技术 | 回转窑筒体辐射热余热回收和利用

我国是世界上最大的水泥生产和消费国，也是能源紧缺国家，除了要充分利用水泥窑废气余热发电外，水泥窑简体表面辐射散热也应得到重视。某公司高原型2000t／d特种水泥熟料生产线于2010年初建成并投料生产，如何有效地回收利用余热是我们面临的新课题。2012年6月，6MW余热发电机组投入运行，日发电量达8—10万度。为了进一步回收熟料煅烧生产的热损失，分析了中4m×60m回转窑筒体表面温度的分布特点，根据回转窑筒体表面温度的中控扫描与实测数据，厂回转窑简体表面温度为230～350℃，局部高达400℃，筒体强制风冷或自然风冷，热量以辐射和空气自然对流方式直接排到大气环境中，浪费能源。

2012年年底，经公司研究决定，对回转窑筒体表面辐射散热损失进行回收利用。此项目由公司技术部自行研发并制作安装，所用技术主要是通过在回转窑筒体上安装弧形集热罩，以水为工质，利用余热锅炉定排废水，不足部分由发电软化水处理系统供给，由循环水泵送到集热罩，出集热罩热水温度达97℃以上，首先与窑头锅炉给水换热，提高了余热发电系统的热效率， 然后与自来水换热供澡堂洗浴用，最后再加一台加压泵，供生产办公区冬季采暖，冷却后的水再回循环水箱；夏季停止供暖，与自来水换热后直接回循24环水箱。2014年6月大修时安装，至今运行了3年，取得了非常好的环境与社会效益。本文对回转窑筒 体辐射热余热回收利用技术的设计、建设、运行效果及存在的问题进行总结，以资参考。

1 回转窑筒体辐射热回收流程

公司回转窑简体辐射热回收流程见图1。

图1 青海新型建材回转窑辐射热回收流程

2 窑体集热罩的设计

回转窑是一种高耗能设备，在熟料煅烧过程中，废 气热耗占干法窑的30％左右，简体辐射热耗占干法 窑的6％左右。表1为公司回转窑系统各部分需要热量(由南京工业大学材料学院标定)。在国家节能减排政策的号召下，回收回转窑废气余热的项目普遍展开，取得了可观的经济和环境效益，比如余热发电项目的配置。而回转窑简体表面温度大部分居于230～350℃之间，热量以辐射的方式和自然对流方式散失到环境中。

目前，此部分热量基本没有得到回收利用，即使有少量利用，也不是很完善。窑尾预热器、分解炉、篦冷机等静置设备的表面散热，可尽量能使用新型优质保温材料降低其能量损失。

表1回转窑系统各部位消耗热量分布

热辐射就像光一样，当射到某一物体上时，它具有反射、穿透、吸收的特性，其吸收部分又重新转变为热能。为了回收回转窑筒体辐射热散热损失，我们分析了设备正常运行时，筒体外表温度分布情况，烧成带简体外表面有6台轴流风机强制风冷，过渡带自然冷却，简体表面温度由筒体温度扫描仪24h实时监控，出现局部高温由现场巡岗人员再用红外测温枪测量做应急处理。图2为公司回转窑中控扫描简体温度分布(扫描长度为52 m)。

图2 回转窑简体扫描温度分布

在回转窑简体外围安装集热罩回收辐射热。集热单元布置在回转窑简体两轮带之间(见图3)，轮带两侧留出900mm的检查维修距离，圆弧形的集热单元其弧度是回转窑筒体的同心圆，集热罩内径距简体表面200mm。换热载体为软化水，由窑尾SP余热锅炉定排废水和发电水处理系统供给，循环水设30m³储水箱和循环水泵；吸热管组由多根中压锅炉无缝钢管组成，呈360°圆周均布，为保证热交换效率，吸热管表面用耐高温黑漆作防腐处理，增加黑度以降低反射性；在吸热管外侧装辐射能反射板，反射板采用δ0.5mm不锈钢板，它具有很高的漫反射性，使吸热管背面也受到辐射的能量反射，进一步提高吸热管受热面积，能够有效回收筒体表面向外辐射的热量，反射板固定在集热罩外壳体内侧的钢龙骨上，同时也是外壳体内保温材料护板。

来自循环水泵的水从集热罩底部进入，顶部出水，旨在将换热管内空气与蒸气顺利排出，所有的集热单元串联或并联安装。对于采用红外扫描温度仪测温的回转窑来说，这种全封闭回收方式使其无法对窑体表面温度进行探测。因此，设计时预留了红外扫描纵向检视口，也预留了人工测温窗口，给生产操作提供方便，不影响回转窑现有的运行工况和筒体外表面温度的检测。换热器主体安装在由槽钢焊接而成的支架上。图4为青海新型建材回转窑集热罩安装现场。

图3 回转窑集热单元布置

图4 青海新型建材回转窑集热罩安装现场

3 存在的缺点与下一步需解决的问题

（1）集热器安装在回转窑简体外侧，虽然有利于简体热辐射回收，但属静置设备，又悬空安装，回转窑又是回转设备，安装维护不方便。

（2）因筒体温度分布不是恒定参数，需对其出水(或蒸汽)温度进行自动检测，调节进水流量，保持出水(或蒸汽)温度基本恒定。

（3）因换热面积较大，由此而产生的热能还 未充分利用。

（4）正在探索其他的热量利用途径。

4 项目投资

本项新型实用技术的设计、加工、安装均在现场完成，其中钢材用量为110t，土建工程包括供水水泵站(室内为循环水箱及泵，澡堂供热水箱及泵，电气室)，室外管沟、管架基础，部分暖气安装等，造价为32.5万元。综合造价为149.5万元 (见表2)。

表2 项目建设费用构成

5 应用效果

公司回转窑筒体辐射热余热回收利用技术将窑简体360°全封闭，在一定程度上回收了简体表面的散热，但是，该回收方式筒体和集热罩中间间隙层的空气温度升高导致简体散热不畅，对烧成带窑皮存在不利影响，简体外表和耐火砖内侧温差减小，窑皮容易脱落。后拆除煅烧带下部180°集热罩，只保留上部180°集热罩，过渡带360°全封闭。整改后运行至今已3年，无任何不利影响。

本新型实用技术的设计初衷是办公区冬季采暧、职工食堂、澡堂采暖供热水，夏季澡堂供热水。但本项回转窑筒体表面辐射热回收装置采热面积375 m²，在实际应用时，才知道来自循环水泵的30~35℃的水以每小时30m³水量供给，加热后温度升至97℃以上，产生大量蒸汽。这种情况下，澡堂供热30m³换热水箱根本吸收不了这么多热量，回水水温升高，循环水箱水温升高，再次进集热罩后蒸汽量更大，并大量蒸发。

随后增加列管式换热器，一级列管式换热器提高窑头锅炉供水温度，由40℃升高至75℃，循环水温降低到75℃左右；二级列管式换热器给自来水加热，循环水温由75℃降低50℃，自来水由10℃左右升温50℃供厂区工人洗澡和生活用水；三级换热为生产区办公楼、中控楼、部分岗位值班室、食堂澡堂采暖， 循环水温由50℃降低到30～35℃，然后回到循环水箱。夏季停止供暖，与自来水换热后直接回循环水箱。

本新型实用技术的应用提高了余热发电效率，节省因采暖、洗浴用热水产生的燃料费、动力 费、人工费、每年的维修费、采暖电费，减少了锅炉燃煤和采暖煤炉产生的粉尘和碳排放，节约用 电，是企业清洁生产、低碳生活、节能环保的新方法。

虽然多余热量提供给了余热发电系统，但窑筒体散热占总热量的5.68％，回收的辐射热少之又少；又因为本窑在处理电石渣，生料中电石渣含量达45％左右，C₁筒出口温度长期处于350~400℃，相比废气余热，筒体辐射热回收对发电量的增加微不足道。

如果不是利用回转窑筒体辐射热余热回收利用技术采暖、供热，而是采用其他方式实现这种采暖、供热效果，公司年花费约130万元。从表2可知，该项目总投资149.5万元。如果加上对余热发电的贡献，该技术可实现当年收回投资。