水泥窑旁路放风余热资源利用的探讨

李国强，朱彦坤

1 前言

众所周知，在水泥生产过程中使用一些含钾、钠、氯、硫等挥发性物质的原料、燃料会给水泥生产线系统的稳定运行带来严重影响。而目前国内外解决这一问题最有效的措施是采取旁路放风技术，即在窑尾和预热器之间增设旁路放风装置，从而减少挥发性组分的循环和富集。旁路放风的废气经过快速冷却、除尘后直接排放到空气中，而未予以利用，浪费了这部分余热资源。

目前，水泥窑预热器和篦冷机这两处的余热资源利用技术已经得到大范围推广，而对水泥窑旁路放风这部分余热资源的利用还未开展。随着带有旁路放风的水泥窑在国内的出现，如何快速、合理、有效地利用旁路放风这部分余热资源随之摆在了广大工程技术人员面前，因而开展旁路放风余热资源利用的研究具有非常重要的意义。

2 旁路放风余热资源的特点

目前，国内外旁路放风系统传统工艺流程主要有四种形式：

（1）带旋风收尘器及旁路气体返回主气流的旁路系统。这种系统比较简单，但只有在生料中挥发性有害成分含量不高时才会采用。

（2）带旋风收尘器及单独用于旁路气体电收尘器的旁路放风系统。

（3）直接由布袋收尘器收尘的旁路放风系统。

（4）直接由电收尘器收尘的旁路放风系统。

当挥发性有害成分含量较高，采用第一种旁路放风形式不能满足水泥质量要求的时候，应采用后三种旁路放风形式。由于水泥窑窑尾烟室温度一般在850℃～1100℃，相应地旁路放风的废气温度也较高，为了将废气中挥发性组分全部冷凝为固态，需要对旁路放风废气进行骤冷，使其温度降至350℃～450℃，经冷却除尘后排放到环境中，从而造成了旁路放风废气这部分余热资源的浪费。

旁路放风方式主要有两种：一种为国内资料介绍较多的间歇放风方式，理由是在相同放风量的条件下，间歇放风比连续放风能够排除更多的挥发成分[1]。但此种方式应视有害成分含量的高低及窑系统的运行情况而定。另外一种为连续性放风，此方式在国内某水泥厂已经安全、稳定运行，且实际效果比较理想。旁路放风废气的相对稳定（温度、流量）为我们利用这部分余热资源创造了条件，因此针对旁路放风工艺笔者提出了新的思路，即第五种旁路放风工艺——通过水泥窑窑尾余热锅炉（SP炉）将这部分余热资源利用后再排放，其工艺流程如图1所示。

3 旁路放风余热资源的利用

有文献数据表明，当旁路放风比例为5.26%时，单位熟料旁路放风量为0.0217m3（标）/h[2]。据了解，国内某水泥厂旁路放风采用10%的连续放风方式，运行效果相当明显，该放风系统实际单位熟料旁路放风量为0.0430m3（标）/h，与理论计算值0.0413m3（标）/h 之间的误差仅为4.16%。若能通过SP 炉利用这部分余热资源，一方面可解决水泥原料、燃料中钾、钠、氯、硫挥发性物质给水泥生产带来的危害，另一方面可增加余热电站的发电量，从而降低水泥生产的成本，提高整个水泥厂能源的综合利用效率。但由于旁路放风出旋风收尘器的粉尘又回到生料系统，故其放风效率会受到一定的影响。

现以2500t/d 新型干法水泥生产线余热发电项目为例进行计算比较。计算过程如下：

初始条件：水泥生产线实际产量2750t/d；采用窑头双压、窑尾单压模式；锅炉主蒸汽参数为1.7MPa/350℃、1.7MPa/310℃；低压蒸汽参数为0.45MPa/190℃；给水温度40℃；窑头锅炉（AQC炉）进口烟气参数：流量105000m3（标）/h；温度380℃；旁路放风采用10%的连续放风形式。

（1）对于传统水泥窑余热发电项目SP 炉初始参数如下：SP 锅炉进口烟气参数：流量180000m3（标）/h，温度330℃。

图1 旁路放风余热利用工艺流程

表1 带有旁路放风的水泥窑余热发电项目与传统水泥窑余热发电项目参数的比较

（2）带有旁路放风的水泥窑余热发电项目SP 炉初始参数如下：旁路放风废气参数为：温度1000℃，流量4732m3（标）/h（注：2750×1000/24×0.0413=4732m3（标）/h）。

经过快速冷却室冷却后，废气参数为：流量15232m3（标）/h，温度350℃。

冷却后的废气与预热器出口废气混合后进入SP 炉的废气参数为：流量195232m3（标）/h，温度331.5℃。

（3）计算结果

经过理论计算，带有旁路放风的余热发电项目与传统余热发电项目相比，参数有所变化，具体参数如表1所示。

从理论计算结果对比来看，将旁路放风余热资源利用起来的实际效果为：SP 炉蒸汽量增加1.36t/h，发电量增加232kWh，SP炉和AQC 炉总重量仅增加7t。在实际工程中，SP炉和AQC炉一般预留10%的余量，因此旁路放风余热资源的利用，对锅炉整体结构不会有任何影响，其经济效益明显。但由于旁路放风会增加水泥熟料烧成系统的热耗和电耗，建议该方案仅限于因有害组分含量较高而不得不采用旁路放风的项目中使用。

4 结语

随着水泥窑旁路放风技术在国内的逐步应用，旁路放风余热资源的合理利用成为一个新的亮点。本文所提出的旁路放风余热资源利用技术一方面可解决水泥生产原料、燃料中硫、碱和氯含量较高带来的一系列问题，给传统的旁路放风工艺提供一种余热利用的新思路；另一方面可充分利用水泥窑余热资源，提高SP 炉的产汽量，进一步提高余热电站的发电量，降低水泥生产成本。

[1]彭学平,胡芝娟.水泥窑旁路放风的设置及其效果[J].水泥技术,2001,(6)：10.

[2]万畅达,胡杨飞,夏俊雅,章诚.旁路放风风量的测试计算和理论计算[J].水泥,2011,(8)：18～22.