回转窑筒体余热利用设计方案.docx

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回转窑筒体余热利用设计方案

回转窑筒体表面余热利用装置结构预设与运用

一水泥回转窑筒体余热利用的研究现状

山东泰安鲁润水泥制造有限公司利用了3.2×52m回转窑筒体表面余热设计生产的热水生产装置代表了国内对回转窑表面余热利用的现状，该装置是利用水泥熟料烧成过程中回转窑筒体表面散热所产生的热量通过对流、辐射及传导等热作用由集热器吸收，从而产生可供职工浴室及生活用热水的一种热交换装置。

它主要包括集热器、进水管道、供水管道及储水箱4大部分。

自来水由水塔经进水管道至集热器加热后再通过集热器安装高度形成的高度差由供水管道输送至浴室、生活热水储水箱，然后进行使用。

该装置存在的不足之处：

1、集热器安装在窑体上圆弧面，虽然有利于增强换热效果，但安装、维护不方便；集热器只能安装在放热带的右侧，窑体温度不高，同时回转窑表面温度最高的烧成带没有利用，余热利用率不高。

2、采用水塔间歇式供水，保证出水温度在100℃。

如果出水过多，集热器中水量过少，换热仍在不断进行，势必造成大量蒸汽产生，虽然集热器上部设计了排气孔，但会造成集热器的热变形加剧。

3、该设备虽然设计了电阻式温度计对内部水温进行检测，但没有建立自动调温系统，必须有专人值守，定期开关进水阀和检测水温。

4、间歇式供水并不能保证24小时的热水供应，使用效果有限。

二水泥回转窑筒体余热利用的性能设计有效利用窑外表面的散热量可有两条有效途径。

一是增大换热器与窑外表面的换热面积。

二是增加窑外表面与换热器表面的温度差。

该装置的设计还要具体考虑以下因素：

（1）热交换位置的选择要合理回转窑筒体较长，在水泥熟料的煅烧过程中，各段温度差别较大。

烧成段的筒体温度最高平均在300～350℃，长度约占回转窑筒体长度的1/8～1/9左右。

分解带与放热反应带筒体表面温度平均在280～300℃，长度约占回转窑筒体长度的1/2左右。

干燥带和预热带筒体表面温度最低，平均在240～260℃，其长度约占回转窑筒体长度的1/5左右。

所以在设计热交换器安装位置时要首选窑体的熟料烧成段，其次考虑分解带与放热反应带。

（2）热交换器结构要合理，以便于热交换的顺利进行，同时要考虑换热器的安装与维护方便。

根据水泥回转窑筒体的特点，换热器的采热面采用弧形结构较为合理，这样可使换热器的不同区域与筒体表面充分接近，有利于热辐射换热的顺利进行。

有的研究者认为换热器可采用比回转窑筒体大的筒状结构环绕在回转窑筒体的外围。

采用这种结构不利于换热器的安装与维护，同时也无法控制换热器的出水温度，更为不利的因素是不便于回转窑筒体的日常维护和保养。

（3）热交换器的设计要保证出水温度要控制在一定的温度范围内，同时要保证回转窑窑体的日常工作与维护不受影响。

由于换热器采用热辐射换热，为了保证换热效果，与回转窑筒体表面距离不能太远，这就造成了回转窑筒体表面的维护困难。

同时考虑出水温度要控制在一定范围内，可选择改变换热器采热表面与回转窑筒体表面距离与控制泵的流量相结合来实现。

这就要求换热器与回转窑筒体的距离要可调。

三水泥回转窑筒体表面余热利用装置的结构设计

1.总体设计

某公司每天产1200T单台水泥回转窑生产线，回转窑煅烧设备采用了φ3.2m×L46m的筒体规格，公司提出设计一套筒体表面余热利用装置，解决该公司的3000m2办公楼供暖及300名职工的洗浴供热水问题。

本装置共包括五大部分：

（1）职工浴室供水系统；

（2）办公楼采暖供水系统；

（3）换热器本体及调节装置；

（4）给水系统；

（5）换热器出水温度控制系统

2.换热器的设计

换热器的本体是由内弧板、外弧板、侧壁板及上下封板用焊接方法形成的容器，上部通过溢流管与大气相通。

总体分为三个部分。

各部分之间通过联结管路相通。

为了定期清理容器内水垢及污物，在每部分底部封板设计了排污管。

由于每个容器面积较大，为了防止内弧板及外弧板受力变形，在换热器采暖面积内均匀布置穿管，增强了结构刚性。

由于换热器的工作条件在室外，穿管是中空的型材，所以穿管的使用还可增强在大风等恶劣天气下换热器的结构稳定性。

在大外弧板的中上部加工有一个M12×1的内螺纹，用来安装温度传感器的探头，测定出水口的温度。

工作时，冷水通过液压泵从换热器左下部入水口进入，通过三个部分的下联结管实现同时对三个部分的供水，水在容器内流通时由于穿管的作用，实现冷水的不稳态流动，由于紊流可以加速水的对流换热效果。

最终形成的热水从换热器的左上部出水孔流出，为办公楼的供暖及浴室提供稳定的热源。

多台换热器可在出水口处并联使用。

由于水泥回转窑的筒体较长，安装时可根据实际情况采用单侧面并排布置换热器，也可采用对于窑体对称布置换热器。

换热器的台数的确定可根据实际热功率进行确定。

换热器本体安装在由槽钢焊接而成的支架上，在室外温度15℃，泵排量为32ml/r，电动机转速为960r/min，流量为30.72L/min时，出水温度为76℃。

由于室外温度是随季节和天气情况不断变化的，温度的差别大时，换热器本体与窑面距离需要进行调整，从而改变热辐射角，调节窑体与换热器的热辐射换热量，才能保证出水温度得到有效控制。

当窑体或换热器需要维护、维修时，为了保证操作人员的安全，换热器与窑体表面之间的距离也需要调整。

为此，在支架的下部设计了滚轮与轻轨机构，通过丝杠螺母机构带动支架与换热器调整其与窑体之间的距离，动力源采用了一台减速器与电动机配套的机构。

四结语

利用该装置既能有效降低回转窑表面周围温度，又能节省因洗浴、供暖用热水而产生的燃料费、动力费，减少粉尘和二氧化碳气体排放，节能环保一举两得。

同时针对目前旋窑余热利用装置的不足进行了改进，使其结构更加符合回转窑的使用及维护要求，有效提高了表面余热利用效率，增加了自动控温系统，保证了24小时自动供暖。

回转窑筒体余热回收利用技术研究与应用

2011-03

摘 要：

通过利用窑胴体辐射热能，加装集热罩。

一部分热水用于供应洗澡水，大部分热水用于加热锅炉给水，提高发电能力。

   关键词：

水泥；余热发电；窑胴体辐射热利用；集热器

   我公司两条5000t/d水泥熟料生产线为Φ4.8×74m回转窑，窑胴体长度为74m，表面平均温度为250至350℃，生产中筒体辐射热量直接排到大气中，不仅浪费能源，也对周围环境造成影响。

为积极响应国家节能减排政策，创建节能型、环保型企业，解决此问题有重要意义。

   根据南京水泥设计院对我公司热工标定的结果可以看出，回转窑胴体表面散热占系统表面散热的63%，此处的热量损失集中易于回收。

系统表面散热损失计算结果

项目

小时散热量

单位熟料散热量

kJ/h

kcal/h

kJ/kg.cl

kcal/kg.cl

窑尾系统

43.461

10.392

回转窑

122.721

29.345

三次风管

448834

8.492

2.031

冷却机

836021

199909

3.782

0.904

分解炉+管道

855240

16.181

3.869

合计

194.64

46.542

   【注】：

冷却机散热损失还包括窑头罩的散热损失。

   此项技术主要是通过在回转窑上方安装弧形集热器，利用收集回转窑筒体的辐射热能，加热锅炉给水，增加余热电厂发电，剩余热能为生活洗澡用水、冬季取暖供热。

该工程是一项环保、节能、增效的工程，经济效益、社会效益十分显著。

   集热器主要构造为单层回环锅炉钢管制作，内部流通介质为循环水，集热器共分四段（其中分为6000型两段，7000型两段）呈弧形分别覆盖于三条轮带间隔的两段部分。

这样回转窑胴体散出的热量大部分通过集热器收集，将其中循环管内的循环水加热，循环水分别通过集热器的进水口和出水口流入和流出，见简图：

   该工程设计为常压，集热器装置尺寸，根据回转窑及周边建筑物等安装因素确定，所需材料外购并经加工制作完成。

本系统严格按照压力容器相关标准加工制作，并须经过严格的打压试验，并作出使用评估，以保证在使用过程中不致出现泄漏故障影响生产。

主要包括设备、非标件的制作与安装，管道的安装及防腐、保温，及与前期生活供水管道的合茬以及并联系统的试验、调试工作。

冬季取暖4套换热罩可供取暖面积8000㎡，满足厂区供暖需求。

   经过集热器加热过的循环水分两路流走，其中一路接至公司办公楼和职工宿舍楼的供暖管路上作为热量来源于冬季为办公楼和宿舍楼供暖及职工洗澡用水；另一路水从集热器出来后，经过一组换热器进行热源交换，再通过循环泵完成循环过程。

换热器为一组并列回环管路制作，其中一列为回转窑集热器出水管路，另一列为凉水管路，在这其中，换热器通过热交换将热能传递到凉水管路中将水加温后，送入一个特制温水箱中，为职工浴室提供洗浴用水，浴室排水随进入污水处理系统，见简图：

   经过供暖区温度降低的水进入集水箱，在集水箱内经过水源补充后，通过两台循环泵将水重新打入集热器内再次加热，见简图：

   经过前期实践使用，现通过调研考证及多次论证，决定在夏季将厂区生活用热只用其中一台集热罩供热，将其余三套集热系统全部参与生产线余热发电，其收集热能用于余热电厂软化水加热，使原水温度升高，增加发电量，以获取更多经济效益，见简图：

   将新曾集热系统通过严格煮炉清洗，与余热电厂原水系统合茬，用于发电原水加热，系统运行后经过实测，给水温度能从原来45℃增加到55℃。

系统压力为1.17mp；流量为47t/h。

   见简图：

   改造后运行情况：

   经济效益分析

   一、原公司办公楼、职工宿舍取暖及浴室用水热源均为一线窑头余热锅炉供热。

一线窑头余热锅炉每年冬、夏季各停产检修15天，每天需消耗12吨原煤以满足供热需求，每年可节约用煤成本12吨×30天×0.07万元/吨=25.2万元。

   二、一线窑头余热锅炉正常使用时，与余热电厂发电争热量，可使电厂每年减少发电量130万kwh，按0.6元/kwh计算，每年可挽回发电损失130万kwh×0.6元/kwh=78万元。

   三、回转窑筒体集热系统用于余热发电正常投运后，经测算、核实，每年集热系统所提供热量收集可为电厂增加发电150万kwh，按0.6元/kwh计算，每年增加发电效益150万kwh×0.6元/kwh=90万元。

   四、55℃的热水1.17MP压力下，热焓值231.6kJ/kg,65℃的热焓值273.42,增加热焓总量1962250kJ/kg，占窑筒体总散热量的7%。

折合标准煤67kg/h，按照年运行8000小时计算，年节约煤炭536吨，增加发电量135万kwh，减排CO21387.9吨。

   五、窑头余热锅炉年维修费用20万元，二线回转窑筒体换热系统年维修费用10万元。

   综上计算，扣除此项系统每年维修、保养维护费用30万元，每年可为公司节约煤炭支出费用25.2万元，每年为公司增加发电创收168万元，此项工程投资96万元，当年可实现创收186万元，而此套设备预计使用寿命为15年，所以预计可为公司创造经济效益4242万元。