水泥余热发电的工艺设计及热力循环系统

张嘉文

摘要：随着水泥行业的不断发展，越来越多的新型科技和技术应用到了水泥余热发电以及热力循环系统当中，不仅提高了我国水泥熟料的利用率，也对其产生的废弃进行了利用，减少了能源的浪费。对此，本文对水泥余热发电的工艺设计及热力循环系统进行研究，为相关人员提供参考。

关键词：水泥余热发电;工艺设计;热力循环系统

引言

随着绿色发展观的提出和落实，我国在工业生产等方面在不断向资源节约型、环境友好型社会转变。而水泥行业中的余热发电环节在近年来受到了广泛的关注，其余热以及废气的循环利用对资源节约和环境友好有着十分重要的作用。对此，相关工作人员要科学合理的对水泥余热发电工艺进行设计，并完善其热力循环系统，实现资源的高效利用，并降低废气对环境的污染。

一、水泥余热发电的技术现状

我国水泥余热发电技术起步较晚，与其他国家相比来说，在技术工艺和理念上还存在一些不足，其中，日本和德国的水泥余热发电技术位于世界前端。从水泥行业的发展情况来看，发达国家的水泥余热发电工艺设计和技术应用的水平较高，在生产过程中大部分余热被进行了回收利用，水泥企业能源的利用率几乎都能够达到90%以上。虽然我国水泥熟料的利用率也在逐年增长，但是在节能理念和技术水平上都存在着较大的差异，在生产过程中仍有许多低温废气余热资源未得到利用，使资源无法得到有效的循环使用，从而增加了生产投入。

现阶段，越来越多的新型水泥熟料生产工艺应用到了水泥窑余热发电当中，对窑头和窑尾的余热进行了回收和利用，使水泥行业在生产过程中产生的废弃余热进入到热力循环系统当中，从而实现能源的回收利用，有效提高了水泥企业能源的利用率。从我国水泥行业的现状来看，海螺水泥企业的产能利用率最高，常年平均保持在90%左右，利用率最高可达95%以上，具有很高的经济效益和发展前景。此外，我国作为水泥行业的生产和消费大国，在日渐加大对水泥行业的技术、设备和管理方面的投入，逐渐解决水泥生产资源浪费的情况，缓解我国电能供应不足和电能资源紧缺的问题。新型干法水泥熟料生产线是目前国内最提倡运用技术手段，在企业水泥生产活动为企业提供电力资源，但是大部分企业的技术水平存在不足，导致此项技术的应用率比较低，严重阻碍了水泥行业的发展和进步。

二、水泥余热发电的工艺设计研究

我国目前的水泥余热发电的工艺设计主要由烟气系统和热力系统组成，窑头和窑尾的余热由烟气系统产生，随后，进入余热锅炉中形成热力系统，从而实现余热发电。在烟气系统工艺设计当中，一般把窑头和废气出口利用窑头炉进行连接，使孰料产生的废气余热进入窑头炉当中，然后再窑尾和高温风机连接处设置窑尾炉，使其余热转化为电力，废弃进入方式均为上进侧出，从而实现水泥生产废气余热的循环。在水泥与热发电的工艺设计当中，相关工作人员要从生产流程和余热循环的各个环节中入手，根据不同流程和环节的特点以及注意点进行设计，从而有效提高水泥行业能源的利用率，使企业的经济效益得到有效提高。

水泥余热发电的基本流程是将熟料口产生的废气吸入引风机中，随后，废气会从窑头炉顶部进入，从而形成一个自上而下的逆向热量交换流动系统。在此流程当中，相关工作人员要对逆向热量工程质量和窑尾预热器中废气的工艺设计进行研究分析，从而提高水泥生产废弃余热的利用质量和效率。首先，相关工作人员可以对逆向热量交换工艺设计进行研究，尤其是其分解的实质以及參数。在逆向能量交换的过程当中，会产生两种蒸汽，根据其参数的不同分为主蒸汽和补充蒸汽，在对蒸汽余热进行利用时，要让主蒸汽进入母管，而补充蒸汽要进入汽轮机当中，从而使烟气系统和热力系统实现其真正的用途，有效提高水泥余热发电技术水平。

其次，工作人员要对窑尾热处理器的废气处理环节进行研究，主要是其进出和循环情况。水泥生产过程中产生的废气，要经过送风机的抽动和吸引，将其送入到窑尾炉的顶部，随后，进入炉中进行逆向热能交换，热量交换后会产生蒸汽，从而根据上述分析使蒸汽分别进入所需途径中。对于窑尾炉中热量交换而产生的废气，可以将其送入原料磨中，随后对其进行烘干，使其沉淀进行二次利用。而汽轮机中的补充蒸汽利用完后，要进入凝汽器，经过冷却形成凝结水，随后，对凝结水进行除氧、加热等作业，使其进入对应设备中进行二次加热。加热完成后产生的蒸汽要进入对应的高低压设备中，经过再次的蒸发，利用产生主蒸汽和补充蒸汽，循环上述步骤，从而形成一个完整的循环流程，使水泥余热发电技术的作用得到真正的发挥。

三、水泥余热发电的热力循环系统

随着我国水泥行业的发展，水泥余热发电技术中的热力循环系统也在不断优化和调整。在热力循环系统当中，熟料冷却机、废弃取热方式、系统构成和循环参数是不同种类系统区分的主要因素。我国目前广泛应用的热力循环系统主要包括单压系统、闪蒸系统、双压系统三种。

单压系统是由主蒸汽的参数进行区分的，主蒸汽在窑头炉和窑尾炉中产生的参数相近，经过混合后，主蒸汽进入炉管，补充蒸汽进入汽轮机，释放能量后，在除氧器中进行除氧处理产生凝结水，再将凝结水输送到窑头炉当中，进行加热产生循环符合标准的主蒸汽，进而形成热力循环系统。胎压系统在结构方面表现出了优势，但是在冷却机废气处理方面具有一定的不足。在结构方面，具有结构简单、运行容易、效率高的优势，是我国目前水泥与热发电技术中常用的热力循环系统。但是在总性能方面，其冷却后的水量比较大，若水泥生产后产生的废气热量较高，会导致冷却机的冷却效果较差，窑头炉中的废气排出温度不能够及时得到降低，从而影响余热发电的质量和效率。

闪蒸系统的区分原理是废气余热的品质，其实根据单压系统的工作原理来发展而来的，系统运行和工作原理是闪蒸机理。在废气在闪蒸系统中经过一系列的环节产生蒸汽和热水，主蒸汽进入对应的高压入口，而热水经过闪蒸设备产生蒸汽，进入低压入口，随后，使高压蒸汽和低压蒸汽配合工作，释放自身能量使汽轮机转动，从而产生电能。闪蒸系统的运用极大的提高了水泥余热发电技术的发电功率，但是其对设备要求较高、用电量较大、技术和资金投入较高等缺陷，导致在水泥余热发电的热力循环系统中投入率较低，应用率也远小于单压系统。

双压系统是在单压系统和闪蒸系统的发展基础上设计的，在设备上的区别是在窑头或窑尾上增加了双压锅炉，但是由于窑尾双压的性价比较低，大部分企业的双压系统都是窑头双压。双压系统主要是根据低压蒸汽的过热度和闪蒸产生的补充蒸汽的饱和度进行热力循环和发电的。其与以上两种系统之间对比的优势在于，用电量介于二者之间，而余热资源的利用率高于其他系统，但是其投资成本高于单压系统和闪蒸系，并且其补充蒸汽的稳定性较差。

四、结论

总之，水泥余热发电的工艺设计和热力循环系统是水泥行业发展中的一个重要环节，复杂性较高，但是，其对企业经济效益以及抗风险能力有着积极作用。对此，相关企业及工作人员要对水泥余热发电技术的工艺设计以及热力循环系统进行有效分析，并采取相关的策略不断优化热力循环系统。

参考文献：

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