同時項目的建設是企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效、增強企業(yè)競爭力的需要?，F在水泥行業(yè)雖然進行了余熱發(fā)電改造，大幅度降低了能源消耗，但生產實際中仍有大量的高、中、低溫廢氣余熱不能被充分利用，造成大量的能源浪費。對這部分富余的廢氣余熱的回收利用，可以為企業(yè)創(chuàng)造較大的經濟效益，降低產品成本，提高產品的競爭能力，而且還可緩解因供電不足影響生產的矛盾，符合國家關于節(jié)能和資源綜合利用政策。
3 熱平衡的計算
3.1集熱罩可利用的熱量
窯體外表面溫度按290℃計算，換熱器管外平均換熱溫度按100℃計算，回轉窯胴體和換熱管束兩表面發(fā)射率均按0.75計算。則有效發(fā)射率約為：
C12＝Cb/（1/ε1+1/ε2-1）＝5.67/（1/0.75+1/0.75-1）
＝3.4 w/㎡.K4
式中：C12—相當輻射系數
ε—材料發(fā)射率
Cb --黑體輻射系數 （為常數5.67w/㎡.K4）
根據輻射換熱計算公式，單位面積輻射換熱量為：
Q′＝C12×｛(T1/100)4-(T2/100)4｝
＝3.4×｛（273+290）/100｝4-｛（273+100）/100｝4
＝2759W＝9932kj/h
式中：Q′—單位面積輻射換熱量 （W）
T1—回轉窯胴體表面溫度（℃）
T2—換熱管束表面溫度（℃）
根據現場實際布置位置，回轉窯集熱罩有效利用長度約為32米，分四段布置，單條5000t/d水泥熟料生產線有效利用輻射面積約為251㎡,即回轉窯胴體表面換熱量約為：
Q＝Q′×F＝9932×251＝2492932kj/h
式中：F—輻射面積 （㎡）
3.2廠區(qū)余熱擬利用點（需要熱量）
3.2.1 余熱發(fā)電給水加熱需要的熱量
現有一座9MW余熱發(fā)電，設計給水溫度42℃，現擬利用集熱罩把給水溫度提高5℃。給水量為47t/h,給水壓力2.2Mpa。
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溫度（℃） |
壓力（Mpa) |
流量(t/h) |
焓值(Kj/Kg) |
|
42 |
2.2 |
47 |
177 |
|
47 |
2.2 |
47 |
198.6 |
共需要熱量：（198.6-177）×1000×47=1015200Kj/h。余熱發(fā)電給水需要的熱量為全年連續(xù)性。
3.2.2 中控樓及職工住宅樓采暖需要的熱量
職工住宅樓合計4層，估計面積2000m2。中控樓為現有建筑，采暖面積按2500m2。合計共需要采暖面積4500 m2，采暖為季節(jié)性需要熱量，每年合計4個月。采暖面積熱負荷估算指標按50W/ m2，合計810000 Kj/h。采暖用水采用二次換熱，供回水溫度按60℃/50℃。
預留中控樓中央空調制冷，采用熱水型單效溴化鋰吸收式制冷機，供熱水溫度95℃，空調面積冷負荷估算指標按110W/ m2，合計990000Kj/h，與采暖用熱不同季節(jié)使用。
3.2.3 職工洗浴
本廠職工共135人，設計20個淋浴器，小時需要40℃熱水量6t/h按自來水全年平均溫度15℃計算。
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洗浴需要的焓值 |
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溫度（℃） |
壓力（Mpa) |
流量(t/h) |
焓值(Kj/Kg) |
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15 |
0.2 |
6 |
63.1 |
|
40 |
0.2 |
6 |
167 |
共需要熱量：（167-63.1）×1000×6=623400Kj/h。余熱發(fā)電洗浴需要的熱量為全年連續(xù)性。
3.3 需要熱量與集熱罩收集熱量平衡比較
綜上分析，集熱罩可以回收的熱量2492932kj/h，擬消耗的熱量1015200Kj/h+810000 Kj/h+623400Kj/h=2448600Kj/h。富裕量作為回轉窯溫度波動時的修正。
4 回轉窯余熱利用流程
四臺集熱罩并聯布置，設計給水溫度70℃，出水溫度95℃，設置一臺高溫管道循環(huán)泵，補水采用高溫水箱補水，單臺集熱罩進出水均設置電動閥，在循環(huán)母管的95℃高溫端設置三臺換熱器，一臺用于洗浴，一次水參數95℃/70℃，二次水參數15℃/40℃，二次水流量6t/h。一臺用于采暖，一次水參數95℃/70℃，二次水參數50℃/60℃，二次水流量20t/h。一臺用于加熱鍋爐給水，一次水參數95℃/70℃，二次水參數42℃/47℃，二次水流量47t/h。采暖設置循環(huán)水泵、軟水水裝置、補水泵、過濾器、熱水箱等。
5 集熱罩的結構設計及系統設計要點
集熱器主要構造為單層回環(huán)鍋爐鋼管制作，鋼管用φ45×3mm，內部流通介質為循環(huán)水，集熱器共分四段（8000型）呈弧形分別覆蓋于三條輪帶間隔的兩段部分。這樣回轉窯胴體散出的熱量大部分通過集熱器收集，將其中循環(huán)管內的循環(huán)水加熱，循環(huán)水分別通過集熱器的進水口和出水口流入和流出。
循環(huán)水采用循環(huán)水泵驅動，集熱器裝置尺寸，根據回轉窯及周邊建筑物等安裝因素確定，所需材料外購并經加工制作完成。本系統嚴格按照壓力容器相關標準加工制作，并須經過嚴格的打壓試驗，并作出使用評估，以保證在使用過程中不致出現泄漏故障影響生產。主要包括設備、非標件的制作與安裝，管道的安裝及防腐、保溫，及與前期生活供水管道的合茬以及并聯系統的試驗、調試工作。
集熱罩結構要合理，以便于熱交換的順利進行，同時要考慮換熱器的安裝與維護方便。集熱罩的采熱面采用弧形結構較為合理，這樣可使集熱罩的不同區(qū)域與筒體表面充分接近，有利于熱輻射換熱的順利進行。同時應考慮避讓回轉窯上各裝置和設施。
集熱罩的設計要保證出水溫度要控制在一定的溫度范圍內，同時要保證回轉窯窯體的日常工作與維護不受影響。為了保證換熱效果，與回轉窯筒體表面距離不能太遠。同時考慮出水溫度要控制在一定范圍內，可選擇改變集熱罩采熱表面與回轉窯筒體表面距離與控制泵的流量相結合來實現。在集熱罩底部設置高低位置調節(jié)裝置，便于調節(jié)換熱表面與回轉窯筒體表面的距離。各換熱罩進水口處均設有以溫度為信號的電動調節(jié)閥，以控制集熱罩內進水量，間接控制換熱管和回轉窯筒體表面溫度。根據加熱循環(huán)冷凝水的水量和溫度，各集熱罩可通過安裝于各集熱罩間的串并聯調整閥門,實現各換熱罩串聯和并聯的切換。
換熱管束在圓形換熱罩內通過管板蛇形排列，在換熱罩內無焊縫連接。管束所有焊縫全部集中于換熱罩兩端外側，在兩換熱罩連接處設置可拆卸的連接過渡罩，便于維修、檢修。
在設計集熱罩安裝位置時要窯體的熟料燒成段，其次考慮分解帶與放熱反應帶。 管道鋪設走向可根據現場具體情況而定，管道架空鋪設，管道應考慮保溫、防腐及保護層安裝，在系統處設置放水閥等檢修裝置。
6 回轉窯余熱利用技術工程案例圖片
7 經濟效益和社會效益
7.1 余熱發(fā)電發(fā)電量給水提高5℃，理論可以提供熱量1015200Kj/h，理論提供282KW，實際平均提高180KW。全年7000h,合計增加發(fā)電量1260000 KW。電費扣除其它后，按0.5元/ KW.h,全年節(jié)約電費63萬元。
7.2 采暖按市區(qū)采暖收費計算
4500×0.16×120=8.64萬元
7.3 職工洗浴
全年節(jié)約燃煤量240噸，約合計15萬元。
合計全年節(jié)約總費用86.64萬元
7.4 重要的是，減少二氧化碳的排放，社會效益顯著。
8 工程投資費用（含設計、制作、安裝、調試）
不含中控樓采暖及新建澡堂
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設備、材料 |
數量 |
總價 |
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鍋爐鋼管（集熱罩鋼管） |
14噸 |
15.4萬元 |
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外護板 |
13.5噸 |
13.5萬元 |
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鋼結構（集熱罩支撐用） |
16噸 |
16萬元 |
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進、回水管路及附屬設備 |
主給水、循環(huán)泵等 |
31萬元 |
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保溫保護（集熱罩及管路） |
|
13萬 |
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二次熱站（洗浴、采暖、主給水） |
3套 |
26萬 |
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電控儀器 |
1套 |
16萬元 |
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合計 |
|
130.9萬元 |
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全年節(jié)省費用 |
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86.64萬元 |
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投資回收期 |
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1.51年 |
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增加辦公樓采暖 |
4500 ㎡ |
36萬元 |
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增加澡堂 |
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9 總結
通過以上大量的分析，在水泥生產線中，對回轉窯余熱進行利用是企業(yè)節(jié)能減排增效的一種很好的手段。
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