为宜，换热管道的尺寸不要选择太小，一般在 200mm200mm 或 200mm 以上即可。第二章窑炉余热利用的节能技术第一节窑炉余热分析一、窑炉余热的组成窑炉的余热中，既有高温空气，也有高温烟气。同时还有低温热空气。从烧成带流入预热带的高温废烟气，首要的任务就是加热坯体，使坯体温度升高。其次它还要向窑墙，窑顶传热，使墙及顶的温度高于砖坯温度，不至于使坯体再向外散热而降低温度，同时它还要向窑车传热，使窑车温度升高，不至于使窑炉预热带产生过大的温差。在用去上述所说的全部热量后，烟气中的热量还没有被全部用完，还有相当一部分热量是可以用来进行其它用途的。如果在预热带较高温度段将热量取出，可以通过高温烟热获得，既抽取预热带的高温烟热。如果在预热带的低温段将需要的热量取出，可以通过低温烟获得，既常常抽出窑内低温烟气。在窑炉烧成带，窑内余热全部通过内部的流动被利用了。但是由于烧成带温度高窑顶外部温度也很高，通过窑顶散失的热量是很多的，如果将这一部分损失的热量能够利用起来，就能获得较多的的余热量。有的窑炉在烧成带顶部采用强制通风换热的方式，以其取得烧成带顶部余热，由于采用了强制换热，虽然窑外的换热效果很好，但窑内热量通过窑顶向外传热也有了较大幅度增长，使窑内温度也有向低温转化的现象。显然，这种换取窑顶热量的方法是不可取的。另一种办法是通过非强制换热的方法，将窑外的余热换出而不影响窑内向窑外正常散热。这种方法虽然换热量小一些，但对窑的正常是没有任何影响的，是利用烧成带余热较好的方法。有冷却带入窑炉的空气，被高温专体加热后，变成具有较高温度的高温空气，这时的空气含有很高的热量。由于进入烧成带作助燃空气的风量仅是供给冷却带风量的一部分，另一部分就变成了不在窑内使用的余热。预热量的大小与抽取余热的位置和流量有关，同时也应根据窑内的实际需要考虑抽取余热的数量。综上所述，窑炉余热主要包括预热带的低温烟热.，高温烟热，烧成带顶部向外界的散热，冷却带的热交换换热，主要是高温空气含有的热。二、窑炉余热的性质前面讲过，窑炉中的余热是多种多样的，既有预热带从窑内分流出来的余热，也有烧成带向外散失的热量，更有冷却带通过交换而使空气温度升高获得的余热。虽然都是热量，但热量的性质是不一样的。一般情况下，在预热带抽取的是高温烟热或低温烟热所具有的余热，由于烟气成分复杂，具有较强的腐蚀性。所以在使用时，特别是用金属管作为烟气的输送道时，应做好防腐处理。而窑炉烧成带窑顶散热所交换的热量和抽取冷却带高温空气所获得的余热，是比较清洁的热量，它们没有腐蚀，没有污染，是适合于各种用途较好的余热。第二节窑炉余热利用的热交换形式一、板式换热器的构造原理、特点板式换热器由高效传热波纹板片及框架组成。板片由螺栓夹紧在固定压紧板及活动压紧板之间，在换热器内部就构成了许多流道，板与板之间用橡胶密封。压紧板上有本设备与外部连接的接管。板片用优质耐腐蚀金属薄板压制而成，四角冲有供介质进出的角孔，上下有挂孔。人字形波纹能增加对流体的扰动，使流体在低速下能达到湍流状态，获得高的传热效果。并采用特殊结构，保证两种流体介质不会串漏。二、螺旋板式换热器的构造原理、特点螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽- 汽、汽-液、液- 液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按结构形式可分为不可拆式(型)螺旋板式及可拆式(型、型) 螺旋板式换热器。三、列管式换热器的构造原理、特点列管式换热器(又名列管式冷凝器 )，按材质分为碳钢列管式换热器，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U 型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积 1 500m2，可根据用户需要定制。四、管壳式换热器的构造原理、特点管壳式换热器是进行热交换操作的通用工艺设备。广泛应用于化工、石油、石油化工、电力、轻工、冶金、原子能、造船、航空、供热等工业部门中。特别是在石油炼制和化学加工装置中，占有极其重要的地位。换热器的型式。五、容积式换热器的构造原理、特点自动控温节能型容积式热交换器，它充分利用蒸汽能源、高效、节能，是一种新型热水器。普通热水器一般需要配置水水热交换器来降低蒸汽凝结水温度以便回用。而节能型热交换器凝结水出水温度在 45左右，或直接回锅炉房重复使用。这样减少了设备投资，节约热交换器机房面积，从而降低基建造价，因此节能型容积式热交换器深受广大设计、用户单位欢迎。钢衬铜热交换器比不锈钢热交换器经济，并且技术上有保证。它利用了钢的强度和铜的耐腐蚀性，即保证热交换器能承受一定工作压力，又使热交换器出水质量好。钢壳内衬铜的厚度一般为 1.0mm。钢衬铜热交换器必须防止在罐内形成部分真空，因此产品出厂时均设有防真空阀。此阀除非定期检修是绝对不能取消的。部分真空的形成原因可能是排出不当，低水位时从热交换器，或者排水系统不良。水锤或突然的压力降也是造成压负的原因。六、浮头式换热器的构造原理、特点浮头式换热器其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。七、管式换热器的构造原理、特点DLG 型列管式换热器利用热传导和热辐射的原理，烟道气通过管程与逆流通过壳程的空气进行能量交换，从而达到输出洁净热空气的目的。该换热器结构紧凑，运行可靠，列管采用耐高温的薄壁波纹管，增加发传热面积和换热效率。广泛应用于化工、制药、轻工等行业废气余热利用和空气加热。八、热管换热器的构造原理、特点热管是一种高效传热元件，其导热能力比金属高几百倍至数千倍。热管还具有均温特性好、热流密度可调、传热方向可逆等特性。用它组成热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、重量轻体积小、热响应迅速等特点，而且还具有安装方便、维修简单、使用寿命长、阻力损失小、进、排风流道便于分隔、互不渗漏等特点。热管是由内壁加工有槽道的两端密封的铝(轧) 翅片管经清洗并抽成高真空后注入最佳液态工质而成，随注入液态工质的成分和比例不同，分为低温热管换热器、中温热管换热器、高温热管换热器。热管一端受热时管内工质汽化，从热源吸收汽化热，汽化后蒸汽向另一端流动并遇冷凝结向散热区放出潜热。冷凝液借毛细力和重力的作用回流，继续受热汽化，这样往复循环将大量热量从加热区传递到散热区。热管内热量传递是通过工质的相变过程进行的。将热管元件按一定行列间距布置，成束装在框架的壳体内，用中间隔板将热管的加热段和散热段隔开，构成热管换热器。热管是由美国发明的，最初被用于航天技术和核反应堆，以解决向阳面和背阴面受热不均匀。20 世纪 90 年代被用于民用空调，由于其优越的导热性，受到越来越广泛的重视，目前在计算机、雷达等高科技领域被广泛应用。九、汽水换热器的构造原理、特点该换热器是在板式换热器的基础上加装降温与降压器而组成的，利用调节器对高蒸汽或高温水进行一级换热使之降之 150以下。进入板式换热器进行换热，适用于高温蒸汽及高温水(150 以上)。这种装置集板式换热器同时具有降温与降压器的优点。使换热器更加充分地进行热量交换。十、空气换热器的构造原理、特点加热炉窑为了降低能耗，在烟道中设置空气换热器，以回收烟气中的大量余热，达到节约燃料、降低生产成本，提高燃烧温度、增加窑炉的产量。空气换热器是余热利用的理想设备，在轧钢加热炉、热处理炉、煅造加热炉等各种工业炉窑上得到广泛应用。炉用空气换热器的种类很多，目前国内外绝大多数采用的是金属换热器，空气换热器是利用炉窑排出的尾气热量将空气预热至一定的温度后返回炉内助燃或用于其它设备。金属换热器具有体积小、热交换效率高、严密性好、结构简单等特点。十一、波纹管换热器的构造原理、特点产品特点一种新型的强化传热节能型高效换热设备，在传统列管式换热器的基础上，采用强化传热技术，是对传统各类换热器的重大突破。公称通径 DN3252000mm;公称压力P0.6.4Mpa; 换热管规格 19,25,32,42. 壁厚 0.51.0;工作介质水-水、汽-水、油-水、油-油等多种换热介质。总传热系数水-水 K=20003500w/;汽-水 K=25004000w/;其它介质视介质物理性能及工况而定。优性能传热效率高，防腐能力好，不污、不堵、不易结垢，无需维护，密封可靠，运行平稳，占地少，节省投资。十二、换热机组的构造原理、特点换热机组是一次热网与用户之间的直接桥梁，从一次热网得到热量，自动连续地转换为用户需要的生活用水及采暖用水，适用于空调(供暖供冷) ，采暖，生活用水 (洗浴)或其他换热回路(如地板供热，工艺水冷却等) 。第三节窑炉余热利用的途径一、窑炉余热的使用方法窑炉中余热的使用方法，从大的方面看，可以分为直接使用和换热使用两种。直接使用时，有直接使用高温空气，对热风洁净度要求比较高的洁净空气使用法，也有对使用气体的洁净度要求比较低的直接使用方法。另一种就是对使用的热介质要求更低的，不怕气体腐蚀的直接使用法。这两种直接使用气体中热能的方法都可以用在干燥室干燥砖坯上。换热使用方法，使用在对空气的洁净度要求比较高，或使用场合要求气体不能有腐蚀性，气体不能对设备或金属管道造成损害的工作中。如生产高档墙体材料时，如果要用窑炉预热带的高温烟热，又不能对湿坯的干燥过程造成污染，这时就要采用换热的方式，将高温烟热中的热量换出，用它来加热干净空气，然后再用高温的干净空气干燥坯体，既使用了窑炉高温烟热，又不会给制品造成污染。另一种换热使用窑炉余热的方法就是气体与液体之间的换热，利用高温气体将低温液体加热，然后再按液体的用途充分用它，既使用了窑内余热，又丰富了余热的使用方法。对于高内燃或超内燃烧砖，可以用水管式余热换热器加热换热器中的水使水温达到一定程度，用来作为工厂车间采暖热源。总结上述内容，可以看出余热的具体使用方法为：对介质质量要求比较低的干燥过程，可以直接抽取冷却带的高温空气和预热带的高温烟气，通过一定设施将其送入干燥室中干燥砖坯。对介质质量要求比较高的干燥过程，不能直接抽取高温空气和高温烟气进行坯体干燥，而应通过热交换器(换热器)将窑中余热交换出来，通过一定的途径再使用它。对于用窑上余热进行采暖和洗澡的利用用途，一定要使用换热器将窑内热量置换出来，用置换出来的热量加热水，通过热水而使用这部热量。对于使用高热值煤矸石进行生产的企业，由于煤矸石本身的发热量要超出烧成所需热量的一倍以上，如果将剩余的热量全部抽出，用于建热电站，其发电量可供工厂部分或全部生产使用，也可以提供工厂生活用电。除了供给本企业使用外，窑炉中的余热还可以为附近相关企业提供热气和热水，以作为企业使用的热源。二、余热回收技术及回收方式1、分离式热管余热回收技术;2、整体式热管余热回收技术;3、余热回收方式：余热回收的设计及方式的不同，可带来完全不同的结果，即回收的余热数量或蒸汽量完全不一样。第三章窑炉余热利用的过程实施一、窑炉余热利用工艺选择按照高效低耗、最大可能利用的原则，结合单位实际情况，我们在窑炉冷却段设八组抽余热管道，管道汇合处设冷风口，以调节管道内空气温度。八组管道分别设在窑炉冷却段对应车位上，管道拐弯处设手动闸板，以利于操作。抽余热管道汇合后经风机将余热送入干燥窑对砖坯进行干燥。干燥窑设三组顶送风管道和 8 组侧送风管道。干燥窑的工作原理是，涡流系统由送热风机抽取焙烧窑内较低温度段的热空气，在干燥窑较高温度段从干燥窑顶部和侧面送入干燥窑，在通道顶部和周边形成负压，在干燥窑同一断面内形成周向旋转风;干燥窑窑尾四台排潮风机使窑