回收水泥回转窑筒体辐射热产蒸汽发电工艺和装置及其经济性研究

回收水泥回转窑筒体辐射热产蒸汽发电工艺和装置及其经济性研究

李磊位海峰李涛

中信重工机械股份有限公司河南洛阳471039

摘要：为了高效回收回转窑筒体辐射热，提高提高水泥工业能效，设计了一套回收回转窑筒体辐射热产蒸汽发电工艺和装置。对某5000tpd水泥厂回收筒体辐射热产蒸汽发电经济效益进行了分析比较，约一年时间可以回收增加的投资成本，经济效益明显

关键词：筒体辐射热；工艺；装置；经济效益

引言

中国是全球最大的水泥生产国和消费国，2010年中国水泥产量约占全球水泥总产量的57%[1]。水泥工业在过去10几年里发展迅速，水泥产量从2000年的5.93亿t增长到2017年的23.2亿t。2009年中国水泥制造业能源消耗为1.55亿t标煤，占工业部门最终能源消耗的10.1%[2]。

相较于大部分发达国家，我国水泥生产的能源消耗依平均高35%左右[3]，节能还有很大潜力。大型干法水泥生产线中，由于水泥煅烧技术和生产工艺流程的限制，350℃以下中、低温废气余热占水泥熟料烧成系统总热耗量30％。水泥回转窑筒体表面温度在250~350℃，高效回收利用中低温废气余热和回转窑筒体辐射热是提高水泥工业能效的有效途径。

现阶段国内回转窑筒体辐射热回收方式主要是产热水供厂区洗浴，和加热余热发电系统锅炉给水。供厂区洗浴受季节影响，夏季生产的热水无法消耗掉。吸收筒体辐射热预热锅炉给水，锅炉排烟温度也会相应提高，影响余热锅炉热效率，对整个余热发电系统的发电量没有提升。

余热锅炉公共省煤器出口给水降压后引入换热面吸收回转窑筒体辐射热产生低压蒸汽的发电工艺可以提高整个余热回收系统产汽量，提高发电量，同时降低窑头余热锅炉排烟温度。对于提高水泥工业能效具有重要意义。

1回转窑筒体辐射热产蒸汽发电工艺

图1回转窑筒体辐射热产蒸汽发电汽水流程图

1.AQC余热锅炉2.除氧器3.中压给水泵4.公共省煤器5.节流阀6.换热面I7.换热面Ⅱ

8.热面Ⅲ9.换热面Ⅵ10.换热面Ⅴ11.换热面Ⅵ12.换热面Ⅶ13.低压汽包14.低压过热器15.低压蒸汽利用装置

1.1基本汽水流程

如图1锅炉给水从除氧器经除氧器出口，进入中压给水泵加压后，水流进入公共省煤器，热水经过节流阀降压后依次进入换热面I、换热面Ⅱ、换热面Ⅲ，然后水流（或汽水混合物）被分为4股分别进入换热面Ⅳ、换热面Ⅴ、换热面Ⅵ、换热面Ⅶ，汽水混合物汇合后进入低压汽包，低压饱和蒸汽进入低压过热器，最后进入低压蒸汽利用装置。

AQC双压余热锅炉给水在公共省煤器中被加热，出口温度为130℃。

1.2流程优越性

①进入换热面的给水为窑头双压余热锅炉公用省煤器出口的高温给水，故可充分利用回转窑筒体表面的高温余热加热给水产生蒸汽，实现了高品位热源的高效利用；②换热面出口的蒸汽/水混合物进入窑头双压余热锅炉低压汽包进行汽水分离，分离出的蒸汽进入窑头双压余热锅炉低压过热器进一步加热，不仅提高了蒸汽的品质，满足了汽轮机运行的要求，而且可以降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率。

图2回转窑筒体辐射热回收装置示意图

2回转窑筒体辐射热回收装置

如图2所示，回转窑筒体辐射热回收装置，换热面I、换热面Ⅱ、换热面Ⅲ布置在1#轮带与2#轮带之间回转窑表面温度较低的区域。换热面Ⅳ、换热面Ⅴ、换热面Ⅵ、换热面Ⅶ布置在2#轮带与3#轮带之间回转窑表面温度较高的区域。

如图3所示，换热面外表面铺设保温岩棉和外壳。

如图4所示，换热面边缘处设迷宫式密封结构。

图3回转窑筒体辐射热回收装置示A-A断面图

图4回转窑筒体辐射热回收装置密封处放大图

6.换热面I7.换热面Ⅱ8.热面Ⅲ9.换热面Ⅵ10.换热面Ⅴ11.换热面Ⅵ12.换热面Ⅶ16.回转窑筒体17.1#轮带18.2#轮带19.2#轮带20.保温岩棉21.Q345外壳

换热面边缘处设计有迷宫式密封结构，可以防止回转窑转动过程中，携带环境中的冷却空气进入回转窑与换热面间的腔室内，降低回转窑转动带来的对流热损失；换热面处均采用膜式水冷壁结构，并喷涂有高吸收率涂层，可以提高辐射换热吸收率，提高换热效率；每个换热面均设计有旁路管道，且膜式水冷壁与外壳，以及外壳本体的支撑均采用螺栓连接，不但可以实现任意换热面故障时不影响其他换热面的运行，而且提高了换热面检修的方便性。利用了回转窑筒体表面温度沿长度方向不同的特点，换热面I~换热面III采用串联连接方式，布置在1#轮带与2#轮带之间回转窑表面温度较低的区域，可提高换热管内汽/水流动速度，从而提高换热效率。换热面IV~换热面VII采用并联连接方式，布置在2#轮带与3#轮带之间回转窑表面温度较高的区域，从而可降低管道内阻力损失。

3经济性分析

以某5000tpd水泥线为例，窑尾烟气参数：窑尾烟气量为340000Nm3/h，烟气温度320℃，同时考虑到原料磨的烘干温度，余热锅炉出口烟气温度按210℃设计；窑头篦冷机可用于余热发电的热空气参数为：烟气量220000Nm3/h，温度360℃。

根据上表回收筒体辐射热，进入公共省煤器的给水量增加，降低了AQC锅炉排烟温度，提高了AQC锅炉热效率。AQC锅炉多产2.2t/h低压蒸汽，多发260kw电。回收筒体辐射热增加100万元成本，该水泥厂不含增值税电价为0.504元/kwh，根据年运行7200小时计算，增加年收入94.3万元（不含增值税），增加投资1年左右能收回成本，经济效益明显。

参考文献：

[1]U.S.GeologicalSurvey（USGS）.Mineralcommoditysummaries.2011[M].Washington：UnitedStatesGovernmentPrintingOffice，2012

[2]国家统计局.中国能源统计年鉴2010[M].北京：中国统计出版社，2010：45-120

[3]臧银.谈水泥制造业能源消耗的统计与管理[J].科技尚品2016（1）：208