关于煤气发生炉废弃热能再利用的研究

摘 要:概述了岫岩轻烧镁行业概况,煤气发生炉的基本原理及治理效果,介绍了煤气发生炉余热利用的可行性、余热来源、利用原理和用途;介绍了余热利用的工艺流程、主要建筑物及主要设备,重点介绍了煤气发生炉余热利用的应用效果,并在岫岩第一镁砂矿试验取得了明显成功,因该项目实现了资源被再利用,节约了大量的煤炭和水资源,所以经济效益、环境效益和社会效益十分显著。

关键词:轻烧镁窑 能源再利用 原理 工艺 资源再利用 效益显著 循环经济

中图分类号:F206文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0076-02

1 岫岩轻烧镁行业概况

1.1 镁行业在岫岩经济发展中所处的位置

岫岩地处辽宁东部山区,境内蕴藏着丰富的矿产资源,已探明的矿产资源有40多种,其中岫岩玉石、菱镁矿石享誉世界。岫岩菱镁矿石以储量多、质量好著称,其品位均达46%以上,居全国之冠,在世界上仅次于土耳其,列第二位,有“菱镁之乡”的美誉。菱镁产业是岫岩的支柱产业,行业拥有固定资产10亿多元,2008年实现产值6亿元,实现销售收入6.8亿元,实现利税16200万元,合全县财政收入40%,出口创汇900万美元,全县从事菱镁产业生产经营者1.5万多人,在菱镁行业中以轻烧镁行业为主,目前,全县共有轻烧镁窑465座,这些轻烧镁窑促进了岫岩经济的迅猛发展,但它所排放的烟尘等污染物,不仅恶化大气环境质量,危害人民身体健康,而且对耕地、山地、蔬菜等农作物都有严重污染。多年来,岫岩环保局多次考察和调研,积极探索可行的治理途径,终于探索出最佳方案——应用煤气发生炉改造轻烧镁窑,采用此技术对全县的镁砂窑炉进行了全面治理,治理后环境效益显著,改写了岫岩重污染区浓烟滚滚、遮天蔽日的历史。治理后经济效益也十分明显,每座窑治理后可获纯利润6.75万元。

1.2 煤气发生炉的基本原理

固体燃料气化是指用气化剂对固体燃料进行热加工的过程,简称造气。应用煤气发生炉改造轻烧镁窑的工作原理就是将煤气发生炉中的煤进行气化,使之产生由CO、H2、CH4等气体组成的水煤气,然后将水煤气送入轻烧镁窑中进行二次燃烧,从而将菱镁矿煅烧成轻烧镁粉。煤在隔绝空气的条件下,在煤气发生炉中进行一系列的物理、化学反应,而产生煤气。该工艺的关键在于用煤气发生炉生产的煤气煅烧菱镁矿石,避免了煤炭燃烧不完全而产生的CO、CO2、水蒸汽等携带炭黑和氧化镁粉尘排出,从而可以保证实现达标排放。

煤气发生炉运行两年以后,经过不断地探索、测试、试验,发现煤气发生炉不仅仅能治理轻烧镁窑,它的余热还可以被再利用,余热量较大,而且投资少,见效快,经济效益、环境效益十分显著,这对推行清洁生产、发展循环经济将会起到十分重要的作用。

2 煤气发生炉废余热能利用

2.1 能源再利用原理

用于轻烧镁窑治理的煤气发生炉是选用全水套结构的煤气发生炉,因而第一部分热源是夹套冷却水,温度升高至近80℃,流量30m3/h,以前这些热水绝大部分被排放掉,浪费了大量的水资源和余热;第二部分热源是本炉自身产生0.07MPa的水蒸汽,自身汽化后尚有剩余蒸汽约0.1t/h。

2.2 能源再利用

煤气发生炉产生的余热蒸汽可用于食堂蒸煮,余热水可用于厂内办公楼、宿舍、餐厅、车库等采暖。

2.3 能源再利用工艺流程

采暖期:由于煤气发生炉是以水和气为先决条件,因此在烧结过程中能产生大量的气体,在完成镁矿石煅烧的同时,尚月大量多余的气体,把这些以前全部排放掉的多余气体收集在集气罐内,用排气管道与集气罐连接,在集气罐难以容纳时它就通过排气管道输送到了换热器中,经煤气发生炉夹套升温后的冷却水进入换热器,被剩余蒸汽进一步加热升温后为全厂采暖设备供热,用余热供暖完全可以达到取暖要求,有时还会有剩余,所以在管道的初段安一个循环泵,用这个泵来控制气体流量,以调节室内所需的温度;经采暖设备散热降温后的水送回煤气发生炉供夹套冷却用,形成冷却与供暖水循环;由煤气发生炉集汽罐出来的剩余蒸汽经换热器后去食堂供蒸煮用,可在食堂灶间安控制阀,饭好后关掉控制阀,这样既节能降耗,减轻污染,又使食堂环境清洁卫生。

非采暖期:煤气发生炉夹套冷却水不进换热站(器),进入循环凉水池降温后循环使用。

具体详见余热利用工艺流程图。

2.4 能源再利用工程主要建筑物及设备

2.4.1主要建筑物

换热站房90m2,砖混结构。

凉水池有效容积360m2,钢砼结构。

2.4.2主要设备

此技术需要的主要设备有换热器、循环水泵和集气罐。

主要设备详见表1。

煤气发生炉的余热利用工程工艺较简单,投资较少,每座窑仅需投资1.6万元。

3 煤气发生炉能源再利用的应用效果

煤气发生炉中被无端浪费的余热,在岫岩县第一镁砂矿(现更名为岫岩满族自治县益镁有限责任公司)首先试验成功,该矿共有13座轻烧镁窑,全部进行了试验,经过两年多的应用实践,取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。

3.1 经济效益十分显著,

每座窑每年可节约煤炭20t,每座窑每年节水1万吨,全县共有轻烧镁窑465座,每年可节约煤9300吨,按每吨煤1000元计算,年可创效益930万元,每年可节约水465万吨,每吨水按0.2元计算,年可创效益93万元;全省共有轻烧镁窑1500座,每年可节煤30000t,共可创经济效益3000万元,每年共可节水1500万t,可创效益300万元,经济效益十分可观,而且对岫岩乃至辽宁省发展循环经济,推行清洁生产具有十分重要的意义。

3.2 环境效益十分明显

目前,岫岩的轻烧镁企业冬季全部采用原煤散烧方式供暖,既浪费了煤炭资源,又产生了环境污染,因此,煤气发生炉的余热利用技术,可以供暖、洗浴、蒸煮等,环境效益十显著,由此每座窑每年可减少废渣排放6t,烟尘排放1.2t,SO2排放0.258t,全县共有轻烧镁窑465座,每年共可减少废渣排放2790t,减少烟尘排放558t,减少SO2排放119.97t,全省共有1500座轻烧镁窑,每年可减少废渣排放9000t,减少烟尘排放1800t,减少SO2排放387t。

3.3 社会效益突出

轻烧镁窑排放的大量污染物严重地污染大气、耕地、山林,尤其是对耕地造成严重破坏,群众怨声载道,上访不断,造成了社会的不稳定,通过煤气发生炉改造轻烧镁窑及余热利用,使企业达排放,节约资源,保护了环境,改善了厂区周围的大气环境质量,从而使周围群众生活在清洁的居住环境中,社会稳定,同时在企业内部,很好地改善了工人的操作环境,从而使工人身心健康。

4 结论

煤气发生炉的能源再利用是节能降耗、发展循环经济的最佳选择,即用较小的投资就可获得最佳的经济、环境和社会效益。采用此技术,环境效益十分显著,岫岩每年将可减少废渣排放2790t,减少烟尘排放558t,减少SO2排放119.97t;由于此技术采用中水回用及能源再利用,节约了大量的原料煤和水,仅节煤年可创效益930万元,仅节水年可创效益93万元。这一研究成果,在当前资源紧缺、倡导资源再利用、节能减排的新形势下,这将是辽宁乃至国内同行业的最佳选择,具有十分必要的推广价值。同时,将会对我县乃至我省实施可持续发展战略、倡行低碳经济、节能减排起到十分重要的推进作用。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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