Izmenjevalnik za rekuperacijo energije kotla vbrizga pravo zlato in srebro v nizko{0}}pretvorbo ogljika v cementarnah

Poraba energije v cementarnah je v glavnem koncentrirana v procesu kalcinacije klinkerja, kotli kot osnovna oprema za oskrbo s toplotno energijo v tem procesu pa imajo običajno temperature emisij dimnih plinov med 180 in 600 stopinj. Temperatura izpušnih plinov na repu nekaterih velikih rotacijskih peči lahko doseže celo 900 stopinj do 1000 stopinj, kar vsebuje ogromen potencial za vire odpadne toplote. Po statističnih podatkih izguba energije zaradi nezadostnega izkoriščanja odpadne toplote v kitajskem industrijskem sektorju vsako leto doseže stotine milijonov ton standardnega premoga. Optimiziranje delovanja izmenjevalnikov toplote lahko izboljša toplotno učinkovitost za 15% -30%. Za cementno industrijo je učinkovita rekuperacija odpadne toplote iz dimnih plinov iz kotla enakovredna odprtju "sekundarnega energetskega" kanala, ki lahko zmanjša porabo fosilnih goriv in emisije ogljika ter doseže dvojno izboljšanje gospodarskih in okoljskih koristi.
Jedro uporabe toplotnih izmenjevalnikov za rekuperacijo kotlovske toplote v cementarnah je rekuperacija odpadne toplote iz izpušnih plinov iz kotla s tehnologijo učinkovite izmenjave toplote in nato pretvorba v uporabno toplotno ali električno energijo v skladu s proizvodnimi potrebami, s čimer se doseže kaskadna izraba energije. Na podlagi proizvodnih pogojev cementarn se njihovi scenariji uporabe osredotočajo predvsem na tri ključne povezave, ki zajemajo celoten proces rekuperacije odpadne toplote in se prilagajajo virom odpadne toplote različnih temperaturnih nivojev.

Na področju visoko{0}}temperaturne rekuperacije odpadne toplote se toplotni izmenjevalniki kotlovske rekuperacije večinoma uporabljajo za obdelavo visoko{1}}temperaturnih dimnih plinov na repu peči in izstopu iz hladilnika rešetke rotacijskih peči. Visoko{3}}temperaturni odpadni plin, ki se odvaja iz repa velike cementne peči, se lahko po izmenjavi toplote v toplotnem izmenjevalniku zniža z več kot 600 stopinj na pod 200 stopinj, s čimer izpolnjuje operativne zahteve kasnejših sistemov za zbiranje prahu v vrečah, medtem ko pridobi veliko količino visokokakovostne-odpadne toplote. Rekuperirana visoko{8}}temperaturna odpadna toplota se lahko uporabi za pogon parnih turbin za proizvodnjo električne energije. Na primer, podjetje Lucky Cement v Pakistanu je s spremembo svoje motorne elektrarne sprejelo sistem, sestavljen iz 11 kotlov-za rekuperacijo odpadne toplote z visokim izkoristkom, ki rekuperirajo skupno 27 MWh odpadne toplote, ki lahko proizvede 6 MWh električne energije, s čimer poveča izhodno moč elektrarne za približno 10 % in znatno zmanjša porabo goriva in emisije. Na Kitajskem je skupina Henan Mengdian Group opremila svojo linijo za proizvodnjo klinkerja s kotli za odpadno toploto, ki rekuperirajo odpadno toploto iz glave in repa peči za proizvodnjo električne energije ter dodatno rekuperirajo odpadno toploto pri nizkih-temperaturah po proizvodnji električne energije za projekte stanovanjskega ogrevanja, s čimer dosežejo učinkovito kaskadno izkoriščanje odpadne toplote.

Nizko{0}} in srednje-rekuperacija odpadne toplote je še en pomemben scenarij uporabe toplotnih izmenjevalnikov z rekuperacijo kotlovske toplote, namenjen predvsem nizko{2}} in srednje-temperaturnim dimnim plinom, ki jih oddaja različna pomožna oprema v proizvodnji cementa. Na primer, 200-300-stopinjski odpadni plin, ki se izpušča iz nizko-temperaturnega odseka hladilnika zadnjega dela peči, lahko po rekuperaciji odpadne toplote prek toplotnega izmenjevalnika ustvari paro pod nizkim-tlakom. To paro je mogoče uporabiti za dopolnjevanje procesne vode, gospodinjske vode za zaposlene ali kot vir toplote za hladilnike litijevega bromida za hlajenje proizvodne delavnice in bivalnega prostora. Srednje{11}}temperaturni dimni plin iz repa rotacijske peči majhne cementarne lahko po obdelavi v toplotnem izmenjevalniku proizvede paro z nizkim{13}}tlakom 0,3-0,8MPa, kar zadosti potrebam po toplotni energiji proizvodnih procesov v-majhnem obsegu. Poleg tega nekatere cementarne uporabljajo tudi pridobljeno nizko- in srednjetemperaturno odpadno toploto za sušenje surovin. Po uvedbi toplotnega izmenjevalnika za rekuperacijo odpadne toplote dimnih plinov je ena cementarna znižala temperaturo emisije dimnih plinov z 220 stopinj na 90 stopinj, zmanjšala porabo energije na tono cementa za 8 % in prihranila več kot en milijon juanov pri stroških letno, kar dokazuje pomemben učinek varčevanja z energijo.

Poleg neposredne rekuperacije toplote in ponovne uporabe je mogoče toplotne izmenjevalnike kotla za rekuperacijo toplote globoko integrirati s čistimi nizkotemperaturnimi-sistemi za proizvodnjo odpadne toplote v cementarnah, da zgradimo zaprt{1}}energetski sistem za "rekuperacijo-odpadne toplote-proizvodnje energije." Trenutno je pridobivanje odpadne toplotne energije postalo glavno sredstvo cementnih podjetij za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij. Kot osrednja komponenta sistema za proizvodnjo energije iz odpadne toplote je toplotni izmenjevalnik z rekuperacijo toplote kotla odgovoren za pretvorbo odpadne toplote dimnih plinov v paro za pogon parne turbine za proizvodnjo električne energije. Podatki iz industrije kažejo, da je Wannianqing Cement na Kitajskem že začel obratovati 10 enot za proizvodnjo energije iz odpadne toplote z nameščeno zmogljivostjo 80,30 MW. Izkoriščanje proizvodnje odpadne toplote lahko zadosti približno 50 % potreb po električni energiji sistema peči podjetja. Leta 2024 je Shangfeng Cement izkoristil odpadno toploto za proizvodnjo 473 milijonov kilovat-ur električne energije, s čimer je zmanjšal emisije ogljikovega dioksida za 389.800 ton. To ni samo znižalo stroške električne energije podjetja, ampak je tudi povečalo njegovo zeleno konkurenčnost, kar je postalo pomembna prednost za "zeleno naročanje" podjetij na nižji stopnji in ocene ESG. Anhui Conch Kawasaki je po vsem svetu postavil 302 enoti za proizvodnjo toplotne energije iz cementnih odpadkov, ki letno proizvedejo 26,63 milijarde kWh električne energije. Izračunano z uporabo istih standardov kot pri proizvodnji toplotne energije, to pomeni letni prihranek 9,587 milijona ton standardnega premoga in zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida za 24,582 milijona ton, kar dokazuje neizmerno vrednost tehnologije rekuperacije odpadne toplote.

V primerjavi s tradicionalnimi metodami rekuperacije odpadne toplote ponujajo toplotni izmenjevalniki kotlovske toplote pomembne tehnološke prednosti in prilagodljivost v cementarnah. Dimni plini iz cementarne imajo zapleteno sestavo, saj vsebujejo velike količine prahu, SO₂, NOx in drugih snovi, ki zlahka povzročijo korozijo opreme, kopičenje pepela in obrabo. Namenski toplotni izmenjevalniki kotlov z rekuperacijo toplote, ki uporabljajo korozijsko-odporne zlitine in tehnologijo kompozitnih premazov, nudijo več kot trikrat večjo odpornost proti koroziji, kar jim omogoča, da prenesejo težka okolja dimnih plinov, ki vsebujejo žveplo in prah, z življenjsko dobo, ki presega 10 let. Medtem ima izmenjevalnik toplote visoko-učinkovit prenos toplote. Z optimizacijo strukture pretočnega kanala in parametrov rebrov se koeficient prenosa toplote poveča za 20%-40%, koeficient prenosa toplote nekaterih toplotnih izmenjevalnikov toplotne cevi pa lahko doseže 1500-3000 W/(m²·K). Odlikuje ga tudi dobro izotermično delovanje, manj nabiranja prahu in preprosto vzdrževanje. Okvara ene same toplotne cevi ne bo vplivala na celotno delovanje, kar bo znatno izboljšalo stabilnost in zanesljivost opreme. Poleg tega modularna zasnova omogoča prilagodljivo prilagajanje proizvodnemu obsegu in parametrom dimnih plinov cementarne s kratkim dobavnim ciklom. Prilagodljiv je za proizvodne linije cementa z različnimi zmogljivostmi, kar omogoča natančno rekuperacijo odpadne toplote tako za velike proizvodne linije klinkerja kot za majhne cementarne.

V praktičnih aplikacijah je uporaba toplotnih izmenjevalnikov z rekuperacijo kotlovske toplote cementarnam prinesla pomembne gospodarske, okoljske in družbene koristi. Z ekonomskega vidika rekuperacija odpadne toplote neposredno zmanjša porabo energije, kot sta premog in elektrika, s čimer zniža proizvodne stroške. Obdobje vračila naložbe je običajno 3-10 let, pri nekaterih optimiziranih projektih pa se lahko skrajša na manj kot 1,5 leta. Na primer, parni kotel s kapaciteto 10-ton/uro, opremljen z ekonomizatorjem (preprost izmenjevalnik toplote za rekuperacijo toplote), lahko letno prihrani približno 200 ton standardnega premoga, kar neposredno zmanjša obratovalne stroške za več kot 300.000 juanov. Projekt rekuperacije odpadne toplote v podjetju Lucky Cement v Pakistanu ni le povečal proizvodnje električne energije, temveč je dosegel tudi hitro povrnitev naložbe, kar je podjetje spodbudilo k nadaljnji razširitvi sodelovanja in namestitvi podobnega sistema za rekuperacijo odpadne toplote v drugi tovarni. Z okoljskega vidika rekuperacija odpadne toplote zmanjša izgorevanje fosilnih goriv, ​​s čimer se zmanjšajo emisije onesnaževal, kot sta ogljikov dioksid in žveplov dioksid, s čimer cementnim podjetjem pomaga doseči nadgradnjo z ultra-nizkimi emisijami, kar je v skladu z nacionalno strategijo »dvo-ogljika«. Kar zadeva družbene koristi, ta pobuda spodbuja preoblikovanje cementne industrije iz "visoke porabe energije in visokih emisij" v "zeleno, nizkoogljično in energetsko učinkovito", s čimer povečuje splošno raven zelenega razvoja industrije in zagotavlja dragocene praktične izkušnje za predelavo industrijske odpadne toplote.

Trenutno se s poglabljanjem zelene preobrazbe cementne industrije uporaba toplotnih izmenjevalcev kotlovske toplote sooča z novimi priložnostmi in izzivi. Po eni strani se nacionalne zahteve za varčevanje z energijo in zmanjšanje ogljika v cementni industriji nenehno povečujejo. Zaradi politik, kot sta naknadno opremljanje z ultra-emisijo in ustvarjanje zelenih tovarn, se povpraševanje cementnih podjetij po rekuperaciji odpadne toplote nenehno povečuje, kar zagotavlja dovolj prostora za tehnološko nadgradnjo in tržno promocijo toplotnih izmenjevalcev kotlovske toplote. Po drugi strani pa so pogoji dimnih plinov v cementarnah zapleteni in spremenljivi, s precejšnjimi razlikami v temperaturi dimnih plinov, vsebnosti prahu in jedkosti med različnimi proizvodnimi linijami. To postavlja višje zahteve glede učinkovitosti prenosa toplote, odpornosti proti koroziji in odpornosti proti obrabi toplotnih izmenjevalnikov, kar od podjetij zahteva, da povečajo naložbe v tehnološke raziskave in razvoj, optimizirajo strukturo izdelkov ter izboljšajo prilagodljivost in učinkovitost opreme.

V prihodnosti se bodo z nenehnimi inovacijami v tehnologiji izmenjave toplote toplotni izmenjevalniki kotlov razvijali v smeri višje učinkovitosti, inteligence in diverzifikacije. Po eni strani bodo dodatno optimizirali strukture za prenos toplote, izboljšali učinkovitost rekuperacije odpadne toplote, dosegli globoko rekuperacijo odpadne toplote nizke -stopnje in povečali potencial odpadne toplote v proizvodnji cementa. Po drugi strani pa bodo združeni z inteligentnimi tehnologijami za doseganje-nadzora v realnem času, opozarjanja na napake in inteligentnega nadzora delovanja izmenjevalnika toplote, kar bo zmanjšalo stroške vzdrževanja opreme in izboljšalo stabilnost delovanja. Hkrati bo z globoko integracijo tehnologije rekuperacije odpadne toplote in proizvodnih procesov cementa oblikovan celovitejši sistem recikliranja energije, ki bo cementno industrijo spodbujal k doseganju ciljev "ogljičnega vrha in ogljične nevtralnosti".

Če povzamemo, toplotni izmenjevalniki za rekuperacijo kotlovske toplote kot ključna oprema za varčevanje z energijo in zmanjšanje ogljika v cementni industriji ne morejo le učinkovito obnoviti virov odpadne toplote iz dimnih plinov iz kotlov in zmanjšati proizvodne stroške podjetja, temveč tudi zmanjšati emisije onesnaževal in prispevati k zeleni preobrazbi industrije. Glede na-poglobljeno izvajanje strategije »dvo-ogljika« bi morala cementarna podjetja pripisati pomen spodbujanju in uporabi toplotnih izmenjevalnikov kotlovske toplote, izbiri ustreznih vrst toplotnih izmenjevalcev in tehničnih rešitev na podlagi lastnih proizvodnih pogojev, da bi v celoti spoznali vrednost rekuperacije odpadne toplote. Hkrati bi morala ustrezna podjetja povečati naložbe v tehnološke raziskave in razvoj, spodbujati inovacije in nadgradnjo tehnologije izmenjave toplote, zagotoviti močnejšo podporo zelenemu in nizko{4}}ogljičnemu razvoju cementne industrije ter doseči ravnovesje med gospodarskimi, okoljskimi in družbenimi koristmi.