1 前言

随着煤矸石烧结砖厂的快速建设，大量的烧结窑炉排放的烟气余热如何利用的问题也逐渐得到了重视。综合利用煤矸石烧结砖厂窑炉烟气余热，进行低温余热利用是贯彻落实科学发展观，推进企业节能减排，发展循环经济的迫切需求和可持续发展的必由之路。

由于国内对隧道窑余热利用技术的研究起步较晚，目前国内煤矸石制砖企业的余热利用，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，使建材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分，利用隧道窑100℃～200℃的余热足够干燥砖坯所需热量，所以，在干燥之前还要通入冷风将干燥风温降到140℃左右；若直接利用隧道窑冷却带余热（产品冷却温度200℃～800℃）用于干燥，则会导致干燥窑热量过剩，不仅影响制砖质量，同时能源损失量大，切大大地降低余热的利用价值。

2 隧道窑余热利用锅炉系统建造内容

在保证煤矸石制砖窑炉烧结砖工艺的前提下，充分开发利用多余的窑炉烟气热量，是煤矸石砖厂余热锅炉开发与应用研究项目的重点。其核心内容就是应用当前先进的低温余热锅炉技术，通过项目前期对现场相关参数的测试，将烧结窑炉排放的烟气余热，进行有效收集通过低温余热锅炉转化为中低压蒸汽，在保证隧道窑正常焙烧制砖的前提下，最大限度的收集转化利用窑炉余热，将蒸汽送往企业生产、生活场所，用于驱动设备做功（发电）及矿区职工洗浴、家属区和办公楼的集中供暖，使煤矸石热量得到充分的利用。具体建设内容有：

2.1 制砖隧道窑预热带及冷却带烟道的改造施工

主要有隧道窑预热带和冷却带主烟道和分烟道的改造施工、阀门的制作加工、烟道内部的防腐施工以及仪表的安装等工作。

2.2余热锅炉的研制和安装

通过项目前期对现场相关数据的调研测试，以及周围用热情况综合考虑，本着余热最大利用的原则，结合制砖工艺，对余热锅炉进行设计、制造及现场安装施工。

2.3 水处理设备的安装

通过项目前期对锅炉供水水质的化验分析，合理设计余热锅炉系统的水处理系统，使供水水质达到国家相关标准要求。

2.4余热锅炉受热面防腐处理

通过项目前期对制砖原料的分析和隧道窑烟气成分的测试分析，对其SO₂对锅炉系统的腐蚀情况进行标准评估，并选择相应的防腐材料用于锅炉受热面，延长锅炉使用寿命。

2.5 给水自动控制和检测系统设备安装

通过自动化设备及仪表的安装，提高给水系统自动化水平，避免锅炉缺水干锅事故的发生，通过监测系统自动化水平的提高可对相关参数进行实时监测分析，降低运行人员劳动强度（见图1）。

3 隧道窑余热利用锅炉系统技术要点

研究并调整窑炉制砖运行工艺，在不影响窑炉制砖工艺的情况下最大限度的将窑炉余热集中收集，通过余热锅炉转化成中低压蒸汽，直接应用于生产、生活用汽等。其中研究并调整窑炉制砖运行的主要工艺如下：

3.1 烟气回收系统

煤矸石多孔砖生产过程中，砖坯的烧成是烧结工艺中最为关键的一道工序，如果进入窑炉的冷却风量过大，烟气带走的热量较多，则会造成烧成后的制品出现严重的欠烧、过火和裂纹等质量问题，直接影响产品的合格率；而如果进入窑炉的冷却风量过小，烟气带走的热量也相应减少，造成煤矸石制砖过程中余热利用不充分，热量被白白排放，而且烧成后的制品表面温度过高，冷却时间长，卸砖困难，影响生产产量。

3.2 砖坯干燥系统

砖坯干燥室煤矸石制砖烧成工序的前期准备阶段，其热源来自焙烧窑预热带或冷却带余热所形成的热烟气，一般会比较合适的温度是105℃～120℃，如果风温过高则会容易引起砖坯表面细微裂纹，当砖坯进入焙烧窑烧成时，裂纹将会继续扩大，从而造成制品裂纹。

我们通过对上述生产工艺的研究及调整，并对烟气相关参数进行在线检测，从而研究出了在不影响制砖工艺的情况下，达到余热利用最大化的生产模式，并将余热锅炉排出的烟气继续用于砖坯的干燥及物料的预热，形成能源的梯度利用，这也是该项目突出亮点。

4 高效余热锅炉

4.1 科学设计锅炉结构形式

在锅炉结构形式上，根据煤矸石制砖隧道窑焙烧窑烟气的性质、烟气入口位置、布置形式及清灰方式，确定选用多回程式自然循环型低温余热锅炉。鉴于煤矸石制砖隧道焙烧窑炉烟气含有大量的SO₂，但烟尘含量不高，烟气量和烟气温度波动较大，因此辐射冷却室宜采用II型——用扁钢焊接而成的翘片管结构（见图2），这样可防止炉内SO₂的渗出或外面空气漏入，从而防止了低温硫腐蚀。

4.2合理确定锅炉的主要运行参数

针对煤矸石含硫特点，该项目设计余热锅炉蒸汽温度在250℃以上，余热锅炉炉膛内温度高于烟气露点温度，锅炉钢制炉管烟硫腐蚀非常轻微，锅炉大修周期长，大修费用低。

4.3 采取适宜的锅炉清灰、除尘方式

煤矸石砖厂焙烧窑烟气中烟尘含量虽然不高，但也必须考虑锅炉积灰问题。因此，我们在高温区灰斗的四周应用水冷对流壁遮盖，使烟气与水冷对流壁管直接接触，并使烟尘在灰斗中得到进一步冷却，形成不粘结性积灰，另外，我们还采用较为先进的燃气电子振动式吹灰方式，经过现场应用清灰效果明显。

4.4 锅炉防腐

根据现场检测烟气的含硫情况，在余热锅炉相应部件采用耐腐蚀合金钢制造，或喷涂耐高温防腐材料，大大降低余热锅炉的检修率，延长锅炉使用寿命。

4.5 锅炉的自动化控制

采用较为先进的仪表设备，提高余热锅炉的自动化水平，锅炉控制柜设计有自动上水和高低水位报警功能，提醒司炉工向锅炉上水，有效控制锅炉缺水干锅事故的发生。

5 余热利用系统技术创新点

由于是利用煤矸石制砖隧道窑余热生产蒸汽，所以，该余热锅炉技术项目与其他蒸汽生产工艺相比具有以下创新亮点：

5.1 余热锅炉设计合理，热效率高

该余热锅炉用于煤矸石制砖隧道窑烟气管道上，与传统锅炉相比，无机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失，锅炉设计合理，场内组装，保温性能良好，锅炉热效率较高，运行后经地方质量监督部门检测，该余热锅炉热效率达到了58%。

5.2 系统设计合理，烟气余热回收率高

该余热锅炉系统是为煤矸石制砖隧道窑专门设计，符合煤矸石制砖的工艺要求，在锅炉设计和使用方面，由于充分利用制砖工艺中的烟气热量，与传统燃煤锅炉相比，无燃烧系统，仅有辐射换热装置，减少了磨损，延长了锅炉使用寿命。余热锅炉所排放的烟气能够满足砖坯干燥的最低需求，达到了余热最大利用的目的，经测算，在余热锅炉系统应用前后，烟气余热回收率提高了60%。

5.3 体现了“梯级利用、高质高用”的余热利用

该项目较好的将制砖工艺与余热锅炉技术巧妙融合，在不影响制砖工艺的前提下，遵循生产过程中产生余热、余压、余能利用“梯级利用，高质高用”的原则，优先吧高热量余热余能用于做功、供暖，低热量余热用于制砖物料的预热、干燥窑砖坯的烘干。

5.4 项目建设周期短、投资少，投资回收期短，经济效益明显

由于该余热锅炉系统有效地利用了煤矸石制砖所产生的余热，省去了锅炉的燃烧系统，不仅不产生粉尘污染和化学污染，而且由于不需要消耗一次能源，带来了直接的经济效益。由于制砖工艺中热源稳定，并充分利用制砖设备原来的引风系统，不需要配备鼓风机和引风机，节约项目建设安装及运行费用，减少余热锅炉系统维护工作量。据测算，仅电费一项每年就可节约30余万元。若以某砖厂一台3t余热锅炉替代一台3t燃煤锅炉计算，每年减少向大气排放锅炉烟尘3.75t、SO₂1.42t、炉渣固体废弃物590t，年可节约燃煤近3000t，价值150万元。

5.5 符合国家“节能减排，保护环境”的产业政策

由于该项目是利用煤矸石制砖隧道窑余热生产蒸汽，投资少，见效快，为企业增加了就业岗位，缓解了社会、企业的就业压力，符合国家产业经济发展政策，经济效益和社会效益显著。而且该余热锅炉利用项目的开发，为制砖企业创造了稳定、廉价的生产、生活蒸汽供应，为延长企业产业链，促进企业生态循环经济的发展奠定了良好的基础。

山东巨野宏基窑炉有限公司

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