CN105091616A - 回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法 - Google Patents

回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法 Download PDF

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刘乐
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Abstract

本发明公开了一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法，该系统通过引风机将烧制砖焙烧隧道窑内的烟气引出，以降低制砖焙烧隧道窑内的温度，使之满足控制要求，并且通过引出的烟气对传热元件热管进行加热，再通过该热管将热量传递给水，使水汽化成水蒸汽，并且将产生的水蒸汽送入到搅拌装置内加热砖坯原料，或者将水蒸汽用于烘干成品砖，避免其冻裂，还可以作为供暖的热源，从而达到对热能充分利用的目的。

Description

回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法
技术领域
本发明涉及一种热能回收再利用设备，具体涉及一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法。
背景技术
我国北方冬季温度比较低，较低的温度对烧砖工艺有很大影响，同时，为了回收再利用煤矸石，很多砖厂采将煤矸石作为烧砖材料之一，但是煤矸石中含有一定的热值，往往又会造成超热焙烧现象，严重影响烧砖质量；
现有技术中，煤矸石制砖焙烧窑生产粉煤灰为湿排灰，粘结料为煤矸石，制砖工艺过程如下，给粉煤灰脱水，通过料仓存储，用给料机粘结料，混合并搅拌(在寒冷地区人工添加蒸汽加热)，制成砖坯，干燥后焙烧并生成成品堆放。其生产线有以下缺点：
(1)在寒冷地区搅拌工序中，需要配备专用蒸汽锅炉，如年产6000万块标砖需要配备的3t/h蒸汽锅炉，耗标煤量627kg/h；同时在燃烧过程中，排放二氧化碳5755吨/年，对环境会构成污染；
(2)在寒冷地区冬季温度比较低，裸露在大气中的砖坯会冻裂，影响砖的质量，达不到建筑行业要求的的标准。
(3)在焙烧过程中，难以避免超热焙烧现象，由于隧道窑内温度超出制品焙烧所需温度，这样会降低烧结砖的产品质量，容易产生断裂或网状裂纹。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统及方法，该系统通过引风机将烧制砖焙烧隧道窑内的烟气引出，以降低制砖焙烧隧道窑内的温度，使之满足生产工艺的要求，并且通过引出的烟气给热管加热，再通过该热管将热量传递给水，使水汽化成水蒸汽，并且将产生的水蒸汽送入到搅拌装置内加热砖坯原料，或者将水蒸汽对成品砖进行烘干，避免其冻裂；还可以作为供暖的热源，达到对热能的充分利用，从而完成本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
(1)一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，该热能系统包括烧结砖坯10的隧道窑9和设置在隧道窑9上方并与之通过烟道入口1连通的热管余热锅炉本体6，在所述热管余热锅炉本体6内安装有热管元件14，在所述热管余热锅炉本体6上还设置有用以将隧道窑9内热烟气引入到热管余热锅炉本体6内部的引风机8。
(2)根据上述(1)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，在所述热管余热锅炉本体6上方设置有汽包2，所述汽包2为装有水的密封罐体，所述热管元件14一端设置在所述热管余热锅炉本体6内，另一端设置在所述汽包2内。
(3)根据上述(1)或(2)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述热管元件14有多个组成，在每个热管元件14内部都充装有传热工质，所述工质易汽化。
(4)根据上述(1)或(2)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，位于热管余热锅炉本体6内部的热管元件14的外壁上设置有螺旋翅片15。
(5)根据上述(1)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述引风机8的功率是可调的，即所述引风机8还用于调节从热管余热锅炉本体6内引出的烟气的流量。
(6)根据上述(1)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述所述引风机8用于通过控制流出烟气的流速来控制排烟温度。
(7)根据上述(1)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述烟道入口1和引风机8分别位于热管余热锅炉本体6的两端，使得进入到热管余热锅炉本体6内的烟气与设置在热管余热锅炉本体6内部的热管元件14充分接触。
(8)根据上述(2)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，在所述汽包2顶部设置有蒸汽出口3、安全阀4和压力表5，在所述汽包2底部设置有排污阀门7，在所述汽包2内部在蒸汽出口3的下方设置有汽水分离器11，在所述汽包2上还设置有带有水位计13的进水装置12。
(9)根据上述(8)所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述蒸汽出口3通过蒸汽管道与烧砖设备中的搅拌装置相连。
(10)、一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的方法，其特征在于，该方法是采用如上述(1)～(9)中所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统实现的。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)根据本发明提供的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，该系统通过引风机控制制砖焙烧隧道窑内的烟气温度，使得煤矸石制砖焙烧隧道窑内的温度维持在最适宜的范围内，避免了煤矸石放热导致的超热焙烧现象，保证了制砖的质量；
(2)根据本发明提供的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，该系统通过引风机将制砖焙烧隧道窑内产生的烟气引出用以加热热管元件，进而通过热管将热量传递至汽包内，加热汽包内的水，从而产生蒸汽供给搅拌工艺使用；
(3)根据本发明提供的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，该系统取代了传统配备的蒸汽锅炉，节约能源，节省空间，降低生产成本。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统整体结构示意图；
图2示出根据本发明一种优选实施方式的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统的汽包与热管元件结构示意图；
图3示出根据本发明一种优选实施方式的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统的热管元件结构示意图；
附图标号说明：
1-烟道入口
2-汽包
3-蒸汽出口
4-安全阀
5-压力表
6-热管余热锅炉本体
7-排污阀门
8-引风机
9-隧道窑
10-砖坯
11-汽水分离器
12-进水装置
13-水位计
14-热管元件
15-螺旋翅片
16-连接套
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
根据本发明提供的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，如图1、2中所示，该系统与煤矸石制砖焙烧窑相匹配，尤其与设置在如东北地区等温度较低的地区的煤矸石制砖焙烧窑相匹配，该系统适用于在寒冷地区使用，在寒冷地区更能体现该系统的巨大作用，当外界温度较低时，制砖工艺中搅拌步骤需要配备有蒸汽锅炉来提高物料温度，以使得煤矸石等原料充分混合，搅拌均匀，避免因为外界温度过低而影响烧砖质量；而本发明提供的系统能够取代上述蒸汽锅炉，直接给搅拌系统提供其所需要的蒸气，既能节约了锅炉所需的能源，减少污染，还能减小制砖焙烧窑等配套设备的体积，节约空间。另外，本发明提供的热能系统还能够将隧道窑内的多余热量引出避免超热焙烧现象，使得烧结砖热量均匀，提高煤矸石制砖的质量。
具体来说，如图1、图2中所示，本发明公开的热能系统包括烧结砖坯10的隧道窑9和设置在隧道窑上方并与之通过烟道入口1连通的热管余热锅炉本体6，在所述热管余热锅炉本体内安装有热管元件14，在所述热管余热锅炉本体6上还设置有用以将隧道窑9内热烟气引入到热管余热锅炉本体内部的引风机8。
其中，所述烟道入口1和引风机8分别位于热管余热锅炉本体6的两端，使得进入到热管余热锅炉本体6内的烟气与设置在热管余热锅炉本体6内部的热管元件14充分接触，使得热管元件吸收足够多的热量，充分利用热能。
在一个优选的实施方式中，在所述热管余热锅炉本体6上方设置有汽包2，所述汽包为装有水的密封罐体，所述热管元件14一端设置在所述热管余热锅炉本体6内，另一端设置在所述汽包2内。具体来说，热管元件包括吸热端和放热端，位于热管余热锅炉本体内的是吸热端，位于汽包2内的是放热端。
在进一步优选的实施方式中，所述热管元件14有多个，每支热管元件14都是密封结构，其内部充装一定量的工质，且每个热管元件都是独立的。所述热管元年具有极高导热性能，它通过在全封闭真空管内，工质的蒸发与冷凝来传递热量，吸热端吸收热流体的热量，并将热量传递给管内工质，工质吸热后以蒸发和沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽因压差作用上升到放热端，凝结成液体同时放出汽化潜热，热量再传给放热侧的冷流体。管壳材质为20#冷拔无缝钢管，工质为水—乙醇，具有极高的导热性和良好的等温性。
所述热管元件的优点包括结构紧凑，体积小，安全可靠，传热效率高，流体阻力损小等，与一般的气—汽换热器相比，其重量仅为其1/2～2/3，外形尺寸仅为1/2～2/3，如果有几根热管元件失效时，不影响气—汽系统的正常循环，无须为此停车检修。
在进一步优选的实施方式中，热管余热锅炉本体6内都竖直设置热管元件14，各个热管元件之间基本互相平行，多个热管元件可以交错排布也可以平行排布，可以根据需要的换热程度和通风量调整上述排布方式和热管元件之间的距离。
在进一步优选的实施方式中，位于热管余热锅炉本体6内部的热管元件14的外壁上设置有螺旋翅片15，即吸热端外壁上设置有螺旋翅片15，所述螺旋翅片15采用高频焊接方式焊接在外壁上，用以扩展热管元件吸热端的换热面积，使得对流换热系数有了很大提高，这样有效地强化热管元件的对流换热，使总传热系数显著提高，可以使热管余热锅炉的传热管数量大幅度地减少，更进一步地，热管内部加工成螺旋沟槽，其中螺旋角及节距可以方便地在加工过程中调整、改变，以适应不同的传热介质，并兼顾流动阻力。
在进一步优选的实施方式中，热管元件外部还设置有连接套16，所述连接套设置于放热端，所述连接套具有防磨损的作用，其穿过汽包的外壳，同时起到对汽包和热管元件连接处的密封作用，尤其在传热热管元件14与汽包2壁面焊接时，能够保证热管元件14的真空度和汽包2的密封性。
在一个优选的实施方式中，所述引风机8的功率是可调的，即所述引风机8还用于调节从热管余热锅炉本体6内引出的烟气的流速。进一步地，所述引风机8用于通过控制流出烟气的流速来控制排烟温度。优选地，在所述隧道窑9内设置有温度探测装置，通过该温度探测装置实时测量隧道窑9内的温度，由于砖坯在烧结过程中随着阶段的不同，需要的温度也是不同的，可以通过引风机即时提高功率或者减小功率以调节隧道窑内的温度，进而提高烧砖质量。
更进一步地，可以预先设置好期望的隧道窑内温度与时间的关系，通过自动控制系统自动调节隧道窑内的温度。
本发明中优选地，把烟气的流速控制在10m/s左右，排烟温度控制在120～110℃，这样能够充分满足煤矸石制砖焙烧隧道窑烧结砖的生产工艺要求，所述引风机的出风口截面积的大小与引风机的大小及隧道窑的大小有关，可以适当调整截面积大小与流速之间的关系，本发明的目的在于通过流速来控制排烟温度，只要测得的排烟温度符合要求即可。
在一个优选的实施方式中，在所述汽包2顶部设置有蒸汽出口3、安全阀4和压力表5，在所述汽包2底部设置有排污阀门7，在所述汽包2内部在蒸汽出口3的下方设置有汽水分离器11，在所述汽包2上还设置有带有水位计13的进水装置12，通过进水装置12实时向汽包内注一定量的水，可以源源不断地产生蒸汽。
在一个优选的实施方式中，所述蒸汽出口通过蒸汽管道与烧砖设备中的搅拌装置相连，将产生的蒸汽用于搅拌工艺，省去了搅拌工艺中需要配套使用的锅炉，节约能源、降低成本还能减少设备的占地面积，优化设备结构。当然，上述蒸汽出口还可以与其他供热系统相连，比如将蒸汽输送至供暖系统等等，以便于充分利用热源。
根据本发明提供的一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的方法，其特征在于，该方法是采用如上述回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统实现的，
该方法包括如下步骤：
(1)向汽包内注水；
(2)启动引风机，通过控制引风机的通风量调整制砖焙烧隧道窑内的烟气温度；
(3)将汽包内产生的蒸汽输送至烧砖设备中的搅拌装置为搅拌工艺提供热源；
或者，将汽包产生的蒸汽输送至取暖设备也可以供给堆放的成品砖保温或加热。
选取一条年产6000万块标砖的隧道窑生产线，在该生产线上添加本发明提供的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，由于省去了该生产线上配备的锅炉系统，能够每年节省标准煤2257吨，每年减少二氧化碳排放量5755吨，上述数据足以说明，本发明专利的经济效益和社会效益，另外，通过调节了焙烧隧道窑内的温度，由煤矸石制成砖的质量也有了明显提高。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，该热能系统包括烧结砖坯(10)的隧道窑(9)和设置在隧道窑(9)上方并与之通过烟道入口(1)连通的热管余热锅炉本体(6)，在所述热管余热锅炉本体(6)内安装有热管元件(14)，在所述热管余热锅炉本体(6)上还设置有用以将隧道窑(9)内热烟气引入到热管余热锅炉本体(6)内部的引风机(8)。
2.根据权利要求1所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，在所述热管余热锅炉本体(6)上方设置有汽包(2)，所述汽包(2)为装有水的密封罐体，所述热管元件(14)一端设置在所述热管余热锅炉本体(6)内，另一端设置在所述汽包(2)内。
3.根据权利要求1或2所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述热管元件(14)有多个，在每个热管元件(14)内部充装有工质，所述工质易汽化。
4.根据权利要求1或2所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，位于热管余热锅炉本体(6)内部的热管元件(14)的外壁上设置有螺旋翅片(15)。
5.根据权利要求1所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述引风机(8)的功率是可调的，即所述引风机(8)还用于调节从热管余热锅炉本体(6)内引出的烟气的流量。
6.根据权利要求5所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述所述引风机(8)用于通过控制流出烟气的流速来控制排烟温度。
7.根据权利要求1所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述烟道入口(1)和引风机(8)分别位于热管余热锅炉本体(6)的两端，使得进入到热管余热锅炉本体(6)内的烟气与设置在热管余热锅炉本体(6)内部的热管元件(14)充分接触。
8.根据权利要求2所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，在所述汽包(2)顶部设置有蒸汽出口(3)、安全阀(4)和压力表(5)，在所述汽包(2)底部设置有排污阀门(7)，在所述汽包(2)内部在蒸汽出口(3)的下方设置有汽水分离器(11)，在所述汽包(2)上还设置有带有水位计(13)的进水装置(12)。
9.根据权利要求8所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统，其特征在于，所述蒸汽出口(3)通过蒸汽管道与烧砖设备中的搅拌装置相连。
10.一种回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的方法，其特征在于，该方法是采用如权利要求1～9中所述的回收煤矸石制砖焙烧隧道窑排烟余热的热能系统实现的。
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