摘 要 本文介紹了窯爐煙氣余熱利用的現(xiàn)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(duì)其進(jìn)行了可行性分析。

關(guān)鍵詞 陶瓷企業(yè)，窯爐煙氣，余熱制冷

1引言

陶瓷企業(yè)的窯爐所產(chǎn)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(lái)，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。但是，由于人們的節(jié)能觀念不足以及技術(shù)水平的落后，致使我國(guó)陶瓷窯爐煙氣余熱的利用率非常低，一般只有2%～3%，而國(guó)外的余熱利用率一般都在15%左右?？梢?jiàn)，我國(guó)陶瓷窯爐煙氣的余熱利用還有很大的開(kāi)發(fā)空間。

2現(xiàn)有余熱利用方式

現(xiàn)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(shè)置預(yù)熱段，用煙氣余熱加熱爐料；

（3） 設(shè)置余熱鍋爐，用煙氣熱量生產(chǎn)蒸汽；

（4） 加熱空氣作為烘干坯件的熱源；

（5） 利用煙氣余熱產(chǎn)生的蒸汽來(lái)發(fā)電和供暖等。

通過(guò)上述傳統(tǒng)的操作方式可以將陶瓷煙氣余熱利用起來(lái)，提高能源的利用率。下面我們以建陶生產(chǎn)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(guó)最大的陶瓷生產(chǎn)基地。其中，禪城區(qū)轄內(nèi)擁有一定規(guī)模的陶瓷企業(yè)110多家，共有工業(yè)窯爐700多條。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，2003年全區(qū)陶瓷行業(yè)耗煤量為83688噸，占全區(qū)的16.7%?？梢?jiàn)，佛山陶瓷企業(yè)耗能量之大，產(chǎn)生熱量之多。但通過(guò)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(diào)工況的月份不少于6個(gè)月。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

可見(jiàn)，佛山的需冷時(shí)間比較長(zhǎng)，需冷量也很大。

3.2 吸收式制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

以高沸點(diǎn)物質(zhì)作溶劑(吸收劑)、低沸點(diǎn)物質(zhì)作溶質(zhì)(制冷劑)組成的二元溶液，其溶質(zhì)的溶解度與溫度有關(guān)。溫度較低時(shí)，溶解度取代對(duì)蒸汽的壓縮過(guò)程，這樣的制冷系統(tǒng)叫做吸收式制冷系統(tǒng)。

吸收式制冷系統(tǒng)主要由吸收器、溶液泵、發(fā)生器、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器等部件組成，而其中的吸收器、發(fā)生器體積較大。在制冷系統(tǒng)中利用溶液溫度較高時(shí)，溶解度較小的特性，溶液泵等部件的組成可看作冰箱、空調(diào)制冷裝置里面的壓縮機(jī)。

溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)圖

在吸收式制冷系統(tǒng)中，液體制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸熱汽化，被吸收器中的吸收劑吸收，然后經(jīng)溶液泵送入發(fā)生器，發(fā)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(zhì)和稀溶液。制冷工質(zhì)經(jīng)冷凝器、膨脹閥回流到蒸發(fā)器，周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，稀溶液則經(jīng)另一節(jié)流元件回到吸收器。吸收式制冷機(jī)中的制冷劑/吸收劑工質(zhì)對(duì)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(diào)節(jié)。

下面詳細(xì)介紹一下溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的工作原理。溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)（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(qū)動(dòng)熱源，循環(huán)的制冷性能系數(shù)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(zhì)對(duì)時(shí)，水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，其無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒，對(duì)人體無(wú)危害。

發(fā)生器內(nèi)裝有一定量的溴化鋰濃溶液，吸收器內(nèi)裝有一定量的溴化鋰稀溶液，吸收器內(nèi)的溴化鋰稀溶液經(jīng)溶液泵、熱交換器進(jìn)入發(fā)生器，在外熱源(輥道窯余熱)加熱下，溴化鋰稀溶液發(fā)生水分蒸發(fā)而變成溴化鋰濃溶液，所蒸發(fā)的水蒸汽進(jìn)入冷凝器(溶液中的蒸發(fā)壓力必須高于發(fā)生器上部空間的水蒸汽壓力，以保證水蒸汽連續(xù)地產(chǎn)生)。在冷凝器中被冷卻水冷卻放熱后，經(jīng)節(jié)流減壓進(jìn)入蒸發(fā)器，在高負(fù)壓的蒸發(fā)器中汽化吸熱冷卻，汽化后的水蒸汽進(jìn)入吸收器，在吸收器內(nèi)被來(lái)自發(fā)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(lái)自蒸發(fā)器的水蒸汽不斷被溶液吸收)，再經(jīng)過(guò)溶液泵、熱交換器送至發(fā)生器濃縮成溴化鋰濃溶液。

在水蒸汽吸收過(guò)程中，產(chǎn)生的汽化潛熱由冷卻水帶走。溴化鋰溶液為高溫液體，在進(jìn)入吸收器之前經(jīng)過(guò)熱交換器冷卻，加熱進(jìn)發(fā)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(yè)的兩條氣燒輥道窯，日耗煤70噸（低位發(fā)熱量為5500Kcal/kg），日產(chǎn)瓷片10000m2（10kg/m2），產(chǎn)品燒成溫度約為1200℃，其中可利用余熱的兩個(gè)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(jì)算(表2）

（2）需冷面積計(jì)算（表3）

（3）需冷量計(jì)算（表4）

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

4.1 環(huán)境可行性分析

溴化鋰制冷系統(tǒng)是通過(guò)利用窯爐的煙氣余熱來(lái)制冷的，其本身在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，反而能夠減少窯爐煙氣的排放量，降低有害物質(zhì)的排放，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到一定的作用。因此，在環(huán)境方面是可行的。

4.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析

一般房屋采用的空調(diào)制冷系統(tǒng)為蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，現(xiàn)改用溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，則其經(jīng)濟(jì)性分析如下：

（1） 蒸發(fā)壓縮式制冷系統(tǒng)的電能消耗（以制冷量Q0=1000kW計(jì)）

蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能系數(shù)一般為COP=制冷量Q_e/軸功率，而蒸汽壓縮式空調(diào)COP值一般在2.6～3.5之間，在這里我們?nèi)≈禐?，則制冷壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率：

P_e=Q₀/COP=1000/3=333.33kW

每年有6個(gè)月制冷，則總耗電量為333.33×30×24×6＝143萬(wàn)kWh

（2） 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的電能消耗（以制冷量Q0=1000kW計(jì)）

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

（3） 空調(diào)制冷系統(tǒng)改裝后年費(fèi)用

可按以下計(jì)算：

143萬(wàn)kWh－4.32萬(wàn)kWh＝138.68萬(wàn)kWh

若按照電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算，那么每年節(jié)省的電費(fèi)可按以下計(jì)算：0.6元/kWh×138.68萬(wàn)kWh＝83.21萬(wàn)元。除此以外，還可以免去一大筆空調(diào)的維修保養(yǎng)費(fèi)用。由此可見(jiàn)，其經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。

5結(jié)論

在陶瓷企業(yè)里安裝溴化鋰制冷系統(tǒng)的空調(diào)，可以充分利用窯爐的巨大煙氣余熱來(lái)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(kāi)支，又節(jié)約了能源、保護(hù)了環(huán)境，是企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的良好體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1 戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術(shù)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001

2 于阿華等.應(yīng)用溴化鋰制冷技術(shù)發(fā)展熱電冷聯(lián)合生產(chǎn)[J].應(yīng)用能源技術(shù)，1998，2

3 戴永慶.溴化鋰吸收式制冷機(jī)[J].國(guó)防工業(yè)出版社，1980

4 王長(zhǎng)慶.吸收式制冷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[M].制冷，1998，4

5 嚴(yán)俊杰，黃錦濤，何茂剛.冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，2006

6 吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備.西安交通大學(xué)出版社，1997，4