梭式窑烟气处理及余热综合利用

史成龙 王佑宝 刘建凯 冯嘉 刘岩 肖进勇 杨怀林 孙华云

1）山东耐材集团鲁耐窑业有限公司 山东淄博255200

2）山东工业职业学院 山东淄博255200

梭式窑属于间歇式运行窑炉，在运行过程中，随窑内温度升高，其烟气量、烟气温度、污染物含量等指标不断变化，为烟气处理至达标排放带来一系列难题。采用氧化法脱硝，双碱法脱硫，动态液膜除尘的烟气处理工艺，通过运行发现该处理工艺存在运维成本高，排放指标控制难，设备故障率高，反应塔易腐蚀，管路结晶堵塞严重，污水处理困难，有白烟排放等问题［1-3］。因此，需寻求另一种烟气处理工艺。

经调研发现，除湿法处理方案外，其他方案要求进入处理系统的烟气温度为250～300℃。梭式窑制品的烧成温度为1 350～1 750℃，而烟道出口温度为600～850℃。大部分梭式窑采用窑底烟道模式，窑底烟道虽带走一部分热量，但烟气进入处理系统前的实测温度约610℃。为符合烟气处理系统的温度要求，必须降低烟气温度。

为满足窑炉高效率运行，需减少梭式窑降温时间。通常情况下，使用风机将冷风鼓入窑炉，加快降温过程。但利用风机抽出的多余热风直接排放会造成热能浪费。

1 梭式窑烟气处理工艺和余热综合利用选取方案

1.1 优化升级烟气处理工艺

隧道窑烟气处理工艺中氧化、湿法处理工艺存在众多弊端，现已完成烟气处理工艺的升级和改造，实际运行后脱硫、脱硝的效果优异，运维成本低，所以，拟在梭式窑上应用。该烟气处理工艺：1）采用高温碳酸氢钠干法脱硫，使用小苏打作为脱硫剂，在220～300℃时，与烟气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸钠粉末，以达到脱硫的目的［4-5］。2）布袋式去除烟气粉尘，清灰效果好，除尘效率＞99.9%。3）低温SCR工艺脱硝，该方法使用钒钛催化剂，以氨水作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O［6］。

1.2 降低烟气温度

为满足梭式窑烟气处理系统入口的温度要求（≤260℃），必须对烟气温度进行降温。当前采用水冷模式，即水箱式降温，利用热烟气加热冷水的模式降低烟气温度。根据烟气流量，选择合适的降温器，实现系统化运行。降温时，烟气的流速较高，为了使烟气温度满足处理系统的要求，可以在系统中增加一套降温水塔。

1.3 窑炉并联改进

在单条梭式窑的实际运行中，窑内温度在200～1 000℃时，含硫化合物与氧气发生反应，烟气中SO2的含量逐渐达到峰值。烟气温度＜220℃时，因温度较低，脱硫工艺无法正常运行。经多次调整发现：低温状态下，在脱硫塔中添加石灰粉可以解决此问题［7］。对于燃气型窑炉来说，NOx通常以温度型NOx为主，温度型NOx是由于助燃空气中的N2与燃气混合不均，在局部因高温氧化生成，其形成主要与温度、氧含量以及烟气在高温区停留时间有关；特别在高于1 400℃时，极容易形成温度型NOx，使NOx的含量升高［8］。窑温到达1 500℃后，NOx的折算浓度迅速增大，在人为干预下，其折算浓度才不再上升。

通过查看单条梭式窑污染物的排放数据，发现达到SO2和NOx的排放浓度峰值的时间不同。结合实际生产，设计出3条梭式窑并联运行，共用一套烟气处理系统的模式。单条梭式窑的升温阶段为26 h，保温阶段为8 h，降温阶段为62 h，自点火开始至降温结束，需要96 h。为保证环保指标达标的同时实现降温时抽出的热空气温度的趋稳，选择在1＃梭式窑点火后的第32 h，将2＃梭式窑点火；2＃梭式窑点火后的第32 h，将3＃梭式窑点火；当到达第96 h，1＃梭式窑降温结束，然后又被重新点火升温。这样3条梭式窑完成循环，实现连续运行。该方法既降低环保成本，又提高了产量，还可满足烟气处理至达标排放。

1.4 窑炉余热利用

对于降温过程中热风的利用，在所有并联窑炉排烟口汇入主管道前各自安装调节阀门，在调节阀门前另增加余热排放管道，且在余热排放管道上配置可关闭的调节阀门。当一条窑炉完成制品的烧成后，可以将排烟主管道调节阀门关闭，实现此窑炉与烟气处理系统断开；同时将余热管路调节阀门打开，将降温过程中抽出的多余热风送去干燥洞用于干燥制品。

2 梭式窑烟气处理改进后的应用效果

2.1 实现烟气环保超低排放

采用高温碳酸氢钠干法脱硫，布袋除尘，低温SCR脱硝方案符合梭式窑烟气处理要求。在并联式梭式窑的运行过程中，烟气环保处理后污染物含量满足《山东省区域性大气污染物综合排放标准》第四时段标准规定。

2.2 缩短窑炉运行时间

单条梭式窑自点火开始至降温结束需要96 h。采用并联式梭式窑运行后，自1＃梭式窑点火至3＃梭式窑降温结束，共需要160 h，每条窑炉平均花费53 h，提高了窑炉的运行效率，增加了企业的利润。另外，并联式梭式窑模式实现了降温时抽出热空气温度的趋稳化，抽出的热空气被源源不断地送入干燥洞对半成品进行干燥。

2.3 综合利用窑炉余热

高温烟气与冷水发生热交换，降低了烟气温度，满足了系统的要求。冬季，加热后的水用于取暖和洗澡；夏季，加热后的水用于洗澡。降温时，打开余热管路调节阀门，将降温过程中抽出的多余热风用于干燥制品。

2.4 实现烟气处理系统的智能化

梭式窑在烧成制品的全过程中均采用自动化控制。利用485通讯模块与烟气排放污染物在线监测系统相连，及时将烟气污染物排放指标反馈到控制室。同时，烟气处理系统采用DCS自动控制，有效提高了烟气处理系统整体的适应性与稳定性。测控仪表自动检测烟气压力与温度，烟气温度高于系统所需温度时，系统自动进行烟气走向调整，保护高温除尘布袋，使低温SCR催化剂不受破坏。整个烟气处理系统实现自动添加小苏打、喷氨水，实现烟气处理控制精准化［9-10］。DCS控制、PID智能仪表、485通讯模块等的应用大大提升了系统的自动化水平，保障了烟气处理系统最优化运行。另外，在烟气处理系统的关键位置增加连锁控制，可以自动切断天然气输送，改变烟气走向等，保障了系统运行的安全。

3 结语

3条梭式窑并联运行的新模式节约了环保成本，提高了窑炉的运行效率，同时为干燥洞持续送去热空气，对半成品进行干燥；烟气余热的二次回收以及热空气的回收利用，满足了生活和生产所需，避免了不必要的浪费；DCS控制、PID智能仪表、485通讯模块等的应用大大提升了烟气处理系统的智能化水平。

然而，经运行后发现，目前水冷散热存在夏季时余热利用率低的问题。为进一步探索梭式窑烟气的余热利用，可将水冷散热器换为风冷换热器，加热冷空气，为其他梭式窑提供点火阶段的助燃风，降低燃耗，节约成本；或者将加热后的热空气送去干燥洞对砖坯进行干燥。