烧结砖生产线的绿色节能技术

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烧结砖生产线的绿色节能技术
1引言
使用焙烧窑生产砖瓦及相关产品作为一种高能耗的建材生产方式，不仅消耗大量能源资源，而且造成温室气体和其他污染气体的排放。因此烧结砖瓦行业是我国建材行业节能减排技术改造的重点对象，企业对节能减排先进适用技术的需求越来越迫切。本文介绍多种目前较适合我国烧结砖瓦生产企业使用的节能减排技术方法，以供新建生产线技术选择或现有生产线技术改造参考。2生产过程节能减排技术2.1大型隧道窑节能保温焙烧技术2.1.1技术介绍大型节能保温隧道窑内宽不小于4.60m，可达10m以上。窑顶结构从上到下依次为轻质耐火材料、硅酸铝保温材料、高温密封涂层和支持吊顶材料的主梁和次梁。这种结构保证了窑顶耐热、保温、密封的性能。窑墙结构从里到外依次为耐火材料、轻质保温材料、隔热材料、结构材料。采用轻质衬砌材料，降低窑车的蓄热量：窑车之间采用双重密封结构，两侧与窑体也采用密封结构，杜绝了窑车面上与车下的气体流动。根据快速焙烧制度的要求，隧道窑在窑内设置冷却系统，窑下平衡、冷却系统，余热利用系统。窑温、窑压监测控制系统。燃料根据产品不同可选用煤、燃油或天然气。余热被充分置换出来，使热工过程节能效率和热利用率大大提高。大型节能保温隧道窑断面温差小，自保温效果好，热效率高；产量高；产品质量好，合格率高，产品抗压强度高；员工劳动强度低，环保性能好。2.1.2技术适用条件新建生产线或现有隧道窑技术改造节能减排效果：热工过程节能效率可达40%，热利用率可达60%~70%。相比行业一般能耗可节能20%以上，能耗的降低可带来相应的减排效果。2.1.3投资运行成本（个别地区数据，仅供参考）一条年产6000万块标砖的隧道窑生产线，投资约2000万元，年运行费用不包括原料和燃料费用大约为100~200万元。2.2烧结保温砌块技术2.2.1技术介绍烧结保温砌块主要用于建筑物围护结构保温隔热和多孔薄壁砌块。烧结保温砌块有合理的孔型设计和孔洞排布，孔洞率较高，可达50%以上，强度较高，比普通多孔空心烧结制品节约原料和燃料。符合节能建筑墙体砌筑的需要，具有良好的保温、隔热、隔声效果，使墙体导热系数降低，达到建筑节能的目标。为了提高保温效果，降低砌块导热系数，提高热阻值，可以在砌块内腔填充高保温隔热性能材料如矿棉、聚苯颗粒等，砌块的主要热阻由保温隔热材料热阻和封闭空气间层热阻组成。国外在这类复合保温砌块方面已有成熟技术，而国内尚处于起步推广阶段，目前已设计制造出内腔填充聚苯颗粒的烧结注孔保温砌块，砌块内空腔设置有经加温封存的聚苯颗粒，填充生产工艺简单，内腔填充材料聚苯颗粒可由填充专用设备完成。这种烧结注孔保温砌块具有高隔热保温性能、隔声性能、耐久性能。2.2.2技术适用条件新建烧结制品生产线或现有生产线改造2.2.3节能减排效果烧结保温砌块由于有良好的保温性能，因此能够实现有效的建筑节能，单一墙体材料390mm厚墙体可达到节能65%要求，从而实现节能减排的目标。烧结保温砌块有较高的孔洞率，生产过程中能比普通多孔空心烧结制品节约原料15%~30%和节能10%~20%。2.2.4投资运行成本年产1亿块（折标砖）生产线一次性投资约需4000~5000万元，年运行费用总计约需1000万元。2.3烧结煤矸石技术2.3.1技术介绍烧结煤矸石砖是用煤矸石为主要原料（占原料70%以上，最高可达100%），可掺入少量黏土、页岩、粉煤灰，经粉碎、成型、焙烧而成的建筑用砖。烧结煤矸石可以节约大量黏土，由于煤矸石中含煤，可燃烧放热，在焙烧过程中可以大量节约焙烧用煤，甚至可以不需要外加燃料，且多余热量可回收利用。2.3.2技术适用条件周边有煤矸石来源地区的黏土或页岩烧结砖生产线技术改造或者新建生产线。2.3.3节能减排效果每万块标砖可消耗煤矸石约20t。年产1亿标块煤矸石烧结砖项目每年可比生产1亿标块实心粘土砖节约用煤约1万t，如果同时在生产过程中回收余热，可供约2万m2建筑冬季采暖，节省采暖用煤约3000t。按生产1亿标块煤矸石烧结砖测算，每年可节约用地约33万m2，每年可减少煤矸石堆放占地1~1.7m2。2.3.4投资运行成本应用该技术需对原生产线进行改造，需增加或改进原料破碎设备，投资约20~50万元。需根据煤矸石发热量计算出合理的原料配比和投煤量，按照比例在黏土或页岩中掺入煤矸石，再在焙烧过程中减少外加煤量，因此运行成本主要是购入煤矸石的支出，可显著减少黏土和煤的耗量。煤矸石的价格根据热值不同以及各地区差别，价格有所不同，基本都在50元/t以下，有的地区甚至在20元/t以内。2.4烧结粉煤灰技术2.4.1技术介绍利用发电厂的粉煤灰制砖，既可以节约能源和保护土地资源，又可以保护环境。制备烧结砖原料中加入粉煤灰主要有两个作用：一是作为内燃料，利用粉煤灰中残余碳，降低煤耗；二是作为塑化原料的外掺剂，减少干燥收缩和降低干燥敏感系数。粉煤灰烧结砖用单一原料无法生产，粉煤灰用量在50%以上，另需掺入其他原料作为粘结剂，如黏土（塑性指数应大于9%）或页岩，也可掺入适量的膨润土或无机化学复合掺加剂等。随着技术的发展更新，粉煤灰掺量在不断增加。2.4.2技术适用条件适用于周边有粉煤灰来源（如发电厂）且有适量黏土或页岩资源的地区，黏土或页岩砖生产线改造或者新建生产线。2.4.3节能减排效果节土40%~60%（与实心黏土砖比）：节煤量由粉煤灰的发热量大小而定，一般可达20%；掺灰量在50%以上，对于一个年产6000万块砖的工厂，每年用灰量可达7~8万t。砖坯干燥时间缩短，可节省晾坯用地。2.4.4投资运行成本使用高掺量粉煤灰砖技术在原生产线的原料制备和成型设备上需要进行适当技术改造，投资成本约30~50万元。运行成本主要增加购入粉煤灰的支出，节省了黏土和燃料的成本。粉煤灰的价格根据级别、含碳量不同以及运输距离差别而有所不同，由每吨十几元到上百元不等。2.5烧结淤泥制砖技术2.5.1技术介绍河道湖泊淤泥经过3个月以上的晾晒干燥后，可直接作为制砖原料经过隧道窑焙烧生产各种规格的空心砖、多孔砖，还可以与煤矸石、粉煤灰或炉渣等不同原料混合，进一步节约资源和能源。使用河道湖泊淤泥为原料生产烧结砖的优点首先是节约粘土资源，其次是疏浚河道，解决河道淤泥堆积问题，提高河道通行能力，并且改善环境，还能提升水质，而且淤泥制的砖可有较好节能效果。我国仅国内湖泊、河道拥有的淤泥每年的采集量至少可达7000万t，可大力推广淤泥制砖。2.5.2技术适用条件有河道湖泊淤泥来源的地区新建或改造烧结砖生产线。2.5.3节能减排效果节约粘土资源，每生产1万块标砖可节约黏土10~15m3，加入煤矸石、粉煤灰、炉渣等内燃料烧结砖还能相应减少能源消耗，节约燃料达50%以上。2.5.4投资运行成本烧结淤泥制砖在生产技术设备上与烧结普通砖区别不大，可简单改造烧结普通砖生产线生产，其他投资在50万元内。由于淤泥需要经过较长时间晾晒风干，因此制砖成本比烧结普通砖略高，即增加了原料成本。淤泥原料价格不同地区有所不同，大约在5~20元/m3。由于淤泥制砖在环保方面的特殊作用，部分地区政府对应用该技术的企业进行资金补贴或优惠。3能源回收利用技术3.1隧道窑余热人工干燥技术3.1.1技术介绍砖瓦在生产过程中，由废气带走和向周围介质散发的热量，约占总热量的1/3以上。隧道窑余热人工干燥技术是利用隧道窑冷却带的余热将空气加热，再通过管道输送到干燥室，烘干干燥室内的湿砖坯，强制性地脱去坯体中的水分。在隧道窑生产过程中利用余热干燥砖坯，不但可以节约大量的干燥砖坯用煤，而且减少了自然干燥的坯场占用的大量土地，节约占地费、防雨具费、人工费等成本，保证产品产量质量并缩短干燥周期，同时降低出窑温度，改善了工人的劳动条件，近年来新建的隧道窑生产线都包括了人工干燥技术，提高了隧道窑的热利用率，因此在推广隧道窑的同时可以推广人工干燥技术。3.1.2技术适用条件新建隧道窑或者早期隧道窑改造。3.1.3节能减排效果一个年总产量6000万块（折标砖）的制砖企业由自然干燥改人工干燥，可节约约60亩土地。3.1.4投资运行成本一条年产6000万块标砖的隧道窑人工干燥室，需投资100万元左右，每年可减少土地补偿费和其他费用30万元以上，年运行成本在10万元以内。3.2隧道窑余热利用技术3.2.1技术介绍内燃烧砖隧道窑的原料发热量在满足焙烧和人工干燥外，仍有一部分多余的热量散发，隧道窑余热采暖供热技术将这部分热量回收利用，通过余热锅炉等余热利用设备将冷水加热，供生产车间、办公室、生活区冬季采暖及洗浴等，能够实现冬季取暖完全利用生产余热而不需取暖用煤。生产过程不增加燃料消耗量，也不增加生产设备，只是冬季选用发热量较高的内燃料。目前新建的隧道窑基本都带有余热利用设备。3.2.2技术适用条件适用内燃料的隧道窑，余热供暖较适合北方地区冬季使用。3.2.3节能减排效果一条年产1.2亿块（折标砖）的内燃烧砖隧道窑冬季可满足大约2万m2的采暖面积，每年可节约取暖用燃煤约3000t，减少相应的二氧化碳排放约6000t。3.2.4投资运行成本每台余热锅炉投资成本约10万元，年运行成本约1~2万元，预期寿命15年，净效益约20万元/年。年产煤矸石砖1.1亿块的生产线的热管余热回收利用工程投资35.7万元，每年节约资金27万元。3.3大隧道窑余热发电技术3.3.1技术介绍余热发电技术是利用生产过程中多余额热能转换为电能的技术。煤矸石制砖在煅烧过程中有大量的热量，随着排风机而排除窑外，主要是烟气余热和产品冷却余热。据调查，烧结砖生产中的余热总量约占其燃料消耗总量的30%~60%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的40%左右。这部分热量目前除掺入部分冷风降温到125℃左右用来烘干砖坯外，基本上未得到有效利用，隧道窑高温段烟气温度达400℃，热风平均温度可达200℃左右，是很好的稳定低温热源，具有利用余热发电的潜力。大隧道窑余热发电技术是利用大隧道窑制品的冷却热和200~500℃的中低温烟气和余热作为热源，通过余热锅炉（热交换器）回收烟气等介质中的热量，并进行能量转移，加热给水产生过热/饱和蒸汽，冲动汽轮发电机组做功发电，且余热发电部影响正常争产。据工业性试验，通常余热发电可达500~1500kW，基本上可满足煤矸石砖厂用电。目前该技术在国内已有实用，且仍在不断完善。3.3.2技术适用条件适用于窑内冷却带温度较高的烧结煤矸石砖大隧道窑（年产6000万块标砖以上）。3.3.3节能减排效果一条年产1.2亿块煤矸石烧结砖的生产线，采用隧道窑余热发电，扣除厂用电后，每年可对外供电约666kWh，总发电量相当于每年节约标准煤约3700t，即可减排二氧化碳约9200t。3.3.4投资运行成本2条一次码烧内宽为6.9m的大断面隧道窑（共1.2亿块/年）上安装两台3t/h次中温中压余热锅炉，配1台1.5MW汽轮发电机组，总投资约1000万元，年运行成本约180万元，内部收益率约30%。每年可为企业节约开支约430万元，扣除运行成本，每年可增加企业利润约250万元。根据国家有关政策，余热发电收益前三年免征企业所得税。4污染末端控制技术4.1砖瓦湿法烟气脱硫技术4.1.1技术介绍脱硫的过程中同时除去烟尘，即除尘脱硫一机多用或除尘脱硫一体化。在吸收塔前增设预洗涤塔，可使高温烟气得到冷却，通常可将120℃以上的高温烟气冷却到80℃左右，并使烟气增湿，有利于提高SO的吸收效率，同时起到了除尘作用，除尘效率通常为95%左右。推荐关注公众号《砖瓦界》4.1.2技术适用条件：适用含硫燃料或原料的烧结砖瓦生产线。烧结砖生产中SO排放的控制途径主要是燃烧后脱硫即烟气脱硫，目前湿法烟气脱硫被认为是最成熟、控制SO2最行之有效的途径，平均脱硫率90%。石灰石/石膏湿法工艺是目前技术最成熟、应用最广泛的脱硫技术，该方法是以石灰石或石灰的浆液作脱硫剂，在吸收塔内对SO烟气喷淋洗涤，使烟气中的SO与浆液中的CaSO反应，CaSO都氧化为CaSO即脱硫副产品石膏。该工艺每吸收1tSO就能副产脱硫石膏2.7t。采用石灰石/石膏法的烟气脱硫工艺包括烟气系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水系统和废水处理下系统，系统完善且相对复杂，一次性投资相对较高。其中吸收塔脱硫系统和脱硫剂浆液制备系统式脱硫必不可少的，而烟气换热系统、石膏脱水系统和废水处理系统可根据具体情况减化或取消。砖瓦生产窑炉排放的烟气一般都含有一定量的烟尘，在吸收SO之间可进行烟气的预处理，可专门设置高效除尘器，如电除尘器和湿坯除尘器等，除去烟尘，或在净化SO。4.1.3节能减排效果脱硫率和除尘率都能达到90%以上，净化后的烟气中SO2浓度在700mg/m3以下，颗粒物浓度在100mg/m3以下，完全达到国家排放标准。4.1.4投资运行成本一套砖瓦湿法烟气脱硫设备投资成本约200万元，根据烟气含硫量的不同，年运行成本在50~100万元。更进一步的降低烧砖能耗四大措施！
一、燃料的燃烧
众所周知，燃料的燃烧过程是一个氧化过程，在这一氧化过程中，伴随着大量热量的产生。参与燃烧的全部燃料在助燃空气充足的条件下，完全被氧化，叫完全燃烧。显然，在燃料完全燃烧的条件下，所生产的烟气中没有诸如一氧化碳、甲烷、氢气、硫磺蒸汽等可烧成分。如果是固体燃料，残渣中不含残余可燃物质，燃料的不完全燃烧意味着燃料中热量最大限度的发挥。

与燃料完全燃烧不同的一种情况是燃料的不完全燃烧。所谓燃料不完全燃烧，就是指参加燃烧的燃料，未能充分发挥其内容的热量。不完全燃烧有两种可能的情况：一种是烟气中含有可燃气体；另一种是残渣中含有残存的可燃物质。前者又可称为气体不完全燃烧，它是因为燃烧必需的空气量不足，导致燃料进行化学反应的氧气量不够，化学反应不完全，碳的燃烧反应只进行了一部分造成的。后者又称为固体不完全燃烧，产生的原因是空气量虽够，但燃料未能充分地同空气接触，形成局部空气量不足，从而导致未能完全燃烧。

二、窑内应具有较好的换热条件

窑炉烧砖的过程，就是坯体在窑内与燃料燃烧产生的热量进行热交换的过程，燃料燃烧产生的热量不断地传给坯体，使坯体温度不断提高，直至达到坯体中各种组分进行化学反应的温度，使化学反应完全，将坯体烧成砖。燃料燃烧需要氧气，这部分氧气是由经过冷却带的预热的空气流带到烧成带的，高温热空气促进了燃料的燃烧。燃料燃烧放出的热量要传递给坯体，高温炽热气体是加热坯体的媒介，是窑内主要的传热方式之—。燃成的高温制品需要冷却到常温以便出窑，又是靠流人窑内的冷空气将热量带走。预热带湿坯排出残余水分及干坯不断预热升温，还是依赖于来自烧成带的热烟气流。所以，坯体在窑内烧成时，一刻也离不开气体的流动。

三、采用合理的码坯方法

码坯的目的是形成适合于烧成要求的坯垛，到底采用哪一种码法形成坯垛，要根据气体在窑炉内的流动规律来定。窑炉及窑炉排烟设备的条件，燃料的燃烧条件要求等因素确定。码坯的重要性在于，在一定的设备条件下，坯垛一旦形成，窑内通风量，坯垛各部位通风的均匀性、内燃料在窑内的分布、外燃料的燃烧条件及分散程度等就大体上确定r，窑内的烧成条件也就基本确定。众所周知，在窑炉烧成过程中，窑内气体受到两方面的阻力，一部分为气体通过窑炉的各个系统时遇到的摩擦阻力和局部阻力，它是由窑炉结构引起的，是不能人为地改变，仅当气流速度发生变化时，才按一定的比例增减。另一方面，气流还遇到坯垛阻力，它是可以改变的，通过改变码坯方式就可以改变坯垛对空气流力帮助。从而改变窑内通风量，改善烧成条件。一般来说，减少阻力，就能风量增大。在改变码坯密度的过程中，实际上是改变了窑内的风速、风量，改变了窑内燃料的燃烧条件，码坯密度低的地方，阻力小，通风量大；风速高，燃料燃烧条件好，换热系数大，利于烧成过程进行。所以，码坯形式的好坏、坯垛密度的高低、码坯操作的质量不但直接影响窑炉产量的高低，烧成质量的好坏，更重要的是它影响到燃料能消耗量的多少、烧成能耗的高低。

那么，怎样确定码坯方法呢?不管采用何种坯垛形式，在一定“度”的范围内，坚持“稀码”是必须坚持的一个原则。另外，根据外燃砖还是内燃烧砖，应用不同的码坯方式。对于窑炉断面的码坯密度分布来说，如果是外燃料砖，应采用“上密下稀”、“中密、里次、外稀”、“横密、顺稀”的码坯方法，弯窑处应为“里密外稀”。如果是内燃烧砖应采用“上密下稀”、“边密中稀”的码法。在码坯过程中，对外于支烟道处的坯垛应进行“拉缝”处理，以保证烧成过程中气流通畅通，使气流均衡地在窑断面上流动。

四、采用合理的操作方法

窑炉烧成的操作是多方面的、全方位的，只有对各方面都做出认真合理的处理，才能达到降低烧成能耗的目的。

首先，要严格控制进入窑内的干坯的残余含水率，降低脱去其中水分消耗的热能，提离升温速度，降低预热阶段的能耗。

其次，要控制好烧成时各带的长度以及各带的稳定性，不能使各带长度不稳定，忽长忽短，或者使各带不能固定在其要求的位置，在窑长度方向产生“漂移”现象，这也会消耗大量的烧成能耗。

第三，合理使用窑上的风闸，尽量使用窑上的余热，余热的利用率越高，窑的烧成能耗就越低。

第四，加强窑体密封性能检查，不让窑内的热气体出窑外，也不让窑外的冷空气进入窑内。因为不管是热气体的外泄还是冷空气的浸入都是对窑炉热能的损耗，都会增加窑炉的烧成能耗，而不会降低其能耗。

第五、加快窑炉的循环使用次数，降低窑体和窑车的蓄热损失，使原来所蓄积的热能得到充分地利用，这样就可降低烧成过程中的能耗。第六，提高烧成成品率，提高烧成成品率是降低窑炉烧成能耗最直接也是效果最明显的方法，提高烧成成品率后，不但可以节约大量的热能，还可以节约大量的电能及人工工资和原材料费用，同时能延长设备使用寿命。

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