在水泥工业生产过程中会产生大量的废热,若将这部分余热资源加以回收利用,则可以大大节省能源,提高能源利用率.主要以水平旋转水泥窑系统的能量分析为基础,阐述了干法水泥窑主要的热源损失有水泥窑废气(19.15%)、冷却机出来的热空气(5.61%)、窑表面的对流及热辐射(10.47%),并分析了回收这些废热的可行方法.阐述了水泥窑的能量平衡关系、能量利用效率以及提高余热利用效率的措施.阐述了在常规的单压、双压、闪蒸余热回收发电系统中,系统性能和参数的选取、优化及其影响因素.

上述内容对水泥窑中低温余热利用进行了相关研究,指出了废热来源,提出了利用能量平衡关系进行研究的方法,并介绍了实际应用于水泥窑余热回收利用的有机工质循环和常规循环.对于卡林纳循环,它的应用只限于示范运行阶段,尚未进入商业化阶段,因此相对于单压、双压、闪蒸3种常规循环还存在一定的问题,所以对于水泥窑中的低温余热,常采用常规循环进行回收,在技术上更为成熟.但是,大部分文献对于单压、双压、闪蒸3种常规循环进行的研究仅停留在单一系统,而未曾对3种余热发电方案在水泥窑中低温余热利用中的优劣进行分析比较.另外,大部分文献也只进行了热力学第一定律下的计算,得到了功率、效率等经济性指标,却未曾进行系统的分析.由热力学第二定律可知:没有进行分析的系统分析方法是不完整的,因此尚需对3种系统及其效率进行详细的对比分析与研究.

笔者以5000t/d级水泥窑为研究对象,通过分析单压、双压、闪蒸循环系统的热力平衡关系建立了系统的热力学模型,采用遗传算法分别优化各模型的蒸汽压力、流量等热力参数,得出了优化结果;研究系统参数与系统性能之间的基本规律,得到了参数对系统性能的具体影响;运用单元分析法对各系统进行详细的损失计算,并对各种模型进行了比较.

1、余热发电系统模型

以目前国内比较先进的窑外分解窑水泥熟料生产技术为例,此种窑的废气有2股,分别来自窑头冷却机和窑尾预热器,一般温度在300~400,且随生产工况的不同而有所波动,其具体的余热条件示于表1.

在上述余热条件中,窑头冷却机的中温端废气可全部用于发电,低温端废气因废气温度太低且波动范围相对太大、同时考虑水泥熟料冷却调整风量的需要,可暂不再考虑回收利用.窑尾预热器废气经余热锅炉后温度降至210~220后,可用于水泥原料烘干.