陶瓷工廠能源管理及綜合利用

賴海林 徐 欣 陳乃慶

陶瓷工廠能源管理及綜合利用

賴海林 徐 欣 陳乃慶

(天津市新控自動化科技有限公司 天津 300040)

通過對窯爐熱排放的有效檢測,并合理控制利用,可使企業(yè)清楚了解生產(chǎn)設(shè)備的能耗,并可有效利用余熱,減少能耗,直接或間接降低生產(chǎn)成本。筆者經(jīng)過對各種工況的充分考察,計算分析了熱能耗的可控因素及控制可行性,并對系統(tǒng)在實際應(yīng)用中易出現(xiàn)的問題和缺陷進行了研究。經(jīng)過在有效工況下的實際應(yīng)用,充分驗證了合理利用有效的控制手段,對窯爐熱排放進行控制從而達到節(jié)能減排的目的是切實可行的。

能耗管理 節(jié)能減排 余熱利用

前言

陶瓷工業(yè)是傳統(tǒng)的高耗能產(chǎn)業(yè),隨著發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,我國的陶瓷產(chǎn)業(yè)位列世界首位。如何適應(yīng)當前嚴峻的能源緊缺環(huán)境及節(jié)能減排的大趨勢,是關(guān)系陶瓷產(chǎn)業(yè)生存發(fā)展的緊迫問題。

近年來在政府能源政策的引導(dǎo)下,陶瓷行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平有了長足的進步,單位能耗已大大降低。但與發(fā)達國家相比仍有較大的差距。其中百萬美元產(chǎn)值能耗是 OECD(經(jīng)濟合作與發(fā)展組織)國家和地區(qū)的4.3倍[1],單位產(chǎn)品能耗高出發(fā)達國家 0.5～1倍[2]。為了實現(xiàn)國家十一五期間降耗 20%的艱巨任務(wù),陶瓷行業(yè)的節(jié)能降耗大有可為。圖1簡要介紹了陶瓷工廠的能源投入產(chǎn)出關(guān)系。

圖1 陶瓷工廠的能源投入產(chǎn)出關(guān)系

陶瓷工廠的節(jié)能減排工作是一項系統(tǒng)工程,最優(yōu)的解決方式當然是在新廠設(shè)計時統(tǒng)籌解決。對于現(xiàn)有的企業(yè),則需要根據(jù)具體情況來探討解決方案。

近年來,我公司在陶瓷企業(yè)的節(jié)能減排方面作了大量工作,逐步將脈沖燃燒,富氧燃燒,少空氣干燥等先進節(jié)能技術(shù)引入了窯爐控制系統(tǒng)。并開發(fā)出適用于陶瓷廠的能源管理及利用控制系統(tǒng),已開始在國內(nèi)推廣。本文結(jié)合工程實例 (下稱 A工廠)對能源管理及利用控制系統(tǒng)進行簡要介紹,以期與同行相互交流,共同促進陶瓷廠的節(jié)能減排工作。

1 能源管理及利用控制系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)依托德國西門子公司先進的控制技術(shù)及控制系統(tǒng),以精確的能源計量診斷技術(shù)為基礎(chǔ),對陶瓷廠的用能設(shè)備進行整合。根據(jù)每個工廠的實際情況 (新廠規(guī)劃或現(xiàn)有工廠節(jié)能改造)制定出高效節(jié)能低排放的能源管理及利用方案并實施。

能源管理及利用控制系統(tǒng)的原理框圖見圖2。

2 A工廠窯爐余熱熱源的分析計算

2.1 窯爐耗能

A工廠的窯爐是 5座以天然氣為燃料的間歇式抽屜窯,單座窯爐一個燒成周期的設(shè)計燃料消耗量約為11000m。

圖2 能源管理及利用控制系統(tǒng)的原理框圖

2.2 余熱熱源

對現(xiàn)有同類型的窯爐熱工記錄進行分析,由煙氣排出的熱量 (含制品冷卻階段的排熱)為燃料產(chǎn)熱的63%。設(shè)新建窯爐的單爐能耗約為 2.6×108kJ/窯次?？晒├玫挠酂崾怯蔁煔馀懦龅臒崃?約為 1.6×108kJ/窯次。

每座窯爐可穩(wěn)定供熱的時間為 42h,(煙道溫度高于 300℃,排煙流量大于 11000Nm3/h),為整個含裝 /出窯時間的燒成周期的 1/3左右。當窯爐的利用率為85%時,窯爐可穩(wěn)定供熱的周期重疊率為 1.3,即可按單爐 1.3倍的功率連續(xù)供熱。

3 干燥房余熱利用

3.1 干燥房能耗計算

新廠房內(nèi)設(shè)計了干燥房 10間,折合成 150m的標準烘房 15間,每間干燥房的加熱能耗為 9.2×104kJ/h,干燥能耗為 5.6×104kJ/h,按加熱 /干燥房時間比例 1∶6計算,每間標準烘房的能耗為 7.2×104kJ/h(換算為 85℃的熱風,流量為 1470m/h)。烘房總能耗 1.08×106kJ/h。

3.2 使用余熱熱源的計算

主要利用窯爐冷卻階段排放的熱能向烘房供熱,不夠時可調(diào)用中保階段的排放 (可按控制預(yù)案自動選擇)。每座窯爐冷卻階段中可穩(wěn)定供熱的時間為 20h,(煙道溫度高于 120℃,流量大于 2.0×104m/h)為整個燒成周期的 1/4左右。設(shè)干燥房的利用率為 90%,如果五座窯爐長期正常生產(chǎn),即可滿足烘房對熱源的需求。

節(jié)能減排經(jīng)濟效益分析：

烘房利用率按 90%計算,全年總體耗能為 8.40×109kJ。

核減余熱利用系統(tǒng)的電能消耗后,全年節(jié)能 7.98×109kJ。折合天然氣為 2.12×105m,減少二氧化碳排放量約 1800t。

4 養(yǎng)護水池及廠房地熱采暖余熱利用

采用安裝在煙道中的高效換熱器將窯爐工作全過程排放的熱能置換,向使用設(shè)備供應(yīng)熱水。能源管理及利用控制系統(tǒng)實時監(jiān)測每座窯爐的工作狀態(tài),當某座窯爐到達供熱時間窗口后,啟用該座窯爐的換熱器,向熱水箱供應(yīng)高于 80℃的熱水。

節(jié)能減排經(jīng)濟效益分析：

熱管式換熱器效率按 30%計算,全年總體換能：

每小時可提供大約 2t的 80℃熱水。如使用 2t熱水鍋爐,小時耗煤量為 0.28t,全年耗煤 2500t。二氧化碳排放量約 6350t。

5 窯爐助燃空氣預(yù)熱余熱利用

采用安裝在煙道中的助燃空氣換熱器將助燃空氣進行預(yù)熱后送入窯爐燃燒器,可達到節(jié)能效果。每座窯爐升溫過程可供換熱的時間為 38h,當助燃空氣溫度高于 125℃,平均節(jié)能 3.6×105kJ/h。

節(jié)能減排經(jīng)濟效益分析

全年總體節(jié)能：

360000kJ/h×38×4×5×12h=3.28×109kJ

6 車間采暖余熱利用

將冷卻階段的清潔熱空氣,輸送到成形車間暖風系統(tǒng),用于車間采暖。

經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)配后,到達暖風系統(tǒng)的溫度為 35～40℃,流量 30000s·m/h,當窯爐的利用率為 85%時,即可連續(xù)供熱。

節(jié)能減排經(jīng)濟效益分析：

廠房采暖熱負荷系數(shù)取 160W/㎡,余熱可滿足 5 000㎡廠房的采暖需要。

核減采暖風機的電能消耗后,全年采暖節(jié)能 3.9×109kJ,折合天然氣 1.0×105m,減少二氧化碳排放量約 1800t。

7 噴塔配風余熱利用

經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)配后,煙氣溫度為 150～180℃,流量 20000s·m/h。可用于噴霧干燥塔配風,節(jié)約噴塔燃料消耗。當窯爐的利用率為 85%時,即可向噴霧干燥塔連續(xù)供熱。

節(jié)能減排經(jīng)濟效益分析：

可向噴塔注入能量 (噴塔開車率 60%)為

3.6×106kJ/h×24h×220=1.9×1010kJ

核減抽熱風機的電能消耗后,全年節(jié)能 1.7×1010kJ,折合天然氣 4.65×105m,減少二氧化碳排放量約3900t。

8 余熱利用項目經(jīng)濟效益分析

余熱利用項目經(jīng)濟效益分析結(jié)果見表1。

表1 余熱利用項目經(jīng)濟效益分析表

能源管理及利用控制系統(tǒng)的整體經(jīng)濟效益：

由于貫徹了“優(yōu)質(zhì)優(yōu)用,梯級利用”的能源利用方案,該系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟效益顯著。

1)節(jié)能：節(jié)約天然氣 1.046 ×106m/a,按現(xiàn)行價格計算為 350萬元 /a。

2)減排：每年減少二氧化碳排放量約 1.4×104t。

減去初期投資及系統(tǒng)的運行費用,運行五年的效益為：1200萬元,減少二氧化碳排放 7萬 t。

9 結(jié)論

能源管理及利用控制系統(tǒng)自 2008年開始,已應(yīng)用在陶瓷行業(yè)內(nèi)的多個工廠,取得了良好的經(jīng)濟社會效益。其中有新建的工廠,也有正常生產(chǎn)的企業(yè)。今后將寄希望于國家的政策導(dǎo)向,在陶瓷企業(yè)的設(shè)計階段就將能源管理及利用系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝設(shè)計相結(jié)合并且同時建設(shè),這樣將會對陶瓷企業(yè)的節(jié)能減排工作有極大的推動。

1 楊輝.我國建筑陶瓷的發(fā)展現(xiàn)狀及節(jié)能減排.中國陶瓷工業(yè) ,2009,16(4)：15～18

2 胡國林.對陶瓷工業(yè)節(jié)能減排的思考.中國陶瓷工業(yè),2009,16(4)：23～25