水泥回转窑筒体表面余热回收利用分析

李宗华1董炳蔚2

摘要：在工业生产领域，水泥行业的生产会造成较高的污染和能源消耗，相比于世界先进水平，我国在新型干法水泥窑方面还存在较高的电能消耗和热能消耗，在可持续发展战略不断深化的背景下，节能减排已经成为了水泥行业发展必须要重视的问题，而作为水泥生产设备主要内容的回转窑，其在整个生产线当中的能源消耗能够占据85%以上的比重，是干法水泥生产线的重要组成部分，因此，水泥行业想要达到节能减排的目标，就必须要从回转窑入手，对其筒体表面余热进行回收利用，在提升能源利用率的同时，推动水泥行业的可持续发展，基于此，文章针对水泥回转窑筒体表面余热的回收利用进行具体论述。

关键词：水泥回转窑；筒体表面；余热回收利用

经济建设的快速发展，对水泥行业的发展产生了很大的促进作用，使该行业已经成为国家建设的基础保障，但从该行业目前的发展情况来看，其高能耗的特点，导致该行业的发展受到了电力资源、煤炭资源的应用以及污染物过度排放等因素的影响。而在水泥生产过程中，熟料煅烧是最大的能源消耗环节，是实现可持续发展过程中需要重点关注的一环，所以，针对水泥回转窑的筒体表面余热进行回收利用具有非常重要的意义，有必要进行相应的分析工作。

一、回转窑设备的组织结构

窑筒体、窑头罩、窑头窑尾密封、窑尾烟室、传动机构、挡轮、粉煤燃烧装置、支撑转动拖轮以及烧成冷却装置等内容是构成回转窑设备的主要部件。

其中，窑筒体主要采用厚钢板经过卷制形成的，在内部砌有耐火砖，倾角为3%-4%，在窑筒体的首部和尾部设有护口砖，主要使用具有良好耐热性能的钢材制成，托轮部分会设置配套的轮带，而传动部分则设有大齿轮，并且在窑头罩以及窑尾烟室结构等部分设有相应的密封装置[1]。

对于回转窑来说，其与前后装置设备的衔接需要由窑头罩和窑尾烟室来完成，他们属于静态设备；而煤粉燃烧装置主要是通过粉煤的燃烧，向水泥生料传递热量，以此来完成煅烧烧成处理，当前阶段，很多回转窑当中都加设了自动控制系统和安全控制系统，并且在窑筒体烧成带、轮带部件、窑头罩以及窑尾烟室等部分都设置了自动温度监测设备，如果出现温度超标的现象，检测仪会通过自动控制，对窑运转参数进行调整，必要时会发出指令，使回转窑停车并通知技术人员进行检修处理。

回转窑当中的传动装置包括变速箱、小齿轮、大齿轮、辅助传动电机以及直流传动电机等，其中需要重点关注的内容就是小齿轮在设备中的定位。

托轮具有支撑筒体的作用，而支撑座和托轮转轮之间采用铜合金轴瓦进行接触，其中配备水冷却系统及润滑油。随着水泥行业的发展，回转窑逐渐趋于大型化，在斜度方面会对窑产生较大的轴向推力，对托轮角度进行简单的调整，使轴向力得到抵消并不能使生产的要求得到有效的满足，所以，目前大多会采用液压系统对液压挡轮进行控制，不仅能够承受窑的轴向推力，还能使回转窑沿着轴向进行缓慢的往复运动[2]。

二、目前我国在水泥回转窑筒体表面余热回收利用方面的状况

当前阶段，我国的水泥行业在利用回转窑余热方面主要应用窑炉尾气进行发电，但对回转窑筒体表面产生余热却并没有多少回收利用的研究，但已经有小部分的水泥厂开始针对回转窑筒体表面部分的余热资源进行回收利用的尝试，并有部分科研人员在该方面申请了专利[3]。

例如，河南某公司应用5000t/d回转窑中的筒体辐射热对日常用水进行加热处理，使员工的洗澡用水问题得到了有效的解决，该公司主要是在窑尾的第二层平台以及预热器框架等部分进行热交换装置的配置，经过实际测试，通过该装置只需要5h就能够将10t的水加热到80℃，看似简单的热能节约，每年却可以减少147.6t的原煤使用量，按照原煤1.5%的二氧化碳含量以及28%的灰分含量进行计算，相比于干排废渣锅炉，能够使二氧化碳排放量降低3.1t，烟尘排放量降低7.5t，而废渣及粉煤灰的排放量能够减少35t。

山东某公司利用无缝钢管以及保温材料制成换热罩，并将换热罩加装在回转窑表面，主要使用钢架结构对换热罩进行支撑，使其能够很好的罩在窑体上半周部分，进行该项处理共投资了90万元，使公司办公楼、公寓楼共12000㎡的供暖问题得到了有效的解决，同时还满足了600名职工的热水应用需求，节省了锅炉房建设和水暖锅炉购进费用共30万元，同时节约供暖燃煤370t，热水燃煤135t，平均每年可以节约75万元的消耗，能够有效提升企业的经济效益。

辽宁某水泥公司通过对箱体组合结构的应用，并采用间歇式的供水模式，使公司职工的日常饮水以及浴室用水需求得到了有效的满足，在此过程中，该公司的人工费及材料费投入供给5万元，正式投入使用以后，每年的煤炭节约量能够达到300t，节约下来的费用为13万元，通过对这种余热供水装置的应用，使公司职工的生产、生活条件得到很大的改善，同时也减少了煤炭燃烧产生的二氧化碳排放量，使该公司的运营获得了良好的社会效益以及经济效益。

结合上述案例来看，我国在水泥回转窑筒体表面余热方面的回收利用方式还比较简单，在余热利用装置方面的应用还不够严谨，未能对传热过程进行深入的研究和分析，且热工设计方法较为落后，导致余热回收利用效率不高，而且在实际生产当中，未能针对余热回收装置制定系统的安装准则和维护准则，所以此类装置在我国的应用范围还比较小。

三、水泥回转窑余热回收方面的相关专利

根据资料调查发现，在近几年当中，针对水泥回转窑表面余热进行设计的回收利用装置具体如下：第一种是针对干法回转窑设计的表面余热利用装置，该装置主要是使用若干个取热装置构成，布置在回转窑表面外壳结构中，其原理是借助对流及辐射的方式对回转窑表面余热进行回收利用；第二种余热利用装置主要是对若干换热器单元进行组合，构建弧形管排结构，利用电子温控器对水温进行自动的测量，根据温度设定要求，对水泵运转进行自动控制，该发明能够对回转窑表面余热加以回收，提供具有稳定温度的热水；第三种是针对水泥厂当中的高温炉提余热设计的回收装置，该装置的构成包括集热装置、U型集热管、保温层以及反射层等，该项发明能够对回转窑窑体产生的热能进行有效的收集。

上述余热回收专利与很多企业当前应用的方案相比，不管是在原理上，还是在结构上都具有较大的优势，但在加强集热效率过程中是否会影响到水泥回转窑当中的内部反应，目前还没有相对统一的定论，而且在成本消耗方面还需要进行深入的研究。

结语

综上所述，水泥行业在生产过程中会造成大量的能源消耗，同时还会产生一定的污染排放问题，这些都是影响该行业发展的重要因素，因此，水泥行业在未来发展的过程中，应该对节能减排理念保持重视，并对其进行合理的应用，特别是在能耗占比较高的回转窑部分，应该针对其筒体余热利用加强研究，通过对先进理念与技术的有效应用，使筒体表面余热能够得到高效的回收及利用，在提升资源利用率的同时，降低能源的消耗量以及污染物的排放量，以此来推动水泥行业的可持续发展。

参考文献：

[1]吴睿，田晴晴.浅析国内水泥回转窑筒体表面余热回收利用现状[J].科学与财富，2015，6（5）：476-476，477.

[2]闻讯.水泥回转窑系统余热回收分析与实施[D].山东大学，2014.

[3]李超.水泥回转窑余热回收利用系统实验分析与数值模拟[D].山东大学，2015.