水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)研究

周睿

摘要：隨著水泥行業(yè)的不斷發(fā)展，水泥余熱發(fā)電技術(shù)也在不斷成熟，而新干法水泥熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電技術(shù)在水泥行業(yè)中的應(yīng)用力度在不斷增加。但是，如何避免二次風(fēng)、三次風(fēng)、以及生產(chǎn)其他用風(fēng)對(duì)窯頭取熱技術(shù)的影響，是當(dāng)前重點(diǎn)研究和解決的問(wèn)題之一。對(duì)此，本文對(duì)水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)進(jìn)行了研究分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水泥余熱發(fā)電;窯頭取熱技術(shù)

引言

我國(guó)是水泥生產(chǎn)和利用大戶(hù)，在每年的水泥生產(chǎn)中，需要消耗大量的能源。然而，在水泥生產(chǎn)線當(dāng)中，水泥窯中產(chǎn)生的廢棄熱量不能被有效的利用，導(dǎo)致水泥熟料產(chǎn)生的三分之一熱量被浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了水泥行業(yè)的發(fā)展和相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，相關(guān)企業(yè)人員要對(duì)水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)進(jìn)行研究，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益能夠最大化，促進(jìn)我國(guó)水泥行業(yè)技術(shù)水平的提高。

一、窯頭余熱分布和利用情況分析

在水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)當(dāng)中，篦冷機(jī)是其中最重要的熱量回收設(shè)備。篦冷機(jī)，顧名思義是水泥熟料冷卻設(shè)備，其冷卻風(fēng)從下由上吹入，對(duì)水泥的高溫熟料進(jìn)行冷卻，并對(duì)其并對(duì)其產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收。篦冷機(jī)對(duì)回收的熱量主要利用二次風(fēng)、三次風(fēng)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生余熱，其中，二次風(fēng)可以對(duì)窯內(nèi)煤粉燃燒起到助燃的作用，三次風(fēng)在助燃的基礎(chǔ)上，還具有分解爐內(nèi)煤粉燃燒的作用，設(shè)備還利用部分熱風(fēng)進(jìn)行水泥余熱發(fā)電和物料烘干等。相關(guān)工作人員在充分了解窯頭余熱分布情況后，才能夠?qū)ζ淙峒夹g(shù)進(jìn)行有效的研究以及合理應(yīng)用，有效提高我國(guó)水泥熟料能源的利用率，不僅能夠有效提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)水泥行業(yè)的進(jìn)步，還可以增加我國(guó)能源獲取途徑，從而加強(qiáng)資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)。

窯頭取熱技術(shù)對(duì)余熱的利用，主要是在篦冷機(jī)內(nèi)。首先，要根據(jù)廢氣溫度的不同對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，篦冷機(jī)中的每個(gè)風(fēng)口對(duì)應(yīng)的溫度不同。二次風(fēng)的進(jìn)入溫度大概在1100℃左右，主要在回轉(zhuǎn)窯對(duì)其中的燃料起阻燃作用，而三次風(fēng)的溫度要在1000℃左右，其助燃作用發(fā)揮在分解爐內(nèi)，加快燃料燃燒的分解效率，而對(duì)于溫度較低的熱風(fēng)，如溫度在450℃左右的中熱風(fēng)，其主要在窯頭爐中使水泥余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)揮其發(fā)電作用，提高水泥熟料的能源利用率，而小于100℃的低溫?zé)犸L(fēng)，其對(duì)熱力能源循環(huán)系統(tǒng)的作用較小，一般會(huì)經(jīng)過(guò)凈化處理后排放在大氣當(dāng)中。其余熱的利用情況會(huì)根據(jù)水泥企業(yè)的生產(chǎn)方式、空氣控制技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)狀等因素產(chǎn)生一些差距，對(duì)此，相關(guān)工作人員的綜合素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)能力，要達(dá)到水泥余熱發(fā)電技術(shù)的要求，保證窯頭取熱技術(shù)的應(yīng)用效率，提高水泥企業(yè)中水泥熟料的利用率。

二、窯頭余熱爐廢氣和熱風(fēng)分析

在窯頭取熱技術(shù)當(dāng)中，取熱的一般對(duì)象是低溫廢氣。窯頭余熱爐的排氣溫度一般設(shè)置在130℃上下，而在廢氣與熱風(fēng)混合后，廢氣溫度會(huì)下降到小于100℃，再經(jīng)過(guò)相關(guān)的凈化設(shè)備排放到空氣中。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查結(jié)果顯示，進(jìn)口溫度在350℃左右、80000m3/h的進(jìn)口廢氣量，在排放時(shí)的溫度大概在100℃左右，其含有水泥熟料的粉塵含量為30g/m3，此排放廢棄量大概占水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)的總量的15%～25%，并且其雜質(zhì)含量較低，由此得出，水泥余熱發(fā)電的前景十分廣闊。

現(xiàn)階段，各大水泥企業(yè)也在逐步開(kāi)展相關(guān)研究提高廢棄的利用率，主要從熱風(fēng)風(fēng)口位置、風(fēng)量等方面，從取風(fēng)技術(shù)方面來(lái)提高窯頭取熱技術(shù)水平。在對(duì)于用風(fēng)窗口位置不同方面進(jìn)行研究時(shí)，通過(guò)用風(fēng)位置與窯頭的距離來(lái)計(jì)算溫度的變化。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查結(jié)果，用風(fēng)窗口的位置對(duì)熱風(fēng)溫度的影響比較小，相關(guān)工作人員在對(duì)水泥余熱發(fā)電技術(shù)和窯頭取熱技術(shù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可以減少此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)投入精力，對(duì)技術(shù)當(dāng)中的重難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究，從而提高取熱的效率以及能源利用率。相關(guān)技術(shù)人員還要對(duì)風(fēng)量進(jìn)行研究，通過(guò)降低出風(fēng)口的壓力，觀察其對(duì)風(fēng)溫和負(fù)壓的影響，為水泥余熱發(fā)電技術(shù)和窯頭取熱技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供有效參考，進(jìn)而提高水泥行業(yè)的能源利用效率，并緩解企業(yè)面臨的用電壓力問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)水泥行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

三、水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)的廢氣利用分析

隨著水泥行業(yè)的快速發(fā)展，水泥熟料熱量能源的回收利用得到了廣泛的關(guān)注，其熱力循環(huán)系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化調(diào)整。而水泥余熱發(fā)電技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，其最主要的環(huán)節(jié)是窯頭取熱技術(shù)的應(yīng)用。窯頭的技術(shù)水平的高低，決定了窯頭余熱爐低溫廢棄的利用效率。對(duì)此，相關(guān)工作人員要對(duì)水泥余熱發(fā)電的窯頭取熱技術(shù)的低溫廢氣利用進(jìn)行分析，有效提高廢棄的利用效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在窯頭取熱技術(shù)當(dāng)中，純低溫余熱發(fā)電的應(yīng)用存在著較大的爭(zhēng)議，其主要是對(duì)100℃左右的低溫廢氣進(jìn)行利用。而一般水泥生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，100℃左右的廢氣應(yīng)該是經(jīng)過(guò)凈化后排進(jìn)大氣的無(wú)用氣體，但是其在理論上具有低沸點(diǎn)質(zhì)換熱的發(fā)電方案。從我國(guó)目前的技術(shù)水平來(lái)看，無(wú)法達(dá)到換熱工程的條件，因此，此項(xiàng)技術(shù)的利用情況較少，其經(jīng)濟(jì)和實(shí)用性還有待商討，并且其技術(shù)發(fā)展還不成熟，許多企業(yè)還在對(duì)其進(jìn)行研究和分析，尤其是在對(duì)其進(jìn)行取熱時(shí)，如何使高溫氣體及時(shí)冷卻到對(duì)應(yīng)溫度等問(wèn)題還有待解決。部分企業(yè)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和研究后，對(duì)引風(fēng)機(jī)出口進(jìn)行了革新，一部分連接進(jìn)風(fēng)口，一部分連接排煙道，并分別設(shè)置閥門(mén)，對(duì)風(fēng)量的大小進(jìn)行掌控，從而改變風(fēng)溫和負(fù)壓，使低溫廢氣的利用率得到有效提高。但是，此技術(shù)研究并不成熟，推廣力度和應(yīng)用范圍較小。

廢氣余熱循環(huán)利用技術(shù)在水泥熱發(fā)電中的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較有廣泛，在取熱過(guò)程中，是將窯頭爐和篦冷機(jī)所排放的低溫廢氣利用引風(fēng)機(jī)吸回篦冷機(jī)的中溫區(qū)域，再利用相關(guān)的加熱技術(shù)或氣體混合方式提高中溫區(qū)域的溫度，從而有效增加窯頭爐內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生量。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，廢氣余熱循環(huán)利用技術(shù)夠有效增加取熱溫度，并使冷卻機(jī)內(nèi)熟料的溫度保持在要求范圍內(nèi)，不僅能夠保證窯頭取熱的溫度，還能夠提高蒸汽的產(chǎn)生量為水泥余熱發(fā)電提供有力保障。但是此技術(shù)還存在著部分缺陷，當(dāng)前水泥行業(yè)中缺乏對(duì)其利用效率的研究和分析，無(wú)法對(duì)其缺陷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

再以上兩種技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，水泥行業(yè)在生產(chǎn)中提出了以補(bǔ)燃鍋利用水泥余熱進(jìn)行發(fā)電或熱電聯(lián)合供能的方式。在取熱環(huán)節(jié)中，主要是對(duì)窯頭爐和窯尾爐的低溫廢氣進(jìn)行收集，在熱風(fēng)經(jīng)過(guò)篦冷機(jī)出口后，與低溫廢棄混合共同吸入窯頭爐和窯尾爐當(dāng)中，補(bǔ)燃鍋以循環(huán)流化床鍋爐作為設(shè)備，是窯爐產(chǎn)生的中壓飽和補(bǔ)充蒸汽整體進(jìn)入補(bǔ)燃鍋中，從而產(chǎn)生大量的熱蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，或者形成熱電聯(lián)供模式。在窯頭、篦冷機(jī)和補(bǔ)燃鍋爐進(jìn)行取熱時(shí)，相關(guān)工作人員要注意三者的連接點(diǎn)以及熱風(fēng)和廢棄的進(jìn)入位置以及融合情況，保證其溫度在要求范圍之間，從而促進(jìn)水泥余熱發(fā)電技術(shù)水平的提高。以補(bǔ)燃鍋進(jìn)行發(fā)電或熱電聯(lián)供的方案具有水泥熟料利用率高、能源以及熱量循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，但是其所用的燃料比較劣質(zhì)，氣體排放的要求與環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)理念相悖，對(duì)此，相關(guān)技術(shù)人員還要對(duì)此方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，再提高能源利用效率的同時(shí)，避免對(duì)環(huán)境造成污染和破壞。

四、結(jié)論

總之，水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)的研究，不僅能夠保證熱風(fēng)以及廢棄余熱溫度，還能夠有效提高廢氣的利用效率，為企業(yè)的生產(chǎn)和生活提供電力資源，降低企業(yè)的投入成本，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]許潤(rùn)成.基于FLUENT軟件對(duì)水泥余熱發(fā)電窯頭取風(fēng)口位置的研究[J].水泥工程，2017，（4）：21-22.

[2]張凱，賀慧寧.水泥余熱發(fā)電窯頭取熱技術(shù)研究及工程應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù)，2008：18-20+55.

[3]劉永明.水泥窯頭AQC余熱鍋爐低溫廢氣的利用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2020：29-30.