水泥窯旁路放風(fēng)余熱資源利用的探討

李國強，朱彥坤

1 前言

眾所周知，在水泥生產(chǎn)過程中使用一些含鉀、鈉、氯、硫等揮發(fā)性物質(zhì)的原料、燃料會給水泥生產(chǎn)線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)重影響。而目前國內(nèi)外解決這一問題最有效的措施是采取旁路放風(fēng)技術(shù)，即在窯尾和預(yù)熱器之間增設(shè)旁路放風(fēng)裝置，從而減少揮發(fā)性組分的循環(huán)和富集。旁路放風(fēng)的廢氣經(jīng)過快速冷卻、除塵后直接排放到空氣中，而未予以利用，浪費了這部分余熱資源。

目前，水泥窯預(yù)熱器和篦冷機這兩處的余熱資源利用技術(shù)已經(jīng)得到大范圍推廣，而對水泥窯旁路放風(fēng)這部分余熱資源的利用還未開展。隨著帶有旁路放風(fēng)的水泥窯在國內(nèi)的出現(xiàn)，如何快速、合理、有效地利用旁路放風(fēng)這部分余熱資源隨之?dāng)[在了廣大工程技術(shù)人員面前，因而開展旁路放風(fēng)余熱資源利用的研究具有非常重要的意義。

2 旁路放風(fēng)余熱資源的特點

目前，國內(nèi)外旁路放風(fēng)系統(tǒng)傳統(tǒng)工藝流程主要有四種形式：

（1）帶旋風(fēng)收塵器及旁路氣體返回主氣流的旁路系統(tǒng)。這種系統(tǒng)比較簡單，但只有在生料中揮發(fā)性有害成分含量不高時才會采用。

（2）帶旋風(fēng)收塵器及單獨用于旁路氣體電收塵器的旁路放風(fēng)系統(tǒng)。

（3）直接由布袋收塵器收塵的旁路放風(fēng)系統(tǒng)。

（4）直接由電收塵器收塵的旁路放風(fēng)系統(tǒng)。

當(dāng)揮發(fā)性有害成分含量較高，采用第一種旁路放風(fēng)形式不能滿足水泥質(zhì)量要求的時候，應(yīng)采用后三種旁路放風(fēng)形式。由于水泥窯窯尾煙室溫度一般在850℃～1100℃，相應(yīng)地旁路放風(fēng)的廢氣溫度也較高，為了將廢氣中揮發(fā)性組分全部冷凝為固態(tài)，需要對旁路放風(fēng)廢氣進行驟冷，使其溫度降至350℃～450℃，經(jīng)冷卻除塵后排放到環(huán)境中，從而造成了旁路放風(fēng)廢氣這部分余熱資源的浪費。

旁路放風(fēng)方式主要有兩種：一種為國內(nèi)資料介紹較多的間歇放風(fēng)方式，理由是在相同放風(fēng)量的條件下，間歇放風(fēng)比連續(xù)放風(fēng)能夠排除更多的揮發(fā)成分[1]。但此種方式應(yīng)視有害成分含量的高低及窯系統(tǒng)的運行情況而定。另外一種為連續(xù)性放風(fēng)，此方式在國內(nèi)某水泥廠已經(jīng)安全、穩(wěn)定運行，且實際效果比較理想。旁路放風(fēng)廢氣的相對穩(wěn)定（溫度、流量）為我們利用這部分余熱資源創(chuàng)造了條件，因此針對旁路放風(fēng)工藝筆者提出了新的思路，即第五種旁路放風(fēng)工藝——通過水泥窯窯尾余熱鍋爐（SP爐）將這部分余熱資源利用后再排放，其工藝流程如圖1所示。

3 旁路放風(fēng)余熱資源的利用

有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)旁路放風(fēng)比例為5.26%時，單位熟料旁路放風(fēng)量為0.0217m3（標(biāo)）/h[2]。據(jù)了解，國內(nèi)某水泥廠旁路放風(fēng)采用10%的連續(xù)放風(fēng)方式，運行效果相當(dāng)明顯，該放風(fēng)系統(tǒng)實際單位熟料旁路放風(fēng)量為0.0430m3（標(biāo)）/h，與理論計算值0.0413m3（標(biāo)）/h 之間的誤差僅為4.16%。若能通過SP 爐利用這部分余熱資源，一方面可解決水泥原料、燃料中鉀、鈉、氯、硫揮發(fā)性物質(zhì)給水泥生產(chǎn)帶來的危害，另一方面可增加余熱電站的發(fā)電量，從而降低水泥生產(chǎn)的成本，提高整個水泥廠能源的綜合利用效率。但由于旁路放風(fēng)出旋風(fēng)收塵器的粉塵又回到生料系統(tǒng)，故其放風(fēng)效率會受到一定的影響。

現(xiàn)以2500t/d 新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電項目為例進行計算比較。計算過程如下：

初始條件：水泥生產(chǎn)線實際產(chǎn)量2750t/d；采用窯頭雙壓、窯尾單壓模式；鍋爐主蒸汽參數(shù)為1.7MPa/350℃、1.7MPa/310℃；低壓蒸汽參數(shù)為0.45MPa/190℃；給水溫度40℃；窯頭鍋爐（AQC爐）進口煙氣參數(shù)：流量105000m3（標(biāo)）/h；溫度380℃；旁路放風(fēng)采用10%的連續(xù)放風(fēng)形式。

（1）對于傳統(tǒng)水泥窯余熱發(fā)電項目SP 爐初始參數(shù)如下：SP 鍋爐進口煙氣參數(shù)：流量180000m3（標(biāo)）/h，溫度330℃。

圖1 旁路放風(fēng)余熱利用工藝流程

表1 帶有旁路放風(fēng)的水泥窯余熱發(fā)電項目與傳統(tǒng)水泥窯余熱發(fā)電項目參數(shù)的比較

（2）帶有旁路放風(fēng)的水泥窯余熱發(fā)電項目SP 爐初始參數(shù)如下：旁路放風(fēng)廢氣參數(shù)為：溫度1000℃，流量4732m3（標(biāo)）/h（注：2750×1000/24×0.0413=4732m3（標(biāo)）/h）。

經(jīng)過快速冷卻室冷卻后，廢氣參數(shù)為：流量15232m3（標(biāo)）/h，溫度350℃。

冷卻后的廢氣與預(yù)熱器出口廢氣混合后進入SP 爐的廢氣參數(shù)為：流量195232m3（標(biāo)）/h，溫度331.5℃。

（3）計算結(jié)果

經(jīng)過理論計算，帶有旁路放風(fēng)的余熱發(fā)電項目與傳統(tǒng)余熱發(fā)電項目相比，參數(shù)有所變化，具體參數(shù)如表1所示。

從理論計算結(jié)果對比來看，將旁路放風(fēng)余熱資源利用起來的實際效果為：SP 爐蒸汽量增加1.36t/h，發(fā)電量增加232kWh，SP爐和AQC 爐總重量僅增加7t。在實際工程中，SP爐和AQC爐一般預(yù)留10%的余量，因此旁路放風(fēng)余熱資源的利用，對鍋爐整體結(jié)構(gòu)不會有任何影響，其經(jīng)濟效益明顯。但由于旁路放風(fēng)會增加水泥熟料燒成系統(tǒng)的熱耗和電耗，建議該方案僅限于因有害組分含量較高而不得不采用旁路放風(fēng)的項目中使用。

4 結(jié)語

隨著水泥窯旁路放風(fēng)技術(shù)在國內(nèi)的逐步應(yīng)用，旁路放風(fēng)余熱資源的合理利用成為一個新的亮點。本文所提出的旁路放風(fēng)余熱資源利用技術(shù)一方面可解決水泥生產(chǎn)原料、燃料中硫、堿和氯含量較高帶來的一系列問題，給傳統(tǒng)的旁路放風(fēng)工藝提供一種余熱利用的新思路；另一方面可充分利用水泥窯余熱資源，提高SP 爐的產(chǎn)汽量，進一步提高余熱電站的發(fā)電量，降低水泥生產(chǎn)成本。

[1]彭學(xué)平,胡芝娟.水泥窯旁路放風(fēng)的設(shè)置及其效果[J].水泥技術(shù),2001,(6)：10.

[2]萬暢達(dá),胡楊飛,夏俊雅,章誠.旁路放風(fēng)風(fēng)量的測試計算和理論計算[J].水泥,2011,(8)：18～22.