燒結(jié)磚瓦節(jié)能減排技術(shù)

1引言

使用焙燒窯生產(chǎn)磚瓦及相關(guān)產(chǎn)品作為一種高能耗的建材生產(chǎn)方式，不僅消耗大量能源資源，而且造成溫室氣體和其他污染氣體的排放。因此燒結(jié)磚瓦行業(yè)是我國建材行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)改造的重點對象，企業(yè)對節(jié)能減排先進適用技術(shù)的需求越來越迫切。本文介紹多種目前較適合我國燒結(jié)磚瓦生產(chǎn)企業(yè)使用的節(jié)能減排技術(shù)方法，以供新建生產(chǎn)線技術(shù)選擇或現(xiàn)有生產(chǎn)線技術(shù)改造參考。

2生產(chǎn)過程節(jié)能減排技術(shù)

2.1大型隧道窯節(jié)能保溫焙燒技術(shù)

2.1.1技術(shù)介紹

大型節(jié)能保溫隧道窯內(nèi)寬不小于4.60m，可達10m以上。窯頂結(jié)構(gòu)從上到下依次為輕質(zhì)耐火材料、硅酸鋁保溫材料、高溫密封涂層和支持吊頂材料的主梁和次梁。這種結(jié)構(gòu)保證了窯頂耐熱、保溫、密封的性能。窯墻結(jié)構(gòu)從里到外依次為耐火材料、輕質(zhì)保溫材料、隔熱材料、結(jié)構(gòu)材料。采用輕質(zhì)襯砌材料，降低窯車的蓄熱量：窯車之間采用雙重密封結(jié)構(gòu)，兩側(cè)與窯體也采用密封結(jié)構(gòu)，杜絕了窯車面上與車下的氣體流動。根據(jù)快速焙燒制度的要求，隧道窯在窯內(nèi)設(shè)置冷卻系統(tǒng)，窯下平衡、冷卻系統(tǒng)，余熱利用系統(tǒng)。窯溫、窯壓監(jiān)測控制系統(tǒng)。燃料根據(jù)產(chǎn)品不同可選用煤、燃油或天然氣。余熱被充分置換出來，使熱工過程節(jié)能效率和熱利用率大大提高。大型節(jié)能保溫隧道窯斷面溫差小，自保溫效果好，熱效率高；產(chǎn)量高；產(chǎn)品質(zhì)量好，合格率高，產(chǎn)品抗壓強度高；員工勞動強度低，環(huán)保性能好。

2.1.2技術(shù)適用條件

新建生產(chǎn)線或現(xiàn)有隧道窯技術(shù)改造

節(jié)能減排效果：熱工過程節(jié)能效率可達40%，熱利用率可達60%~70%。相比行業(yè)一般能耗可節(jié)能20%以上，能耗的降低可帶來相應(yīng)的減排效果。

2.1.3投資運行成本（個別地區(qū)數(shù)據(jù)，僅供參考）

一條年產(chǎn)6000萬塊標(biāo)磚的隧道窯生產(chǎn)線，投資約2000萬元，年運行費用不包括原料和燃料費用大約為100~200萬元。

2.2燒結(jié)保溫砌塊技術(shù)

2.2.1技術(shù)介紹

燒結(jié)保溫砌塊主要用于建筑物圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱和多孔薄壁砌塊。燒結(jié)保溫砌塊有合理的孔型設(shè)計和孔洞排布，孔洞率較高，可達50%以上，強度較高，比普通多孔空心燒結(jié)制品節(jié)約原料和燃料。符合節(jié)能建筑墻體砌筑的需要，具有良好的保溫、隔熱、隔聲效果，使墻體導(dǎo)熱系數(shù)降低，達到建筑節(jié)能的目標(biāo)。為了提高保溫效果，降低砌塊導(dǎo)熱系數(shù)，提高熱阻值，可以在砌塊內(nèi)腔填充高保溫隔熱性能材料如礦棉、聚苯顆粒等，砌塊的主要熱阻由保溫隔熱材料熱阻和封閉空氣間層熱阻組成。國外在這類復(fù)合保溫砌塊方面已有成熟技術(shù)，而國內(nèi)尚處于起步推廣階段，目前已設(shè)計制造出內(nèi)腔填充聚苯顆粒的燒結(jié)注孔保溫砌塊，砌塊內(nèi)空腔設(shè)置有經(jīng)加溫封存的聚苯顆粒，填充生產(chǎn)工藝簡單，內(nèi)腔填充材料聚苯顆粒可由填充專用設(shè)備完成。這種燒結(jié)注孔保溫砌塊具有高隔熱保溫性能、隔聲性能、耐久性能。

2.2.2技術(shù)適用條件

新建燒結(jié)制品生產(chǎn)線或現(xiàn)有生產(chǎn)線改造

2.2.3節(jié)能減排效果

燒結(jié)保溫砌塊由于有良好的保溫性能，因此能夠?qū)崿F(xiàn)有效的建筑節(jié)能，單一墻體材料390mm厚墻體可達到節(jié)能65%要求，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。燒結(jié)保溫砌塊有較高的孔洞率，生產(chǎn)過程中能比普通多孔空心燒結(jié)制品節(jié)約原料15%~30%和節(jié)能10%~20%。

2.2.4投資運行成本

年產(chǎn)1億塊（折標(biāo)磚）生產(chǎn)線一次性投資約需4000~5000萬元，年運行費用總計約需1000萬元。

2.3燒結(jié)煤矸石技術(shù)

2.3.1技術(shù)介紹

燒結(jié)煤矸石磚是用煤矸石為主要原料（占原料70%以上，最高可達100%），可摻入少量黏土、頁巖、粉煤灰，經(jīng)粉碎、成型、焙燒而成的建筑用磚。燒結(jié)煤矸石可以節(jié)約大量黏土，由于煤矸石中含煤，可燃燒放熱，在焙燒過程中可以大量節(jié)約焙燒用煤，甚至可以不需要外加燃料，且多余熱量可回收利用。

2.3.2技術(shù)適用條件

周邊有煤矸石來源地區(qū)的黏土或頁巖燒結(jié)磚生產(chǎn)線技術(shù)改造或者新建生產(chǎn)線。

2.3.3節(jié)能減排效果

每萬塊標(biāo)磚可消耗煤矸石約20t。年產(chǎn)1億標(biāo)塊煤矸石燒結(jié)磚項目每年可比生產(chǎn)1億標(biāo)塊實心粘土磚節(jié)約用煤約1萬t，如果同時在生產(chǎn)過程中回收余熱，可供約2萬m2建筑冬季采暖，節(jié)省采暖用煤約3000t。按生產(chǎn)1億標(biāo)塊煤矸石燒結(jié)磚測算，每年可節(jié)約用地約33萬m2，每年可減少煤矸石堆放占地1~1.7m2。

2.3.4投資運行成本

應(yīng)用該技術(shù)需對原生產(chǎn)線進行改造，需增加或改進原料破碎設(shè)備，投資約20~50萬元。需根據(jù)煤矸石發(fā)熱量計算出合理的原料配比和投煤量，按照比例在黏土或頁巖中摻入煤矸石，再在焙燒過程中減少外加煤量，因此運行成本主要是購入煤矸石的支出，可顯著減少黏土和煤的耗量。煤矸石的價格根據(jù)熱值不同以及各地區(qū)差別，價格有所不同，基本都在50元/t以下，有的地區(qū)甚至在20元/t以內(nèi)。

2.4燒結(jié)粉煤灰技術(shù)

2.4.1技術(shù)介紹

利用發(fā)電廠的粉煤灰制磚，既可以節(jié)約能源和保護土地資源，又可以保護環(huán)境。制備燒結(jié)磚原料中加入粉煤灰主要有兩個作用：一是作為內(nèi)燃料，利用粉煤灰中殘余碳，降低煤耗；二是作為塑化原料的外摻劑，減少干燥收縮和降低干燥敏感系數(shù)。粉煤灰燒結(jié)磚用單一原料無法生產(chǎn)，粉煤灰用量在50%以上，另需摻入其他原料作為粘結(jié)劑，如黏土（塑性指數(shù)應(yīng)大于9%）或頁巖，也可摻入適量的膨潤土或無機化學(xué)復(fù)合摻加劑等。隨著技術(shù)的發(fā)展更新，粉煤灰摻量在不斷增加。

2.4.2技術(shù)適用條件

適用于周邊有粉煤灰來源（如發(fā)電廠）且有適量黏土或頁巖資源的地區(qū)，黏土或頁巖磚生產(chǎn)線改造或者新建生產(chǎn)線。

2.4.3節(jié)能減排效果

節(jié)土40%~60%（與實心黏土磚比）：節(jié)煤量由粉煤灰的發(fā)熱量大小而定，一般可達20%；摻灰量在50%以上，對于一個年產(chǎn)6000萬塊磚的工廠，每年用灰量可達7~8萬t。磚坯干燥時間縮短，可節(jié)省晾坯用地。

2.4.4投資運行成本

使用高摻量粉煤灰磚技術(shù)在原生產(chǎn)線的原料制備和成型設(shè)備上需要進行適當(dāng)技術(shù)改造，投資成本約30~50萬元。運行成本主要增加購入粉煤灰的支出，節(jié)省了黏土和燃料的成本。粉煤灰的價格根據(jù)級別、含碳量不同以及運輸距離差別而有所不同，由每噸十幾元到上百元不等。

2.5燒結(jié)淤泥制磚技術(shù)

2.5.1技術(shù)介紹

河道湖泊淤泥經(jīng)過3個月以上的晾曬干燥后，可直接作為制磚原料經(jīng)過隧道窯焙燒生產(chǎn)各種規(guī)格的空心磚、多孔磚，還可以與煤矸石、粉煤灰或爐渣等不同原料混合，進一步節(jié)約資源和能源。使用河道湖泊淤泥為原料生產(chǎn)燒結(jié)磚的優(yōu)點首先是節(jié)約粘土資源，其次是疏浚河道，解決河道淤泥堆積問題，提高河道通行能力，并且改善環(huán)境，還能提升水質(zhì)，而且淤泥制的磚可有較好節(jié)能效果。我國僅國內(nèi)湖泊、河道擁有的淤泥每年的采集量至少可達7000萬t，可大力推廣淤泥制磚。

2.5.2技術(shù)適用條件

有河道湖泊淤泥來源的地區(qū)新建或改造燒結(jié)磚生產(chǎn)線。

2.5.3節(jié)能減排效果

節(jié)約粘土資源，每生產(chǎn)1萬塊標(biāo)磚可節(jié)約黏土10~15m3，加入煤矸石、粉煤灰、爐渣等內(nèi)燃料燒結(jié)磚還能相應(yīng)減少能源消耗，節(jié)約燃料達50%以上。

2.5.4投資運行成本

燒結(jié)淤泥制磚在生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備上與燒結(jié)普通磚區(qū)別不大，可簡單改造燒結(jié)普通磚生產(chǎn)線生產(chǎn)，其他投資在50萬元內(nèi)。由于淤泥需要經(jīng)過較長時間晾曬風(fēng)干，因此制磚成本比燒結(jié)普通磚略高，即增加了原料成本。淤泥原料價格不同地區(qū)有所不同，大約在5~20元/m3。由于淤泥制磚在環(huán)保方面的特殊作用，部分地區(qū)政府對應(yīng)用該技術(shù)的企業(yè)進行資金補貼或優(yōu)惠。

3能源回收利用技術(shù)

3.1隧道窯余熱人工干燥技術(shù)

3.1.1技術(shù)介紹

磚瓦在生產(chǎn)過程中，由廢氣帶走和向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量，約占總熱量的1/3以上。隧道窯余熱人工干燥技術(shù)是利用隧道窯冷卻帶的余熱將空氣加熱，再通過管道輸送到干燥室，烘干干燥室內(nèi)的濕磚坯，強制性地脫去坯體中的水分。在隧道窯生產(chǎn)過程中利用余熱干燥磚坯，不但可以節(jié)約大量的干燥磚坯用煤，而且減少了自然干燥的坯場占用的大量土地，節(jié)約占地費、防雨具費、人工費等成本，保證產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量并縮短干燥周期，同時降低出窯溫度，改善了工人的勞動條件，近年來新建的隧道窯生產(chǎn)線都包括了人工干燥技術(shù)，提高了隧道窯的熱利用率，因此在推廣隧道窯的同時可以推廣人工干燥技術(shù)。

3.1.2技術(shù)適用條件

新建隧道窯或者早期隧道窯改造。

3.1.3節(jié)能減排效果

一個年總產(chǎn)量6000萬塊（折標(biāo)磚）的制磚企業(yè)由自然干燥改人工干燥，可節(jié)約約60畝土地。

3.1.4投資運行成本

一條年產(chǎn)6000萬塊標(biāo)磚的隧道窯人工干燥室，需投資100萬元左右，每年可減少土地補償費和其他費用30萬元以上，年運行成本在10萬元以內(nèi)。

3.2隧道窯余熱利用技術(shù)

3.2.1技術(shù)介紹

內(nèi)燃燒磚隧道窯的原料發(fā)熱量在滿足焙燒和人工干燥外，仍有一部分多余的熱量散發(fā)，隧道窯余熱采暖供熱技術(shù)將這部分熱量回收利用，通過余熱鍋爐等余熱利用設(shè)備將冷水加熱，供生產(chǎn)車間、辦公室、生活區(qū)冬季采暖及洗浴等，能夠?qū)崿F(xiàn)冬季取暖完全利用生產(chǎn)余熱而不需取暖用煤。生產(chǎn)過程不增加燃料消耗量，也不增加生產(chǎn)設(shè)備，只是冬季選用發(fā)熱量較高的內(nèi)燃料。目前新建的隧道窯基本都帶有余熱利用設(shè)備。

3.2.2技術(shù)適用條件

適用內(nèi)燃料的隧道窯，余熱供暖較適合北方地區(qū)冬季使用。

3.2.3節(jié)能減排效果

一條年產(chǎn)1.2億塊（折標(biāo)磚）的內(nèi)燃燒磚隧道窯冬季可滿足大約2萬m2的采暖面積，每年可節(jié)約取暖用燃煤約3000t，減少相應(yīng)的二氧化碳排放約6000t。

3.2.4投資運行成本

每臺余熱鍋爐投資成本約10萬元，年運行成本約1~2萬元，預(yù)期壽命15年，凈效益約20萬元/年。年產(chǎn)煤矸石磚1.1億塊的生產(chǎn)線的熱管余熱回收利用工程投資35.7萬元，每年節(jié)約資金27萬元。

3.3大隧道窯余熱發(fā)電技術(shù)

3.3.1技術(shù)介紹

余熱發(fā)電技術(shù)是利用生產(chǎn)過程中多余額熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。煤矸石制磚在煅燒過程中有大量的熱量，隨著排風(fēng)機而排除窯外，主要是煙氣余熱和產(chǎn)品冷卻余熱。據(jù)調(diào)查，燒結(jié)磚生產(chǎn)中的余熱總量約占其燃料消耗總量的30%~60%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的40%左右。這部分熱量目前除摻入部分冷風(fēng)降溫到125℃左右用來烘干磚坯外，基本上未得到有效利用，隧道窯高溫段煙氣溫度達400℃，熱風(fēng)平均溫度可達200℃左右，是很好的穩(wěn)定低溫?zé)嵩矗哂欣糜酂岚l(fā)電的潛力。大隧道窯余熱發(fā)電技術(shù)是利用大隧道窯制品的冷卻熱和200~500℃的中低溫?zé)煔夂陀酂嶙鳛闊嵩矗ㄟ^余熱鍋爐（熱交換器）回收煙氣等介質(zhì)中的熱量，并進行能量轉(zhuǎn)移，加熱給水產(chǎn)生過熱/飽和蒸汽，沖動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電，且余熱發(fā)電部影響正常爭產(chǎn)。據(jù)工業(yè)性試驗，通常余熱發(fā)電可達500~1500kW，基本上可滿足煤矸石磚廠用電。目前該技術(shù)在國內(nèi)已有實用，且仍在不斷完善。

3.3.2技術(shù)適用條件

適用于窯內(nèi)冷卻帶溫度較高的燒結(jié)煤矸石磚大隧道窯（年產(chǎn)6000萬塊標(biāo)磚以上）。

3.3.3節(jié)能減排效果

一條年產(chǎn)1.2億塊煤矸石燒結(jié)磚的生產(chǎn)線，采用隧道窯余熱發(fā)電，扣除廠用電后，每年可對外供電約666kWh，總發(fā)電量相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約3700t，即可減排二氧化碳約9200t。

3.3.4投資運行成本

2條一次碼燒內(nèi)寬為6.9m的大斷面隧道窯（共1.2億塊/年）上安裝兩臺3t/h次中溫中壓余熱鍋爐，配1臺1.5MW汽輪發(fā)電機組，總投資約1000萬元，年運行成本約180萬元，內(nèi)部收益率約30%。每年可為企業(yè)節(jié)約開支約430萬元，扣除運行成本，每年可增加企業(yè)利潤約250萬元。根據(jù)國家有關(guān)政策，余熱發(fā)電收益前三年免征企業(yè)所得稅。

4污染末端控制技術(shù)

4.1磚瓦濕法煙氣脫硫技術(shù)

4.1.1技術(shù)介紹

脫硫的過程中同時除去煙塵，即除塵脫硫一機多用或除塵脫硫一體化。在吸收塔前增設(shè)預(yù)洗滌塔，可使高溫?zé)煔獾玫嚼鋮s，通常可將120℃以上的高溫?zé)煔饫鋮s到80℃左右，并使煙氣增濕，有利于提高SO的吸收效率，同時起到了除塵作用，除塵效率通常為95%左右。推薦關(guān)注公眾號《磚瓦界》

4.1.2技術(shù)適用條件：適用含硫燃料或原料的燒結(jié)磚瓦生產(chǎn)線。燒結(jié)磚生產(chǎn)中SO排放的控制途徑主要是燃燒后脫硫即煙氣脫硫，目前濕法煙氣脫硫被認(rèn)為是最成熟、控制SO2最行之有效的途徑，平均脫硫率90%。石灰石/石膏濕法工藝是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)，該方法是以石灰石或石灰的漿液作脫硫劑，在吸收塔內(nèi)對SO煙氣噴淋洗滌，使煙氣中的SO與漿液中的CaSO反應(yīng)，CaSO都氧化為CaSO即脫硫副產(chǎn)品石膏。該工藝每吸收1tSO就能副產(chǎn)脫硫石膏2.7t。采用石灰石/石膏法的煙氣脫硫工藝包括煙氣系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、脫硫劑漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理下系統(tǒng)，系統(tǒng)完善且相對復(fù)雜，一次性投資相對較高。其中吸收塔脫硫系統(tǒng)和脫硫劑漿液制備系統(tǒng)式脫硫必不可少的，而煙氣換熱系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)可根據(jù)具體情況減化或取消。磚瓦生產(chǎn)窯爐排放的煙氣一般都含有一定量的煙塵，在吸收SO之間可進行煙氣的預(yù)處理，可專門設(shè)置高效除塵器，如電除塵器和濕坯除塵器等，除去煙塵，或在凈化SO。

4.1.3節(jié)能減排效果

脫硫率和除塵率都能達到90%以上，凈化后的煙氣中SO2濃度在700mg/m3以下，顆粒物濃度在100mg/m3以下，完全達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.4投資運行成本

一套磚瓦濕法煙氣脫硫設(shè)備投資成本約200萬元，根據(jù)煙氣含硫量的不同，年運行成本在50~100萬元。

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