梭式窯煙氣處理及余熱綜合利用

史成龍 王佑寶 劉建凱 馮嘉 劉巖 肖進勇 楊懷林 孫華云

1）山東耐材集團魯耐窯業(yè)有限公司 山東淄博255200

2）山東工業(yè)職業(yè)學院 山東淄博255200

梭式窯屬于間歇式運行窯爐，在運行過程中，隨窯內(nèi)溫度升高，其煙氣量、煙氣溫度、污染物含量等指標不斷變化，為煙氣處理至達標排放帶來一系列難題。采用氧化法脫硝，雙堿法脫硫，動態(tài)液膜除塵的煙氣處理工藝，通過運行發(fā)現(xiàn)該處理工藝存在運維成本高，排放指標控制難，設備故障率高，反應塔易腐蝕，管路結(jié)晶堵塞嚴重，污水處理困難，有白煙排放等問題［1-3］。因此，需尋求另一種煙氣處理工藝。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，除濕法處理方案外，其他方案要求進入處理系統(tǒng)的煙氣溫度為250～300℃。梭式窯制品的燒成溫度為1 350～1 750℃，而煙道出口溫度為600～850℃。大部分梭式窯采用窯底煙道模式，窯底煙道雖帶走一部分熱量，但煙氣進入處理系統(tǒng)前的實測溫度約610℃。為符合煙氣處理系統(tǒng)的溫度要求，必須降低煙氣溫度。

為滿足窯爐高效率運行，需減少梭式窯降溫時間。通常情況下，使用風機將冷風鼓入窯爐，加快降溫過程。但利用風機抽出的多余熱風直接排放會造成熱能浪費。

1 梭式窯煙氣處理工藝和余熱綜合利用選取方案

1.1 優(yōu)化升級煙氣處理工藝

隧道窯煙氣處理工藝中氧化、濕法處理工藝存在眾多弊端，現(xiàn)已完成煙氣處理工藝的升級和改造，實際運行后脫硫、脫硝的效果優(yōu)異，運維成本低，所以，擬在梭式窯上應用。該煙氣處理工藝：1）采用高溫碳酸氫鈉干法脫硫，使用小蘇打作為脫硫劑，在220～300℃時，與煙氣中的二氧化硫反應，生成亞硫酸鈉粉末，以達到脫硫的目的［4-5］。2）布袋式去除煙氣粉塵，清灰效果好，除塵效率＞99.9%。3）低溫SCR工藝脫硝，該方法使用釩鈦催化劑，以氨水作為還原劑，將NOx還原成N2和H2O［6］。

1.2 降低煙氣溫度

為滿足梭式窯煙氣處理系統(tǒng)入口的溫度要求（≤260℃），必須對煙氣溫度進行降溫。當前采用水冷模式，即水箱式降溫，利用熱煙氣加熱冷水的模式降低煙氣溫度。根據(jù)煙氣流量，選擇合適的降溫器，實現(xiàn)系統(tǒng)化運行。降溫時，煙氣的流速較高，為了使煙氣溫度滿足處理系統(tǒng)的要求，可以在系統(tǒng)中增加一套降溫水塔。

1.3 窯爐并聯(lián)改進

在單條梭式窯的實際運行中，窯內(nèi)溫度在200～1 000℃時，含硫化合物與氧氣發(fā)生反應，煙氣中SO2的含量逐漸達到峰值。煙氣溫度＜220℃時，因溫度較低，脫硫工藝無法正常運行。經(jīng)多次調(diào)整發(fā)現(xiàn)：低溫狀態(tài)下，在脫硫塔中添加石灰粉可以解決此問題［7］。對于燃氣型窯爐來說，NOx通常以溫度型NOx為主，溫度型NOx是由于助燃空氣中的N2與燃氣混合不均，在局部因高溫氧化生成，其形成主要與溫度、氧含量以及煙氣在高溫區(qū)停留時間有關(guān)；特別在高于1 400℃時，極容易形成溫度型NOx，使NOx的含量升高［8］。窯溫到達1 500℃后，NOx的折算濃度迅速增大，在人為干預下，其折算濃度才不再上升。

通過查看單條梭式窯污染物的排放數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)達到SO2和NOx的排放濃度峰值的時間不同。結(jié)合實際生產(chǎn)，設計出3條梭式窯并聯(lián)運行，共用一套煙氣處理系統(tǒng)的模式。單條梭式窯的升溫階段為26 h，保溫階段為8 h，降溫階段為62 h，自點火開始至降溫結(jié)束，需要96 h。為保證環(huán)保指標達標的同時實現(xiàn)降溫時抽出的熱空氣溫度的趨穩(wěn)，選擇在1＃梭式窯點火后的第32 h，將2＃梭式窯點火；2＃梭式窯點火后的第32 h，將3＃梭式窯點火；當?shù)竭_第96 h，1＃梭式窯降溫結(jié)束，然后又被重新點火升溫。這樣3條梭式窯完成循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)運行。該方法既降低環(huán)保成本，又提高了產(chǎn)量，還可滿足煙氣處理至達標排放。

1.4 窯爐余熱利用

對于降溫過程中熱風的利用，在所有并聯(lián)窯爐排煙口匯入主管道前各自安裝調(diào)節(jié)閥門，在調(diào)節(jié)閥門前另增加余熱排放管道，且在余熱排放管道上配置可關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥門。當一條窯爐完成制品的燒成后，可以將排煙主管道調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉，實現(xiàn)此窯爐與煙氣處理系統(tǒng)斷開；同時將余熱管路調(diào)節(jié)閥門打開，將降溫過程中抽出的多余熱風送去干燥洞用于干燥制品。

2 梭式窯煙氣處理改進后的應用效果

2.1 實現(xiàn)煙氣環(huán)保超低排放

采用高溫碳酸氫鈉干法脫硫，布袋除塵，低溫SCR脫硝方案符合梭式窯煙氣處理要求。在并聯(lián)式梭式窯的運行過程中，煙氣環(huán)保處理后污染物含量滿足《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標準》第四時段標準規(guī)定。

2.2 縮短窯爐運行時間

單條梭式窯自點火開始至降溫結(jié)束需要96 h。采用并聯(lián)式梭式窯運行后，自1＃梭式窯點火至3＃梭式窯降溫結(jié)束，共需要160 h，每條窯爐平均花費53 h，提高了窯爐的運行效率，增加了企業(yè)的利潤。另外，并聯(lián)式梭式窯模式實現(xiàn)了降溫時抽出熱空氣溫度的趨穩(wěn)化，抽出的熱空氣被源源不斷地送入干燥洞對半成品進行干燥。

2.3 綜合利用窯爐余熱

高溫煙氣與冷水發(fā)生熱交換，降低了煙氣溫度，滿足了系統(tǒng)的要求。冬季，加熱后的水用于取暖和洗澡；夏季，加熱后的水用于洗澡。降溫時，打開余熱管路調(diào)節(jié)閥門，將降溫過程中抽出的多余熱風用于干燥制品。

2.4 實現(xiàn)煙氣處理系統(tǒng)的智能化

梭式窯在燒成制品的全過程中均采用自動化控制。利用485通訊模塊與煙氣排放污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)相連，及時將煙氣污染物排放指標反饋到控制室。同時，煙氣處理系統(tǒng)采用DCS自動控制，有效提高了煙氣處理系統(tǒng)整體的適應性與穩(wěn)定性。測控儀表自動檢測煙氣壓力與溫度，煙氣溫度高于系統(tǒng)所需溫度時，系統(tǒng)自動進行煙氣走向調(diào)整，保護高溫除塵布袋，使低溫SCR催化劑不受破壞。整個煙氣處理系統(tǒng)實現(xiàn)自動添加小蘇打、噴氨水，實現(xiàn)煙氣處理控制精準化［9-10］。DCS控制、PID智能儀表、485通訊模塊等的應用大大提升了系統(tǒng)的自動化水平，保障了煙氣處理系統(tǒng)最優(yōu)化運行。另外，在煙氣處理系統(tǒng)的關(guān)鍵位置增加連鎖控制，可以自動切斷天然氣輸送，改變煙氣走向等，保障了系統(tǒng)運行的安全。

3 結(jié)語

3條梭式窯并聯(lián)運行的新模式節(jié)約了環(huán)保成本，提高了窯爐的運行效率，同時為干燥洞持續(xù)送去熱空氣，對半成品進行干燥；煙氣余熱的二次回收以及熱空氣的回收利用，滿足了生活和生產(chǎn)所需，避免了不必要的浪費；DCS控制、PID智能儀表、485通訊模塊等的應用大大提升了煙氣處理系統(tǒng)的智能化水平。

然而，經(jīng)運行后發(fā)現(xiàn)，目前水冷散熱存在夏季時余熱利用率低的問題。為進一步探索梭式窯煙氣的余熱利用，可將水冷散熱器換為風冷換熱器，加熱冷空氣，為其他梭式窯提供點火階段的助燃風，降低燃耗，節(jié)約成本；或者將加熱后的熱空氣送去干燥洞對磚坯進行干燥。