水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法及其系统.pdf

本发明公开了一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法及其系统，所述余热回收系统包括窑头孰料冷却机，余热锅炉及循环风机；窑头孰料冷却机通过烟道与余热锅炉连通，通过循环风机将烟气抽引至余热锅炉；余热锅炉包括次中压余热锅炉及水预热器，窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉，再引入水预热器换热；烟气经过次中压及水预热器梯级换热后，通过循环风机抽吸，返送回窑头孰料冷却机底部的风箱。本发明设置了次中压、低压余热锅炉及水预热器能量梯级回收系统，显著提高余热锅炉的运行参数，稳定余热锅炉的产汽量、压力和温度，同时使窑头孰料冷却机低温烟气的热量得到稳定高效地回收。

1.  一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法，其特征在于，采用循环风机，将来自窑头孰料冷却机高温段的高温烟气，先行引入次中压余热锅炉进行余热回收，再引入水预热器进行换热，最后返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环。

2.  一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法，其特征在于，采用循环风机，将来自窑头孰料冷却机高温段的185～400℃高温烟气，先引入次中压余热锅炉进行余热回收；在烟气温度降低至150～185℃后，引入低压余热锅炉进行余热回收；在烟气温度降低至90～150℃后，引入水预热器进行换热；最后返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环。

3.  根据权利要求2所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法，其特征在于，所述次中压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在1.0～3.8MPa的锅炉；低压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在0.1～0.5MPa的锅炉；水预热器是指出水温度在80～135℃，运行压力在1.0～4.0MPa的锅炉。

4.  一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，包括窑头孰料冷却机，余热锅炉及循环风机；所述余热锅炉的入口端通过烟道与所述窑头孰料冷却机的高温段连通，出口端则通过设置有循环风机的烟道与所述窑头孰料冷却机底部的风箱连通；余热锅炉的入口端、出口端之间顺序设置有次中压余热锅炉、水预热器；窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉后，再引入水预热器换热；最后通过循环风机抽吸，返送回窑头孰料冷却机底部的风箱。

5.  根据权利要求4所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，连通所述余热锅炉进口端和所述窑头孰料冷却机的烟道为一条或多条管道。

6.  根据权利要求4所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，所述     低温烟气余热回收系统烟气侧仅设置一台风机。

7.  根据权利要求4所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，所述余热锅炉的进口端为沉降室。

8.  根据权利要求4所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，所述次中压余热锅炉设置有蒸汽过热器、蒸发器及软水加热器。

9.  根据权利要求1所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，余热锅炉还包括设置在次中压余热锅炉及水预热器之间的低压余热锅炉。

10.  根据权利要求9所述水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，其特征在于，所述低压余热锅炉设置有蒸汽过热器、蒸发器及软水加热器。

水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种烟气余热回收方法及其系统，更具体地涉及一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法及其系统。
背景技术
水泥熟料锻烧过程中，由窑尾预热器、窑头熟料冷却机等排出的400℃以下废气，其热量约占水泥熟料烧成总耗热量30%以上，造成严重的能源浪费。水泥生产，一方面消耗大量的热能（每吨水泥熟料消耗燃料折标准煤为100～115Kg），另一方面消耗大量的电能（每吨水泥消耗90～115Kw·h）。如果将排出的400℃以下废气余热转换为电能并回用于水泥生产，可使水泥熟料生产综合电耗降低60%或水泥生产综合电耗降低30%以上，对于水泥生产企业：可以大幅度减少向社会发电厂的购电量或大幅度减少水泥生产企业燃烧燃料的自备电厂的发电量以大大降低水泥生产能耗；可避免水泥窑废气余热直接排入大气造成的热岛现象，可减少CO₂等燃烧废物的排放而有利于保护环境。
目前新型干法水泥熟料生产线余热回收系统中，水泥厂窑头孰料冷却机普遍采用开放式余热回收系统，开放式余热回收系统是指：在余热锅炉出口处设置引风机，被冷却的烟气（通常在90～100℃）直接排入大气。开放式烟气系统是一种传统的余热回收系统，见图1，窑头孰料冷却机1通过一条烟道与余热锅炉2进口端连通，烟气依靠设置在余热锅炉2出口处的引风机8 的抽吸通过余热锅炉2，换热冷却后的烟气后排入大气。开放式余热回收系统结构设置简单，但其产汽量、温度和压力低，也不稳定，热效率低下；同时由于在余热锅炉2出口处设置引风机8，亦在窑头孰料冷却机1底部风箱设置鼓风机9，额外增加了二次能源消耗；换热冷却后的烟气（通常在90～100℃）其焓值在119～132Kj/Nm³，针对低温余热回收领域来说，此品味的烟气不加以循环利用是一种浪费。
发明内容
本发明是基于对窑头孰料冷却机低温烟气温度分布规律深入了解的基础上提出的，目的是为了切实解决上述技术问题而提出的一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统。所述系统是烟气全循环能源梯级利用系统，包括窑头孰料冷却机，余热锅炉及循环风机；窑头孰料冷却机通过烟道与余热锅炉连通，通过循环风机将烟气抽引至余热锅炉；余热锅炉包括次中压余热锅炉、低压余热锅炉及水预热器，窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉，次中压余热锅炉换热后较低温度的烟气再行引入低压余热锅炉，最后引入水预热器换热；烟气经过次中压、低压余热锅炉及水预热器梯级换热后，通过循环风机抽吸，返送回窑头孰料冷却机底部的风箱。
为实现以上的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法，采用循环风机，将来自窑头孰料冷却机高温段的高温烟气，先行引入次中压余热锅炉进行余热回收，再引入水预热器进行换热，最后返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环。
本发明的另一个技术目的是提供一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收方法，采用循环风机，将来自窑头孰料冷却机高温段的185～400℃高温烟气，先引入次中压余热锅炉进行余热回收；在烟气温度降低至150～185℃后，引入低压余热锅炉进行余热回收；在烟气温度降低至90～150℃后，引入水预热器进行换热；最后返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环。
作为本发明的进一步改进，所述次中压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在1.0～3.8MPa的锅炉；低压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在0.1～0.5MPa的锅炉；水预热器是指出水温度在80～135℃，运行压力在1.0～4.0MPa的锅炉。
本发明的再一个技术目的是提供一种水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统，包括窑头孰料冷却机，余热锅炉及循环风机；所述余热锅炉的入口端通过烟道与所述窑头孰料冷却机的高温段连通，出口端则通过设置有循环风机的烟道与所述窑头孰料冷却机底部的风箱连通；余热锅炉的入口端、出口端之间顺序设置有次中压余热锅炉、水预热器；窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉后，再引入水预热器换热；最后通过循环风机抽吸，返送回窑头孰料冷却机底部的风箱。
连通所述余热锅炉进口端和所述窑头孰料冷却机的烟道为一条或多条管道。
所述低温烟气余热回收系统烟气侧仅设置一台风机。
所述余热锅炉的进口端为沉降室。
所述次中压余热锅炉设置有蒸汽过热器、蒸发器及软水加热器。
余热锅炉还包括设置在次中压余热锅炉及水预热器之间的低压余热锅炉。
所述低压余热锅炉设置有蒸汽过热器、蒸发器及软水加热器。
本发明所述的水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统优点如下：
（1）热回收率高
本发明所述系统是烟气全循环能源梯级利用系统，所述窑头孰料冷却机低温烟气经所述余热锅炉换热冷却后，通过循环风机抽吸返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环，余热回收率同现有技术相比提高20～30％。
（2）余热锅炉蒸发量、压力及温度稳定
本发明所述系统余热锅炉采用不同的运行参数（次中压及低压）设计，窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉，次中压余热锅炉换热后较低温度的烟气再行引入低压余热锅炉，最后引入水预热器换热，使得余热锅炉的蒸发量（产汽量）、压力及温度稳定，同时蒸汽参数得到显著提高。
（3）现场条件适应性强
本发明所述的余热锅炉包括次中压余热锅炉和低压余热锅炉，可根据现场条件，次中压余热锅炉和低压余热锅炉可组合布置，亦可以分散布置；亦根据现有条件灵活调整设备形状及尺寸，为设计制造、现场安装及运营维护带来很大方便。
（4）管箱式模块化设计
本发明所述的余热锅炉装置，采用模块化设计，制造厂组装出厂。本发明可以缩短余热锅炉的安装工期，节省劳动力成本，大幅降低安装费用；制造厂内焊接质量得到较好的控制，延长锅炉使用寿命；最大程度的避免锅炉传热面在运输过程中受到的损伤。
（5）余热锅炉运行稳定，运维成本低
本发明所述的沉降室，设置于余热锅炉之前，烟气经沉降室重力除尘和重新分布动力场后，均匀进入余热锅炉。所述结构减少了烟气中的含尘量；降低了锅炉入口烟气的风速；提高了经济效益，使得锅炉因磨损爆管次数的减少，避免业主的日常维护费用，稳定的锅炉蒸发量，大大提高了业主的经济收益。
（6）余热回收系统自耗能降低
本发明所述系统是烟气全循环系统，窑头孰料冷却机与余热锅炉间建立封闭式全循环烟道，烟气循环回路中只需设置一台循环风机（目前现有技术中至少需设置鼓、引风机各一台），有效降低了所述余热回收系统自耗能，进一步提高余热回收系统的经济效益。
附图说明
图1为现有技术中水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统的一个实施例的结构示意图，即开放式余热回收系统；
图2是本发明的水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统的一个实施例的结构示意图，即全循环式余热回收系统( 分别设置次中压余热锅炉和低压余热锅炉)；
图3是本发明的水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统的另一个实施例的结构示意图，即全循环式余热回收系统( 设置次中压余热锅炉)；
图中：1. 窑头孰料冷却机，2. 余热锅炉，3. 循环风机，4. 沉降室，5. 次中压余热锅炉，6. 低压余热锅炉，7. 水预热器，8. 引风机，9. 鼓风机。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明具体实施例的结构示意图，以下将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。
本发明基于现有水泥厂窑头孰料冷却机普遍采用开放式余热回收系统所存在的不足，提供一种闭环的余热回收方法，即：采用循环风机，将来自窑头孰料冷却机高温段的高温烟气，先行引入次中压余热锅炉进行余热回收，再引入水预热器进行换热，最后返送回窑头孰料冷却机底部的风箱，再次参与烟气换热循环；考虑到余热锅炉蒸发量、压力及温度稳定性要求，本发明采用组合锅炉进行余热回收，即将烟气先引入次中压余热锅炉进行余热回收，再引入低压余热锅炉进行余热回收。
上述余热回收过程中：
次中压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在1.0～3.8MPa的锅炉；
低压余热锅炉是指主蒸汽运行参数在0.1～0.5MPa的锅炉；
水预热器是指出水温度在80～135℃，运行压力在1.0～4.0MPa的锅炉。
水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统采用了多压力的运行参数设置，提高了余热回收系统效率，在稳定高效利用窑头孰料冷却机不同废气温度余热的同时，实现了热量根据其温度进行梯级利用的原理。
次中压余热锅炉利用窑头孰料冷却机185～400℃废气温度的余热；
低压余热锅炉利用窑头孰料冷却机150～185℃废气温度的余热；
水预热器利用窑头孰料冷却机90～150℃废气温度的余热。
根据本发明的水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统的一个具体实施例，所述余热锅炉的入口端通过一条或多条烟道与所述窑头孰料冷却机的高温段连通，其出口端通过设置有循环风机的烟道与所述窑头孰料冷却机底部的风箱连通。由于设置了烟气全循环余热锅炉系统，提高和稳定了余热锅炉进口烟气温度，在提高余热锅炉运行参数的同时实现了稳定余热锅炉的产汽量的目的；设置于余热锅炉尾部的水预热器，通过梯级换热，使窑头孰料冷却机低温烟气的热量得到进一步地回收，使余热资源实现最大化的利用；本发明的余热回收系统热能回收率同现有技术相比提高20～30％。
根据本发明的水泥厂窑头孰料冷却机低温烟气余热回收系统的一个具体实施例，所述系统是烟气全循环能源梯级利用系统，包括窑头孰料冷却机，余热锅炉及循环风机；窑头孰料冷却机通过烟道与余热锅炉连通，通过循环风机将烟气抽引至余热锅炉；余热锅炉包括次中压余热锅炉、低压余热锅炉及水预热器，窑头孰料冷却机高温段的高温烟气先行引入次中压余热锅炉，次中压余热锅炉换热后较低温度的烟气再行引入低压余热锅炉，最后引入水预热器换热；烟气经过次中压、低压余热锅炉及水预热器梯级换热后，通过循环风机抽吸，返送回窑头孰料冷却机底部的风箱。
图2公开了一种梯级余热回收系统，该梯级余热回收系统包括窑头孰料冷却机1；所述系统的余热锅炉2包括次中压余热锅炉5、低压余热锅炉6及水预热器7，余热锅炉2底部的进口端设置有沉降室4，沉降室4通过烟道与窑头孰料冷却机1连通；循环风机3的入口端与余热锅炉2的出口端连通，其出口端与窑头孰料冷却机1底部的风箱连通。具体的，窑头孰料冷却机高温段的烟气通过循环风机3由窑头孰料冷却机1顶部的一条或多条管道抽出，引入余热锅炉2 的进口端。窑头孰料冷却机顶部引出管道的数量，根据余热锅炉的汽水运行参数确定。所述高温段的烟气经沉降室4重力除尘和重新分布动力场后，均匀进入余热锅炉2；高温段的烟气先行引入次中压余热锅炉5，次中压余热锅炉5换热后形成的低温烟气再行引入低压余热锅炉6，最后引入水预热器7换热；经过次中压余热锅炉5、低压余热锅炉6及水预热器7梯级换热后的烟气，由循环风机3抽吸，通过一条或多条管道返送回窑头孰料冷却机1底部的风箱。
图3公开了一种次中压余热回收系统，该次中压余热回收系统包括窑头孰料冷却机1；所述系统的余热锅炉2包括次中压余热锅炉5及水预热器7，余热锅炉2底部的进口端设置有沉降室4，沉降室4通过烟道与窑头孰料冷却机1连通；循环风机3的入口端与余热锅炉2的出口端连通，其出口端与窑头孰料冷却机1底部的风箱连通。具体的，窑头孰料冷却机高温段的烟气通过循环风机3由窑头孰料冷却机1顶部的一条或多条管道抽出，引入余热锅炉2 的进口端。窑头孰料冷却机顶部引出管道的数量，根据余热锅炉的汽水运行参数确定。所述高温段的烟气经沉降室4重力除尘和重新分布动力场后，均匀进入余热锅炉2；高温段的烟气先行引入次中压余热锅炉5，次中压余热锅炉5换热后形成的低温烟气再行引入水预热器7换热；经过次中压余热锅炉5及水预热器7梯级换热后的烟气，由循环风机3抽吸，通过一条或多条管道返送回窑头孰料冷却机1底部的风箱。
根据余热回收系统汽水运行条件及现场条件，次中压余热锅炉可单独设置，亦可与所述低压余热锅炉组合设置。
本发明中的次中压余热锅炉可以根据系统设计的需要，设置蒸汽过热器、蒸发器和软水加热器（图中未示出）；低压余热锅炉可以根据系统设计的需要，设置蒸汽过热器、蒸发器、软水加热器（图中未示出）。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。