水泥回转炉窑表面散热余热回收利用的初步分析
时间：2021-01-08 16:02:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要通过对水泥生产煅烧环节中所用回转炉窑表面散热的分析,阐述回转炉窑筒体散热做辐射热回收的方法,并介绍回收余热的利用,为回转炉窑表面余热回收提供技术参考。
关键词回转炉窑;筒体;辐射余热回收
中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0127-01
随着哥本哈根气候峰会的召开,世界各国对日趋严重的能源危机及气候变暖环境恶化等问题越来越关注,我国在峰会上承诺到2020年将比2005年大幅度降低碳排放强度。在这之后,国务院常务会议决定了我国2020年降低碳强度的目标,即到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。这些充分体现了我国应对全球变暖这个世界性难题的态度。
水泥是国民经济建设的重要基础原材料,目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。据统计,1978年我国水泥产量为6524万吨,经过近二十年的发展,2006年我国水泥产量达12.4亿吨,占世界水泥产量的45.23%左右。现如今已占世界水泥总产量的48%左右。水泥行业是典型的高污染高能耗行业,且在国民生产中占有举足轻重的地位,对水泥行业采取行之有效的节能减排措施已经到了刻不容缓的地步。
现今关于水泥行业的节能技术较广,主要有磨粉系统优化、变频节能技术、数控励磁调速节能技术等,而炉窑窑身表面余热回收不是很普遍。本文将对回转炉窑表面散热进行详细分析,对回转炉窑筒体散热回收方法及余热利用进行探讨,参考太阳能热水系统的集热原理,大胆提出设想,考虑利用辐射的方法将回转炉窑表面的散热加以回收利用,对回转炉窑余热回收技术提供参考。
1水泥生产余热回收现状
水泥生产主要由生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨几个阶段组成,其中熟料煅烧是水泥生产中的核心部分,也是水泥行业中能耗较大的一块。磨好的生料被连续地送入预热器最顶部的旋风分离器,预热器中的材料被上升的热空气加热,在巨大的回转炉窑内部,原料在1450℃下转化成为熟料。
回转炉窑的窑头、窑身、窑尾因为散热及排烟等原因均有不同程度的热量损失。在传统的节能改造中,通常将窑头、窑尾的余热加以回收利用,而对窑身表面的散热似乎没有太好的回收办法。
2回转炉窑表面热回收分析
通过对相关水泥行业的资料查阅,热工标定和具体分析得知水泥回转炉窑热耗的顺序为:熟料形成热耗→预热器出口废气带出热耗→冷却机排出空气的热耗→系统表面散失的热耗→出冷却机熟料热耗,各热耗所占比例见表1。
以某水泥生产厂φ4×60型的回转炉窑为例,其技术参数见表2。
φ4×60型回转炉窑生产能力为每天生产2500t熟料,根据《水泥工业热工设备及热工测量》,该回转炉窑表面散热为:
Q=G1G2Qnetη (1)
Q为全部的表面散热,kJ/h;G1为熟料的生产能力,t/h;G2为每生产1t熟料需要消耗的燃料,t;Qnet为燃料低位发热量,kJ/kg;η系统表面散失的热耗,见表1。根据文献《水泥窑用耐火材料的应用现状与发展》,每生产1t熟料,需要消耗低位发热量为5500×4.18kJ/kg的实物煤146～200kg,笔者计算时,选用平均值173kg,将数值带入式(1),计算得出,Q=104×173×5500×4.18×8%=3.3×107kJ/h。
由于工艺、工况条件的限制,实际上在整个回转炉窑表面积上全部回收散热是不可行的,但可以在回转炉窑分段上设置散热回收装置,以达到回收部分散热的目的。在总长60米的回转炉窑上选取一段约16米的位置设置回收装置,所占的面积是整个回转炉窑表面积的12%,如图1所示:
图1回转炉窑热回收装置图
根据热回收装置所占回转炉窑面积比,该回转炉窑热回收装置理论可回收散热值应为:
Qh=0.12Q (2)
Qh,回转炉窑热回收装置理论可回收散热值,kJ/h,带入式(1)中Q计算值,Qh=3.3×107×12%= 4.0×106kJ/h。
经上述计算,充分说明有足够热值可供利用。同时也可根据实际需求的热量,灵活调整回收装置的受热面积,达到控制热回收值Qh的目的。
3辐射热回收装置安装及使用
参考《太阳能利用原理》中太阳能集热器特点,图1中回转炉窑表面散热辐射热回收装置,类似于太阳能热水系统中的真空集热管,由于回转炉窑表面为曲面,故要求该集热管具有可曲挠性,以便更好的与回转炉窑表面进行配合,确保设备美观及表面散热的充分回收。同时为了保证对原设备、工艺等不会造成影响,对安装方法有一些要求。
1)该回收装置由钢架结构做支撑罩在筒体上的,整个装置与筒体的间距约有250mm,且回收装置的面积只占筒体总散热面积的10%左右,以确保对筒体的散热不会造成影响。2)回收装置整体罩在筒体的上半圆周,并不随筒体旋转。炉窑筒体红外测温仪探头安装在与筒体径向中心线水平的位置,以确保安装辐射热回收装置后对红外测温仪没有任何影响,不需对红外测温仪作调整。
改造前后炉窑筒体温度没有明显变化,因此改造后对炉窑的工艺操作没有任何不良的影响。相反,在雨季该回收装置能避免炉窑部分筒体直接受雨水淋刷,减少了炉窑在雨季长窑皮的现象,对工艺以及炉窑使用都是有利的。
4回收余热的利用
回转炉窑表面散热回收以后,根据用户的不同需求,可以考虑用于以下几个方面:
1)通过热交换器预热燃煤的进风温度,使燃煤化学燃烧更充分,起到空气预热器的作用。2)对水泥生产中的生料进行预热,减少煤的消耗。3)通过热交换器,制取空调采暖热水,达到节省能源的目的。4)通过热交换器,制取生活热水,供职工生活使用。
5结论
综上所述,利用热辐射的原理将回转炉窑表面的部分散热通过回收装置回收在技术上是可行的。
1)充分利用12%的回转炉窑表面的散热量,日节省燃煤约4.15吨,年节省1245吨燃煤(一年以300天计),节能效益显著。2)采取一定安装措施,热回收装置对炉窑筒体及工艺不造成影响,且对炉窑雨季运行及维护有利。3)回收余热利用形式简单多样,可利用性强。
在能源日益紧缩的形势下,此项余热回收技术的应用将对水泥行业节能减排起到重要作用,对我国节能减排事业是一个不小的贡献。
参考文献
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