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(dòng)化科技有限公司,天津：300040)

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(dòng)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。經(jīng)過對各種工況下的充分考察、計(jì)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(shí)際應(yīng)用中易出現(xiàn)的問題和缺陷進(jìn)行了研究。經(jīng)過在有效工況下的實(shí)際應(yīng)用，充分驗(yàn)證了合理利用有效的控制手段，通過對窯爐熱排放的控制進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的是切實(shí)可行的。

能耗管理，節(jié)能減排，余熱利用

1 前言

陶瓷工業(yè)是傳統(tǒng)的高耗能產(chǎn)業(yè)，隨著發(fā)達(dá)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(dāng)前嚴(yán)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(jìn)步，單位能耗已大大下降。但與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。百萬美元產(chǎn)值能耗是OECD（經(jīng)濟(jì)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(dá)國家0.5到1倍以上[2]。為了實(shí)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所示，陶瓷工廠的節(jié)能減排工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，最優(yōu)的解決方式當(dāng)然是在作新廠設(shè)計(jì)時(shí)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。

我公司近年來在陶瓷工廠的節(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(jìn)節(jié)能技術(shù)嵌入了窯爐控制系統(tǒng)，并開發(fā)出適用于陶瓷工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(shí)例（下稱A工廠）對能源管理及利用控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹，以期同業(yè)相互交流，共同促進(jìn)陶瓷工廠的節(jié)能減排工作。

2 能源管理及利用控制系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)依托德國西門子公司先進(jìn)的控制技術(shù)及控制系統(tǒng)，以精確的能源計(jì)量診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，對陶瓷工廠中的用能設(shè)備進(jìn)行整合。根據(jù)每個(gè)工廠的實(shí)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(shí)施。

3 A工廠窯爐余熱熱源的分析計(jì)算

3.1 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(gè)燒成周期的設(shè)計(jì)燃料消耗量約為11，000 m3。

3.2 余熱熱源

對現(xiàn)有同類型的窯爐熱工記錄進(jìn)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。可供利用的余熱是由煙氣排出的熱量,約為1.6×108kJ/窯次。

每座窯爐可穩(wěn)定供熱的時(shí)間為42個(gè)小時(shí)（煙道溫度高于300℃，排煙流量大于11，000 Nm3/h），為整個(gè)含裝/出窯時(shí)間的燒成周期的1/3左右。當(dāng)窯爐的利用率為85%時(shí)，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。

4 干燥房余熱利用

4.1 干燥房能耗計(jì)算

新廠房內(nèi)設(shè)計(jì)了干燥房10間，折合成150m3的標(biāo)準(zhǔn)烘房15間,每間干燥房的加熱能耗為92，000 kJ/h,干燥能耗56，000 kJ/h，按加熱/干燥房時(shí)間比例1∶6計(jì)算，每間標(biāo)準(zhǔn)烘房的能耗為72，000 kJ/h（換算為85℃的熱風(fēng)，流量1470 m3/h）。烘房總能耗1,080，000 kJ/h。

4.2 使用余熱熱源的計(jì)算

主要利用窯爐冷卻階段排放的熱能向烘房供熱，不夠時(shí)可調(diào)用中保階段的排放（可按控制預(yù)案自動(dòng)選擇）。每座窯爐冷卻階段中可穩(wěn)定供熱的時(shí)間為20個(gè)小時(shí)，（煙道溫度高于120℃，流量大于20，000 m3/h），為整個(gè)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(jì)效益分析：烘房利用率按90%計(jì)算，全年總體耗能8,398,000，000 kJ；核減余熱利用系統(tǒng)的電能消耗后，全年節(jié)能7980,100,000 kJ；折合天然氣211,600 m3，減少二氧化碳排放量約1800噸。

5 養(yǎng)護(hù)水池及廠房地?zé)岵膳酂崂?/h2>

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(shí)時(shí)監(jiān)測每座窯爐的工作狀態(tài)，當(dāng)某座窯爐到達(dá)供熱時(shí)間窗口后，啟用該座窯爐的換熱器，向集熱水箱供應(yīng)高于80℃的熱水。節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益分析為：熱管式換熱器效率按30%計(jì)算，全年總體換能：

3 .8×106kJ/h×2.1×24×365×30%=2.1×1010kJ

每小時(shí)可提供大約2噸的80℃熱水。如使用2噸熱水鍋爐，小時(shí)耗煤量為0.28T，全年耗煤2500噸。二氧化碳排放量約 6，350噸。

6 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(jìn)行預(yù)熱后送入窯爐燃燒器，可達(dá)到節(jié)能效果。每座窯爐升溫過程可供換熱的時(shí)間為38個(gè)小時(shí)，當(dāng)助燃空氣溫度高于125℃，平均節(jié)能360,000kJ/h。

節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益分析，全年總體節(jié)能為：

360,000 kJ/h×38×4×5×12=3.28×109kJ

7 車間采暖余熱利用

將冷卻階段的清潔熱空氣，輸送到成型車間暖風(fēng)系統(tǒng)，用于車間采暖。經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)配后，到達(dá)暖風(fēng)系統(tǒng)的溫度為35～40℃，流量30,000S·m3/h，當(dāng)窯爐的利用率為85%時(shí)，即可連續(xù)供熱。

節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益分析，廠房采暖熱負(fù)荷系數(shù)取160W/m2，余熱可滿足5000 m2廠房的采暖需要。核減采暖風(fēng)機(jī)的電能消耗后，全年采暖節(jié)能3.9×109kJ。折合天然氣100，000 m3，減少二氧化碳排放量約1800噸。

8 噴塔配風(fēng)余熱利用

經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)配后，煙氣溫度為150～180℃，流量20,000 S·m3/h，可用于噴塔配風(fēng)，節(jié)約噴塔燃料消耗，當(dāng)窯爐的利用率為85%時(shí)，即可向噴塔連續(xù)供熱。

節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益分析，可向噴塔注入能量(噴塔開車率60%)：

核減抽熱風(fēng)機(jī)的電能消耗后，全年節(jié)能1.7×1010kJ。折合天然氣465,000 m3,減少二氧化碳排放量約3900噸。

9 余熱利用項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

能源管理及利用控制系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)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(jì)效益顯著（見表1）。

（1）節(jié)能：節(jié)約天然氣1.046×106(m3)/年，按現(xiàn)行價(jià)格計(jì)算為350萬元/年；（2）減排：每年減少二氧化碳排放量約一萬四千噸。

減去初期投資及系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，運(yùn)行五年的效益為：1200萬元，減二氧化碳排放七萬噸。

表1 節(jié)能效果比較Tab.1 The comparison of energy-saving effectiveness

10 結(jié)論

自2008年開始，該系統(tǒng)已應(yīng)用在陶瓷行業(yè)內(nèi)的多個(gè)工廠，取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。其中有新建的廠,也有正常生產(chǎn)的企業(yè)。今后寄希望于國家的政策導(dǎo)向,在陶瓷工廠的設(shè)計(jì)階段就將能源管理及利用系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合并且同時(shí)建設(shè),這樣將極大推動(dòng)陶瓷工廠的節(jié)能減排工作。

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),2009,4(16)

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),2009,4(16)

ENERGY MANAGEMENT AND UTILIZATION OF CERAMIC FACTORIES

Lai Hailin Xu Xin Chen Naiqing
(Tianjin Xinkong Automation Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300040)

Through an effective measurement and management of the heat discharged from its kilns and furnaces,an enterprise can better understand its energy consumption and more efficiently reduce its direct and indirect production costs by recycling its waste heat and reducing its energy consumption.In this paper,energy consumption of kilns and furnaces under different circumstances were evaluated,its controllable factors and the feasibility to reduce it were analyzed.Possible problems and defects with the energy management system in use were explored.It's pointed out,with effective measures,energy conservation and emission reduction through the control of heat discharge from kilns and furnaces are feasible.

energy management,energy saving and emission reduction,waste heat utilization

on Apr.11,2010

TQ174.6+55

A

1006-2874（2010）05-0068-03

2010-04-11

陳乃慶，E-mail:cmail@tsmc.com.cn

Chen Naiqing,E-mail:cmail@tsmc.com.cn