陶瓷企業窯爐煙氣的余熱利用

摘 要 本文介紹了窯爐煙氣余熱利用的現狀，提出了新型高效的窯爐煙氣余熱利用方式——余熱制冷，并對其進行了可行性分析。

關鍵詞 陶瓷企業，窯爐煙氣，余熱制冷

1引言

陶瓷企業的窯爐所產生的煙氣帶走的熱量是巨大的，占窯爐總熱量的25%～35%，一般可從中回收15%，若將這部分余熱利用起來，其經濟效益相當可觀。但是，由于人們的節能觀念不足以及技術水平的落后，致使我國陶瓷窯爐煙氣余熱的利用率非常低，一般只有2%～3%，而國外的余熱利用率一般都在15%左右。可見，我國陶瓷窯爐煙氣的余熱利用還有很大的開發空間。

2現有余熱利用方式

現有余熱利用方式主要有以下幾種：

（1） 在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣；

（2） 設置預熱段，用煙氣余熱加熱爐料；

（3） 設置余熱鍋爐，用煙氣熱量生產蒸汽；

（4） 加熱空氣作為烘干坯件的熱源；

（5） 利用煙氣余熱產生的蒸汽來發電和供暖等。

通過上述傳統的操作方式可以將陶瓷煙氣余熱利用起來，提高能源的利用率。下面我們以建陶生產基地佛山為例探討一種新型高效的余熱利用方式——余熱制冷。

3余熱制冷

3.1 概 況

廣東佛山是我國最大的陶瓷生產基地。其中，禪城區轄內擁有一定規模的陶瓷企業110多家，共有工業窯爐700多條。據資料統計，2003年全區陶瓷行業耗煤量為83688噸，占全區的16.7%。可見，佛山陶瓷企業耗能量之大，產生熱量之多。但通過窯爐煙氣排出去的余熱量也是非常巨大的，這就為余熱制冷提供了可靠的熱源。

佛山處于亞熱帶，氣溫較高，每年需要空調工況的月份不少于6個月。詳細數據見表1。

可見，佛山的需冷時間比較長，需冷量也很大。

3.2 吸收式制冷系統簡介

以高沸點物質作溶劑(吸收劑)、低沸點物質作溶質(制冷劑)組成的二元溶液，其溶質的溶解度與溫度有關。溫度較低時，溶解度取代對蒸汽的壓縮過程，這樣的制冷系統叫做吸收式制冷系統。

吸收式制冷系統主要由吸收器、溶液泵、發生器、冷凝器、節流機構和蒸發器等部件組成，而其中的吸收器、發生器體積較大。在制冷系統中利用溶液溫度較高時，溶解度較小的特性，溶液泵等部件的組成可看作冰箱、空調制冷裝置里面的壓縮機。

溴化鋰吸收式制冷系統圖

在吸收式制冷系統中，液體制冷工質在蒸發器中吸熱汽化，被吸收器中的吸收劑吸收，然后經溶液泵送入發生器，發生器中的溶液被加熱并且蒸餾后分離成高溫高壓制冷工質和稀溶液。制冷工質經冷凝器、膨脹閥回流到蒸發器，周而復始實現連續制冷，稀溶液則經另一節流元件回到吸收器。吸收式制冷機中的制冷劑/吸收劑工質對通常采用氨-水或者水-溴化鋰溶液。若用水作制冷劑，則一般只能制取0℃以上的冷水，多用于空氣調節。

下面詳細介紹一下溴化鋰吸收式制冷系統的工作原理。溴化鋰吸收式制冷系統（如上圖）一般采用0.1～0.25MPa（表壓力）的蒸汽或者75～140℃的熱水作為驅動熱源，循環的制冷性能系數較低，一般在0.7左右，而制冷溫度一般不低于5℃。溴化鋰－水作工質對時，水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，其無臭、無味、無毒，對人體無危害。

發生器內裝有一定量的溴化鋰濃溶液，吸收器內裝有一定量的溴化鋰稀溶液，吸收器內的溴化鋰稀溶液經溶液泵、熱交換器進入發生器，在外熱源(輥道窯余熱)加熱下，溴化鋰稀溶液發生水分蒸發而變成溴化鋰濃溶液，所蒸發的水蒸汽進入冷凝器(溶液中的蒸發壓力必須高于發生器上部空間的水蒸汽壓力，以保證水蒸汽連續地產生)。在冷凝器中被冷卻水冷卻放熱后，經節流減壓進入蒸發器，在高負壓的蒸發器中汽化吸熱冷卻，汽化后的水蒸汽進入吸收器，在吸收器內被來自發生器的溴化鋰濃溶液吸收，使溴化鋰濃溶液變成了稀溶液(溶液中的水蒸汽壓力必須低于吸收器上部空間的水蒸汽壓力，使來自蒸發器的水蒸汽不斷被溶液吸收)，再經過溶液泵、熱交換器送至發生器濃縮成溴化鋰濃溶液。

在水蒸汽吸收過程中，產生的汽化潛熱由冷卻水帶走。溴化鋰溶液為高溫液體，在進入吸收器之前經過熱交換器冷卻，加熱進發生器前的稀溶液，回收了部分熱量，提高了能源的利用率。

4可行性分析

佛山某陶瓷企業的兩條氣燒輥道窯，日耗煤70噸（低位發熱量為5500Kcal/kg），日產瓷片10000m2（10kg/m2），產品燒成溫度約為1200℃，其中可利用余熱的兩個主要部位為急冷帶（1200℃冷卻到600℃和400℃冷卻到200℃）和窯頭排煙（400℃冷卻到200℃）。

(1) 余熱計算(表2）

（2）需冷面積計算（表3）

（3）需冷量計算（表4）

由上述計算可知，采用一臺型號為REW045的蒸汽雙效吸收式制冷機（蒸汽消耗量為1181kg/h，制冷能力1108kW）就可以滿足上述的制冷需求。

4.1 環境可行性分析

溴化鋰制冷系統是通過利用窯爐的煙氣余熱來制冷的，其本身在運行過程中不會產生對環境有害的物質，反而能夠減少窯爐煙氣的排放量，降低有害物質的排放，對保護環境起到一定的作用。因此，在環境方面是可行的。

4.2 經濟可行性分析

一般房屋采用的空調制冷系統為蒸汽壓縮式制冷系統，現改用溴化鋰吸收式制冷系統，則其經濟性分析如下：

（1） 蒸發壓縮式制冷系統的電能消耗（以制冷量Q0=1000kW計）

蒸汽壓縮式制冷空調系統的性能系數一般為COP=制冷量Q_e/軸功率，而蒸汽壓縮式空調COP值一般在2.6～3.5之間，在這里我們取值為3，則制冷壓縮機電動機的功率：

P_e=Q₀/COP=1000/3=333.33kW

每年有6個月制冷，則總耗電量為333.33×30×24×6＝143萬kWh

（2） 溴化鋰吸收式制冷系統的電能消耗（以制冷量Q0=1000kW計）

溴化鋰吸收式制冷系統的主要電能消耗是溶液泵的消耗（以制冷量Q0=1000kW計），約為10kW，在相同的使用情況下，10×30×24×6＝4.32萬kWh

（3） 空調制冷系統改裝后年費用

可按以下計算：

143萬kWh－4.32萬kWh＝138.68萬kWh

若按照電價0.6元/kWh計算，那么每年節省的電費可按以下計算：0.6元/kWh×138.68萬kWh＝83.21萬元。除此以外，還可以免去一大筆空調的維修保養費用。由此可見，其經濟效益是很可觀的。

5結論

在陶瓷企業里安裝溴化鋰制冷系統的空調，可以充分利用窯爐的巨大煙氣余熱來制冷，解決了窯爐煙氣余熱多而不能利用的難題，減少了公司的日常開支，又節約了能源、保護了環境，是企業循環經濟的良好體現。

參考文獻

1 戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術及應用[M].機械工業出版社，2001

2 于阿華等.應用溴化鋰制冷技術發展熱電冷聯合生產[J].應用能源技術，1998，2

3 戴永慶.溴化鋰吸收式制冷機[J].國防工業出版社，1980

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