水泥余熱發電的工藝設計及熱力循環系統

張嘉文

摘要：隨著水泥行業的不斷發展，越來越多的新型科技和技術應用到了水泥余熱發電以及熱力循環系統當中，不僅提高了我國水泥熟料的利用率，也對其產生的廢棄進行了利用，減少了能源的浪費。對此，本文對水泥余熱發電的工藝設計及熱力循環系統進行研究，為相關人員提供參考。

關鍵詞：水泥余熱發電;工藝設計;熱力循環系統

引言

隨著綠色發展觀的提出和落實，我國在工業生產等方面在不斷向資源節約型、環境友好型社會轉變。而水泥行業中的余熱發電環節在近年來受到了廣泛的關注，其余熱以及廢氣的循環利用對資源節約和環境友好有著十分重要的作用。對此，相關工作人員要科學合理的對水泥余熱發電工藝進行設計，并完善其熱力循環系統，實現資源的高效利用，并降低廢氣對環境的污染。

一、水泥余熱發電的技術現狀

我國水泥余熱發電技術起步較晚，與其他國家相比來說，在技術工藝和理念上還存在一些不足，其中，日本和德國的水泥余熱發電技術位于世界前端。從水泥行業的發展情況來看，發達國家的水泥余熱發電工藝設計和技術應用的水平較高，在生產過程中大部分余熱被進行了回收利用，水泥企業能源的利用率幾乎都能夠達到90%以上。雖然我國水泥熟料的利用率也在逐年增長，但是在節能理念和技術水平上都存在著較大的差異，在生產過程中仍有許多低溫廢氣余熱資源未得到利用，使資源無法得到有效的循環使用，從而增加了生產投入。

現階段，越來越多的新型水泥熟料生產工藝應用到了水泥窯余熱發電當中，對窯頭和窯尾的余熱進行了回收和利用，使水泥行業在生產過程中產生的廢棄余熱進入到熱力循環系統當中，從而實現能源的回收利用，有效提高了水泥企業能源的利用率。從我國水泥行業的現狀來看，海螺水泥企業的產能利用率最高，常年平均保持在90%左右，利用率最高可達95%以上，具有很高的經濟效益和發展前景。此外，我國作為水泥行業的生產和消費大國，在日漸加大對水泥行業的技術、設備和管理方面的投入，逐漸解決水泥生產資源浪費的情況，緩解我國電能供應不足和電能資源緊缺的問題。新型干法水泥熟料生產線是目前國內最提倡運用技術手段，在企業水泥生產活動為企業提供電力資源，但是大部分企業的技術水平存在不足，導致此項技術的應用率比較低，嚴重阻礙了水泥行業的發展和進步。

二、水泥余熱發電的工藝設計研究

我國目前的水泥余熱發電的工藝設計主要由煙氣系統和熱力系統組成，窯頭和窯尾的余熱由煙氣系統產生，隨后，進入余熱鍋爐中形成熱力系統，從而實現余熱發電。在煙氣系統工藝設計當中，一般把窯頭和廢氣出口利用窯頭爐進行連接，使孰料產生的廢氣余熱進入窯頭爐當中，然后再窯尾和高溫風機連接處設置窯尾爐，使其余熱轉化為電力，廢棄進入方式均為上進側出，從而實現水泥生產廢氣余熱的循環。在水泥與熱發電的工藝設計當中，相關工作人員要從生產流程和余熱循環的各個環節中入手，根據不同流程和環節的特點以及注意點進行設計，從而有效提高水泥行業能源的利用率，使企業的經濟效益得到有效提高。

水泥余熱發電的基本流程是將熟料口產生的廢氣吸入引風機中，隨后，廢氣會從窯頭爐頂部進入，從而形成一個自上而下的逆向熱量交換流動系統。在此流程當中，相關工作人員要對逆向熱量工程質量和窯尾預熱器中廢氣的工藝設計進行研究分析，從而提高水泥生產廢棄余熱的利用質量和效率。首先，相關工作人員可以對逆向熱量交換工藝設計進行研究，尤其是其分解的實質以及參數。在逆向能量交換的過程當中，會產生兩種蒸汽，根據其參數的不同分為主蒸汽和補充蒸汽，在對蒸汽余熱進行利用時，要讓主蒸汽進入母管，而補充蒸汽要進入汽輪機當中，從而使煙氣系統和熱力系統實現其真正的用途，有效提高水泥余熱發電技術水平。

其次，工作人員要對窯尾熱處理器的廢氣處理環節進行研究，主要是其進出和循環情況。水泥生產過程中產生的廢氣，要經過送風機的抽動和吸引，將其送入到窯尾爐的頂部，隨后，進入爐中進行逆向熱能交換，熱量交換后會產生蒸汽，從而根據上述分析使蒸汽分別進入所需途徑中。對于窯尾爐中熱量交換而產生的廢氣，可以將其送入原料磨中，隨后對其進行烘干，使其沉淀進行二次利用。而汽輪機中的補充蒸汽利用完后，要進入凝汽器，經過冷卻形成凝結水，隨后，對凝結水進行除氧、加熱等作業，使其進入對應設備中進行二次加熱。加熱完成后產生的蒸汽要進入對應的高低壓設備中，經過再次的蒸發，利用產生主蒸汽和補充蒸汽，循環上述步驟，從而形成一個完整的循環流程，使水泥余熱發電技術的作用得到真正的發揮。

三、水泥余熱發電的熱力循環系統

隨著我國水泥行業的發展，水泥余熱發電技術中的熱力循環系統也在不斷優化和調整。在熱力循環系統當中，熟料冷卻機、廢棄取熱方式、系統構成和循環參數是不同種類系統區分的主要因素。我國目前廣泛應用的熱力循環系統主要包括單壓系統、閃蒸系統、雙壓系統三種。

單壓系統是由主蒸汽的參數進行區分的，主蒸汽在窯頭爐和窯尾爐中產生的參數相近，經過混合后，主蒸汽進入爐管，補充蒸汽進入汽輪機，釋放能量后，在除氧器中進行除氧處理產生凝結水，再將凝結水輸送到窯頭爐當中，進行加熱產生循環符合標準的主蒸汽，進而形成熱力循環系統。胎壓系統在結構方面表現出了優勢，但是在冷卻機廢氣處理方面具有一定的不足。在結構方面，具有結構簡單、運行容易、效率高的優勢，是我國目前水泥與熱發電技術中常用的熱力循環系統。但是在總性能方面，其冷卻后的水量比較大，若水泥生產后產生的廢氣熱量較高，會導致冷卻機的冷卻效果較差，窯頭爐中的廢氣排出溫度不能夠及時得到降低，從而影響余熱發電的質量和效率。

閃蒸系統的區分原理是廢氣余熱的品質，其實根據單壓系統的工作原理來發展而來的，系統運行和工作原理是閃蒸機理。在廢氣在閃蒸系統中經過一系列的環節產生蒸汽和熱水，主蒸汽進入對應的高壓入口，而熱水經過閃蒸設備產生蒸汽，進入低壓入口，隨后，使高壓蒸汽和低壓蒸汽配合工作，釋放自身能量使汽輪機轉動，從而產生電能。閃蒸系統的運用極大的提高了水泥余熱發電技術的發電功率，但是其對設備要求較高、用電量較大、技術和資金投入較高等缺陷，導致在水泥余熱發電的熱力循環系統中投入率較低，應用率也遠小于單壓系統。

雙壓系統是在單壓系統和閃蒸系統的發展基礎上設計的，在設備上的區別是在窯頭或窯尾上增加了雙壓鍋爐，但是由于窯尾雙壓的性價比較低，大部分企業的雙壓系統都是窯頭雙壓。雙壓系統主要是根據低壓蒸汽的過熱度和閃蒸產生的補充蒸汽的飽和度進行熱力循環和發電的。其與以上兩種系統之間對比的優勢在于，用電量介于二者之間，而余熱資源的利用率高于其他系統，但是其投資成本高于單壓系統和閃蒸系，并且其補充蒸汽的穩定性較差。

四、結論

總之，水泥余熱發電的工藝設計和熱力循環系統是水泥行業發展中的一個重要環節，復雜性較高，但是，其對企業經濟效益以及抗風險能力有著積極作用。對此，相關企業及工作人員要對水泥余熱發電技術的工藝設計以及熱力循環系統進行有效分析，并采取相關的策略不斷優化熱力循環系統。

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