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

        2021-12-30 20:51:21張嘉文
        家園·建筑與設(shè)計(jì) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:工藝設(shè)計(jì)

        張嘉文

        摘要:隨著水泥行業(yè)的不斷發(fā)展,越來(lái)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(guó)水泥熟料的利用率,也對(duì)其產(chǎn)生的廢棄進(jìn)行了利用,減少了能源的浪費(fèi)。對(duì)此,本文對(duì)水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計(jì)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(jì);熱力循環(huán)系統(tǒng)

        引言

        隨著綠色發(fā)展觀的提出和落實(shí),我國(guó)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(huì)轉(zhuǎn)變。而水泥行業(yè)中的余熱發(fā)電環(huán)節(jié)在近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注,其余熱以及廢氣的循環(huán)利用對(duì)資源節(jié)約和環(huán)境友好有著十分重要的作用。對(duì)此,相關(guān)工作人員要科學(xué)合理的對(duì)水泥余熱發(fā)電工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),并完善其熱力循環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)資源的高效利用,并降低廢氣對(duì)環(huán)境的污染。

        一、水泥余熱發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀

        我國(guó)水泥余熱發(fā)電技術(shù)起步較晚,與其他國(guó)家相比來(lái)說(shuō),在技術(shù)工藝和理念上還存在一些不足,其中,日本和德國(guó)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(lái)看,發(fā)達(dá)國(guó)家的水泥余熱發(fā)電工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用的水平較高,在生產(chǎn)過(guò)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(guó)水泥熟料的利用率也在逐年增長(zhǎng),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(guò)程中仍有許多低溫廢氣余熱資源未得到利用,使資源無(wú)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(lái)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(duì)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(guò)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(shí)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(guó)水泥行業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)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(guó)作為水泥行業(yè)的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),在日漸加大對(duì)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(fèi)的情況,緩解我國(guó)電能供應(yīng)不足和電能資源緊缺的問(wèn)題。新型干法水泥熟料生產(chǎn)線是目前國(guó)內(nèi)最提倡運(yùn)用技術(shù)手段,在企業(yè)水泥生產(chǎn)活動(dòng)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(xiàng)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(jì)研究

        我國(guó)目前的水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)余熱發(fā)電。在煙氣系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(gè)環(huán)節(jié)中入手,根據(jù)不同流程和環(huán)節(jié)的特點(diǎn)以及注意點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),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(huì)從窯頭爐頂部進(jìn)入,從而形成一個(gè)自上而下的逆向熱量交換流動(dòng)系統(tǒng)。在此流程當(dāng)中,相關(guān)工作人員要對(duì)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(jì)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(duì)逆向熱量交換工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,尤其是其分解的實(shí)質(zhì)以及參數(shù)。在逆向能量交換的過(guò)程當(dāng)中,會(huì)產(chǎn)生兩種蒸汽,根據(jù)其參數(shù)的不同分為主蒸汽和補(bǔ)充蒸汽,在對(duì)蒸汽余熱進(jìn)行利用時(shí),要讓主蒸汽進(jìn)入母管,而補(bǔ)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(shí)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(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的廢氣,要經(jīng)過(guò)送風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)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(huì)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(duì)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(duì)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(bǔ)充蒸汽利用完后,要進(jìn)入凝汽器,經(jīng)過(guò)冷卻形成凝結(jié)水,隨后,對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧、加熱等作業(yè),使其進(jìn)入對(duì)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(duì)應(yīng)的高低壓設(shè)備中,經(jīng)過(guò)再次的蒸發(fā),利用產(chǎn)生主蒸汽和補(bǔ)充蒸汽,循環(huán)上述步驟,從而形成一個(gè)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(guó)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(guó)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(guò)混合后,主蒸汽進(jìn)入爐管,補(bǔ)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(shì),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(jiǎn)單、運(yùn)行容易、效率高的優(yōu)勢(shì),是我國(guó)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(huì)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(shí)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(shí)根據(jù)單壓系統(tǒng)的工作原理來(lái)發(fā)展而來(lái)的,系統(tǒng)運(yùn)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(guò)一系列的環(huán)節(jié)產(chǎn)生蒸汽和熱水,主蒸汽進(jìn)入對(duì)應(yīng)的高壓入口,而熱水經(jīng)過(guò)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(dòng),從而產(chǎn)生電能。閃蒸系統(tǒng)的運(yùn)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(duì)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(jì)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(jià)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(guò)熱度和閃蒸產(chǎn)生的補(bǔ)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(duì)比的優(yōu)勢(shì)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(bǔ)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(jì)和熱力循環(huán)系統(tǒng)是水泥行業(yè)發(fā)展中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),復(fù)雜性較高,但是,其對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及抗風(fēng)險(xiǎn)能力有著積極作用。對(duì)此,相關(guān)企業(yè)及工作人員要對(duì)水泥余熱發(fā)電技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)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)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]蒼國(guó)超,劉木堂.水泥窯余熱發(fā)電的工質(zhì)及循環(huán)系統(tǒng)的性能分析[J].電站輔機(jī),2019:39-43.

        [2]張愛(ài)民.水泥余熱發(fā)電的工藝設(shè)計(jì)及熱力循環(huán)系統(tǒng)[J].科技傳播,2011,(19):148.

        [3]焦珍強(qiáng).水泥低溫余熱發(fā)電廠幾種電氣節(jié)能降耗方法[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2018:137.

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