水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計及熱力循環(huán)系統(tǒng)

張嘉文

摘要：隨著水泥行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的新型科技和技術(shù)應(yīng)用到了水泥余熱發(fā)電以及熱力循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中，不僅提高了我國水泥熟料的利用率，也對其產(chǎn)生的廢棄進(jìn)行了利用，減少了能源的浪費。對此，本文對水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計及熱力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行研究，為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水泥余熱發(fā)電;工藝設(shè)計;熱力循環(huán)系統(tǒng)

引言

隨著綠色發(fā)展觀的提出和落實，我國在工業(yè)生產(chǎn)等方面在不斷向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會轉(zhuǎn)變。而水泥行業(yè)中的余熱發(fā)電環(huán)節(jié)在近年來受到了廣泛的關(guān)注，其余熱以及廢氣的循環(huán)利用對資源節(jié)約和環(huán)境友好有著十分重要的作用。對此，相關(guān)工作人員要科學(xué)合理的對水泥余熱發(fā)電工藝進(jìn)行設(shè)計，并完善其熱力循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)資源的高效利用，并降低廢氣對環(huán)境的污染。

一、水泥余熱發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀

我國水泥余熱發(fā)電技術(shù)起步較晚，與其他國家相比來說，在技術(shù)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(fā)電技術(shù)位于世界前端。從水泥行業(yè)的發(fā)展情況來看，發(fā)達(dá)國家的水泥余熱發(fā)電工藝設(shè)計和技術(shù)應(yīng)用的水平較高，在生產(chǎn)過程中大部分余熱被進(jìn)行了回收利用，水泥企業(yè)能源的利用率幾乎都能夠達(dá)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(jié)能理念和技術(shù)水平上都存在著較大的差異，在生產(chǎn)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(huán)使用，從而增加了生產(chǎn)投入。

現(xiàn)階段，越來越多的新型水泥熟料生產(chǎn)工藝應(yīng)用到了水泥窯余熱發(fā)電當(dāng)中，對窯頭和窯尾的余熱進(jìn)行了回收和利用，使水泥行業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄余熱進(jìn)入到熱力循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中，從而實現(xiàn)能源的回收利用，有效提高了水泥企業(yè)能源的利用率。從我國水泥行業(yè)的現(xiàn)狀來看，海螺水泥企業(yè)的產(chǎn)能利用率最高，常年平均保持在90%左右，利用率最高可達(dá)95%以上，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。此外，我國作為水泥行業(yè)的生產(chǎn)和消費大國，在日漸加大對水泥行業(yè)的技術(shù)、設(shè)備和管理方面的投入，逐漸解決水泥生產(chǎn)資源浪費的情況，緩解我國電能供應(yīng)不足和電能資源緊缺的問題。新型干法水泥熟料生產(chǎn)線是目前國內(nèi)最提倡運用技術(shù)手段，在企業(yè)水泥生產(chǎn)活動為企業(yè)提供電力資源，但是大部分企業(yè)的技術(shù)水平存在不足，導(dǎo)致此項技術(shù)的應(yīng)用率比較低，嚴(yán)重阻礙了水泥行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

二、水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計研究

我國目前的水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計主要由煙氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)組成，窯頭和窯尾的余熱由煙氣系統(tǒng)產(chǎn)生，隨后，進(jìn)入余熱鍋爐中形成熱力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)余熱發(fā)電。在煙氣系統(tǒng)工藝設(shè)計當(dāng)中，一般把窯頭和廢氣出口利用窯頭爐進(jìn)行連接，使孰料產(chǎn)生的廢氣余熱進(jìn)入窯頭爐當(dāng)中，然后再窯尾和高溫風(fēng)機(jī)連接處設(shè)置窯尾爐，使其余熱轉(zhuǎn)化為電力，廢棄進(jìn)入方式均為上進(jìn)側(cè)出，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)廢氣余熱的循環(huán)。在水泥與熱發(fā)電的工藝設(shè)計當(dāng)中，相關(guān)工作人員要從生產(chǎn)流程和余熱循環(huán)的各個環(huán)節(jié)中入手，根據(jù)不同流程和環(huán)節(jié)的特點以及注意點進(jìn)行設(shè)計，從而有效提高水泥行業(yè)能源的利用率，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到有效提高。

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

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

三、水泥余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)

隨著我國水泥行業(yè)的發(fā)展，水泥余熱發(fā)電技術(shù)中的熱力循環(huán)系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化和調(diào)整。在熱力循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中，熟料冷卻機(jī)、廢棄取熱方式、系統(tǒng)構(gòu)成和循環(huán)參數(shù)是不同種類系統(tǒng)區(qū)分的主要因素。我國目前廣泛應(yīng)用的熱力循環(huán)系統(tǒng)主要包括單壓系統(tǒng)、閃蒸系統(tǒng)、雙壓系統(tǒng)三種。

單壓系統(tǒng)是由主蒸汽的參數(shù)進(jìn)行區(qū)分的，主蒸汽在窯頭爐和窯尾爐中產(chǎn)生的參數(shù)相近，經(jīng)過混合后，主蒸汽進(jìn)入爐管，補充蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，釋放能量后，在除氧器中進(jìn)行除氧處理產(chǎn)生凝結(jié)水，再將凝結(jié)水輸送到窯頭爐當(dāng)中，進(jìn)行加熱產(chǎn)生循環(huán)符合標(biāo)準(zhǔn)的主蒸汽，進(jìn)而形成熱力循環(huán)系統(tǒng)。胎壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出了優(yōu)勢，但是在冷卻機(jī)廢氣處理方面具有一定的不足。在結(jié)構(gòu)方面，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行容易、效率高的優(yōu)勢，是我國目前水泥與熱發(fā)電技術(shù)中常用的熱力循環(huán)系統(tǒng)。但是在總性能方面，其冷卻后的水量比較大，若水泥生產(chǎn)后產(chǎn)生的廢氣熱量較高，會導(dǎo)致冷卻機(jī)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(fā)電的質(zhì)量和效率。

閃蒸系統(tǒng)的區(qū)分原理是廢氣余熱的品質(zhì)，其實根據(jù)單壓系統(tǒng)的工作原理來發(fā)展而來的，系統(tǒng)運行和工作原理是閃蒸機(jī)理。在廢氣在閃蒸系統(tǒng)中經(jīng)過一系列的環(huán)節(jié)產(chǎn)生蒸汽和熱水，主蒸汽進(jìn)入對應(yīng)的高壓入口，而熱水經(jīng)過閃蒸設(shè)備產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生電能。閃蒸系統(tǒng)的運用極大的提高了水泥余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)電功率，但是其對設(shè)備要求較高、用電量較大、技術(shù)和資金投入較高等缺陷，導(dǎo)致在水泥余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)中投入率較低，應(yīng)用率也遠(yuǎn)小于單壓系統(tǒng)。

雙壓系統(tǒng)是在單壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)的發(fā)展基礎(chǔ)上設(shè)計的，在設(shè)備上的區(qū)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(yè)的雙壓系統(tǒng)都是窯頭雙壓。雙壓系統(tǒng)主要是根據(jù)低壓蒸汽的過熱度和閃蒸產(chǎn)生的補充蒸汽的飽和度進(jìn)行熱力循環(huán)和發(fā)電的。其與以上兩種系統(tǒng)之間對比的優(yōu)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(tǒng)，但是其投資成本高于單壓系統(tǒng)和閃蒸系，并且其補充蒸汽的穩(wěn)定性較差。

四、結(jié)論

總之，水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計和熱力循環(huán)系統(tǒng)是水泥行業(yè)發(fā)展中的一個重要環(huán)節(jié)，復(fù)雜性較高，但是，其對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及抗風(fēng)險能力有著積極作用。對此，相關(guān)企業(yè)及工作人員要對水泥余熱發(fā)電技術(shù)的工藝設(shè)計以及熱力循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行有效分析，并采取相關(guān)的策略不斷優(yōu)化熱力循環(huán)系統(tǒng)。

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