水泥窑余热利用的节能减碳技术研究

吴全彪，郭福琴

哈密天山水泥有限责任公司 新疆哈密 839000

摘要：水泥窑生产过程中会产生大量废气余热资源，通过合理应用余热发电技术，就能够提高水泥窑的余热利用率，提升水泥生产的节能减碳水平。因此，文章就对影响水泥窑以热发电的相关因素进行了分析，并提出了相应的改进和解决措施，以期进一步促进水泥生产节能减碳水平的提升。

关键词：水泥余热利用；发电；影响因素；提高措施

1水泥窑余热发电的概述

水泥行业既是耗能大户但同时也是最具有节能潜力的研究对象。针对水泥生产过程中产生的大量废气余热资源，可通过纯低温余热发电技术将低品位废气热能转换为高品位电能。水泥纯低温余热发电技术是指在新型干法水泥熟料的生产过程中，在水泥窑窑头、窑尾的位置设置余热锅炉来回收利用温度约为３５０°Ｃ的低品位废气余热[1]这部分废气余热约占燃料总输入热量的３０％左右，工质水经余热锅炉吸热后变成过热蒸汽用于推动汽轮机做功，进而带动发电机产生高品位的电能，实现从热能到机械能再到电能的能量转换。利用水泥窑纯低温余热发电技术可以使水泥生产的综合热利用率从６０％左右提高到９０％以上，综合电耗降低３０％以上，且无需额外消耗燃料[2]，既提高了水泥生产过程中的能源利用效率，又有效减少了企业购电量从而缓解了其用电紧张的现象，整体而言提高了水泥行业的经济效益。但是在具体水泥窑余热发电中，也会因为多方面的问题降低余热利用的效率，这就需要继续探究，更为有效地改进措施，不断提高水泥窑余热利用的节能降碳水平。

2影响水泥窑余热发电效率的因素

2.1原材料下料问题

调配库原材料石英砂选矿污泥、煤矸石等下料不稳定，有间断性断料情况，尤其是雨季期间，原材料水分含量较高，经常性出现堵下料口现象，进而导致下料波动较大，要是有较大块还可能导致辊压机临时性停机，影响生料成分稳定性，易导致熟料饱和比偏高达到0.91以上，致使熟料煅烧需要更高的温度，吸热性加大，增加煤耗，降低生料易烧性。所以降低原材料中的水分，保证原材料的下料流畅性才能稳定住生料成分，使之不出现因饱和比的大幅波动而影响熟料中热量的散发及熟料易烧性。

2.2配料问题

原材料成分的波动影响化验室对配比的调整，有时好几个点调整不过来严重影响生产率值的稳定，进而影响窑生产工况的稳定性。原材料波动时极易出现饱和比较高的生料，此时窑煅烧困难，熟料易烧性差，结粒发散，入篦冷机熟料所散发的热量降低，篦冷机一段料层厚度较难稳定控制，忽高忽低，结粒细小，篦冷机篦下压力很难控制，一段篦速在11~15r/min之间波动，篦速慢熟料堆积篦上料层增厚，篦快速熟料就会被快速运走，篦冷机料层很难维持稳定，从而影响窑头入AQC锅炉的风温波动，波动幅度在300~420℃，严重影响AQC锅炉蒸发量。

2.3窑头系统的问题

窑头锅炉取风管位于篦冷机二段顶部，篦冷机高温段热回收能力强化后，窑头锅炉取风点位于的中温段废气温度明显降低。煤立磨热风管道取风口连接与窑头锅炉取风管道上，正常生产过程中，入煤磨风管冷风阀开度为80%～90%，入磨风温控制在170~200℃，煤磨入口负压为-1200Pa。开停煤磨过程中，入窑头锅炉风温波动较大，停煤磨后入窑头锅炉温度可提高至390℃以上[3]。分析认为，煤磨排风机与窑头锅炉存在严重的争风问题，同时入煤磨的热风温度有较大的富余量。虽然篦冷机虽经过优化改造，但是篦冷机两侧红河问题仍在，出篦冷机熟料温度平均仍为170℃。因此，消除篦冷机红河问题，提高篦冷机两侧熟料热回收是提高余热发电量的有效途径。

3提高水泥窑余热利用效率和节能降碳水平的措施

3.1下料问题的解决措施

我公司严格把控进厂原材料水分指标，利用错峰停窑时机，大量购进水分较低的原材料进行储存。原材料卸车后利用铲车打堆，便于现场验收时控制原材料粒度，避免大块物料出现。在夏季雨水较多时期干、湿原材料分开存放，使用时根据调配库下料口下料情况按照1∶1比例搭配使用，控制生料率值，稳定生料成分，生料饱和比合格率由原来的70%提高到85%，彻底解决了因原燃材料在配料站断料造成的生料成分波动。

3.2配料问题的解决措施

影响生料成分稳定性的因素除原材料断料外，最重要的是各原材料成分的稳定性，尤其是石灰石。我公司矿山受开采面限制，各采面石灰石品位不一，而石灰石在生料中占到80%以上，因此稳定石灰石质量是生料成分稳定的关键。我公司根据石灰石炮孔样分析结果，每季度制定石灰石开采及搭配计划，使石灰石各化学成分达到优良工程标准（CaO含量稳定在47%左右）。同时在石灰石堆场布料时采用均匀布料方式，避免生料率值长时间调整不过来。当生料出现波动时，要加大尾煤调整频率，稳定分解炉温度，勤调一段篦速，保证篦上料层厚度，控制进入AQC锅炉的温度幅度在30℃以内波动。

3.3窑头系统问题的解决措施

3.3.1煤磨热风管取风口位置后移

将原煤磨热风取风口拆除并封堵，篦冷机二段顶部窑头锅炉取风口后1m位置重新开口，将煤磨热风管道连接于此处。开口尺寸为2m×2m，制作天圆地方将管径逐步缩小至直径1.5m，与原煤磨热风管连接。（1）煤磨热风管道与窑头锅炉热风管道独立设置，解决窑头锅炉与煤磨争抢热风问题。（2）新设置的煤磨热风管道位于窑头锅炉热风管道取风点后1m位置，煤磨充分利用篦冷机末端低温废气，中温段废气尽可能充分利用于窑头锅炉。（3）煤磨和窑头锅炉分别独立取风，可确保窑头锅炉和煤磨风量均处于稳定状态，对于稳定煤磨工况和余热发电工况均具有积极意义。

3.3.2篦冷机一段侧墙安装侧吹风系统

篦冷机一段两侧矮墙，分别布置8个吹风口，吹风口规格尺寸为350mm×10mm，安装高度为距离篦板50mm，风口间距为1000mm，风口断面焊接孔径为风机功率为90kW，设计风量21000m3/h。风机出口安装均分风管分别于16个吹风口连接，每个吹风口分别安装有手动蝶阀，便于调节各处风量。经改造熟料从窑口落下的过程中，篦冷机两侧物料因细粉料多，流速快，两侧物料难以充分冷却，因此在篦冷机一段两侧矮墙均匀布置侧吹风口，在料层的侧面吹风，对两侧细物料进行侧面冷却的同时，对细物料起到活化的作用，使得料层下部冷却风能够与熟料充分接触，篦冷机两侧的细粉熟料得到冷却。

3.3.3篦冷机二段活动篦床两侧活动篦板改造为固定篦板

篦冷机二段共有12排活动梁，每排活动梁上安装有10块篦板，将每排活动梁靠近侧墙的两块篦板固定螺栓拆除，与前后的固定篦板点焊，调整其与相邻的活动篦板间隙为3mm，篦板底面与活动梁间隙≥5mm，试车确认无剐蹭现象后将该篦板与前后固定篦板满焊结实。因篦冷机两侧熟料细粉量较大，物料流速快，通过将活动梁两端的活动篦板改造为固定式篦板，延缓物料流速，原篦板结构不变，确保通风面积不减小，使得篦冷机两侧细粉熟料与冷却风的接触时间延长，以提高熟料冷却效果。

4节能降碳效果分析

通过应用上述措施后余热发电AQC锅炉入口风温，AQC入口风温保持在400~4309700~10000kW℃，吨熟料发电量，余热发电平均负荷保持在37.5~39kWh/t。提高发电量功率有效地降低了余热发电自用率，自用率平均保持在5%以内（自用率最好指标在4.8%以内）。在余热发电指标提升同时，窑台时产量及熟料质量都有较好水平提升，窑产量平均在6200～6280t/d，相比优化之前6100t/d提高100～180t/d，窑提产后生产线熟料电耗下降约1kWh/t左右。

结语

综上所述，利用水泥窑余热进行发电能够有效提升水泥生产的节能降碳水平降低，提高能源利用率，提升水泥企业的经济效益。因此在现阶段需要积极进行相关节能降碳技术的研究和应用，不断提高水泥窑余热利用率。

参考文献

[1]张波,孙廉贵,刘昕.提高水泥窑余热发电量的措施[J].中国水泥,2023,(08):89-90.

[2]王鹏,董伟.水泥窑余热发电综合效能提升改造措施[J].水泥,2023,(06):50-52.

[3]何明海,陶从喜.提高余热发电量的技术措施及实践[J].新世纪水泥导报,2023,29(03):28-30.