Обменникът за оползотворяване на котелна енергия инжектира истинско злато и сребро в ниско{0}}въглеродната трансформация на циментовите заводи
Потреблението на енергия на циментовите заводи е концентрирано главно в процеса на калциниране на клинкер, а котлите, като основно оборудване за доставка на топлинна енергия в този процес, обикновено имат температури на емисиите на димни газове между 180 градуса и 600 градуса. Температурата на отработените газове в опашката на някои големи ротационни пещи може дори да достигне 900 градуса до 1000 градуса, което съдържа огромен потенциал за отпадъчни топлинни ресурси. Според статистиката загубата на енергия, причинена от недостатъчното оползотворяване на отпадъчната топлина в индустриалния сектор на Китай, достига стотици милиони тонове стандартни въглища всяка година. Оптимизирането на производителността на топлообменниците може да подобри топлинната ефективност с 15% -30%. За циментовата промишленост ефективното оползотворяване на отпадъчната топлина от димния газ на котела е еквивалентно на отваряне на канал за „вторична енергия“, който може да намали потреблението на изкопаеми горива и въглеродните емисии, постигайки двойно подобрение на икономическите и екологични ползи.
Ядрото на приложението на топлообменниците за оползотворяване на топлината на котлите в циментовите заводи е да се оползотворява отпадъчната топлина от изгорелите газове на котлите чрез ефективна технология за топлообмен и след това да се преобразува в използваема топлинна или електрическа енергия според производствените нужди, като се постига каскадно оползотворяване на енергията. Въз основа на производствените условия на циментовите заводи, техните сценарии за приложение се фокусират главно върху три основни връзки, обхващащи целия процес на оползотворяване на отпадна топлина и адаптиране към ресурсите на отпадна топлина с различни температурни нива.
В областта на високотемпературното оползотворяване на отпадъчната топлина, топлообменниците за оползотворяване на топлина от котли се използват главно за обработка на високотемпературни димни газове в опашката на пещта и изхода на решетъчния охладител на ротационни пещи. Високотемпературният отпадъчен газ, изпускан от опашката на пещта на големи циментови пещи, след топлообмен в топлообменника, може да намали температурата си от над 600 градуса до под 200 градуса, отговаряйки на оперативните изисквания на последващите системи за събиране на прах с ръкавен тип, като същевременно възстановява голямо количество високо{6}}качествена отпадна топлина. Възстановената високо{8}}температурна отпадна топлина може да се използва за задвижване на парни турбини за производство на електроенергия. Например, Lucky Cement в Пакистан, като модифицира своята двигателна електроцентрала, възприе система, състояща се от 11 високо{11}}ефективни котли за оползотворяване на отпадна топлина, възстановяващи общо 27 MWh отпадна топлина, която може да генерира 6 MWh електроенергия, увеличавайки изходната мощност на централата с приблизително 10% и значително намалявайки потреблението на гориво и емисиите. В Китай Henan Mengdian Group е оборудвала производствената си линия за клинкер с котли за отпадна топлина, оползотворявайки отпадъчната топлина от главата и опашката на пещта за генериране на електроенергия и допълнително оползотворявайки отпадъчната топлина при ниски-температури след генериране на електроенергия за проекти за жилищно отопление, постигайки ефективно каскадно оползотворяване на отпадъчната топлина.
Възстановяването на отпадната топлина при ниска- и средна{1}}температура е друг важен сценарий за приложение на топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите, насочени главно към димните газове при ниска- и средна-температура, отделяни от различни спомагателни съоръжения в производството на цимент. Например 200-300-градусовият отпадъчен газ, изпускан от ниско-температурната секция на охладителя на опашката на пещта, може да генерира пара с ниско{10}}налягане след оползотворяване на отпадъчната топлина през топлообменник. Тази пара може да се използва за попълване на технологична вода, битова вода за служители или като източник на топлина за охладители с литиев бромид за охлаждане на производствения цех и жилищната зона. Димният газ със средна{11}}температура от опашката на въртящата се пещ на малък циментов завод може да генерира пара с ниско-налягане от 0,3-0,8MPa след третиране с топлообменник, отговаряйки на нуждите от топлинна енергия на малки-мащабни производствени процеси. Освен това някои циментови заводи също използват възстановената ниско- и среднотемпературна отпадна топлина за сушене на суровината. След приемането на топлообменник за оползотворяване на отпадна топлина от димни газове, един циментов завод намали температурата на емисиите на димни газове от 220 градуса на 90 градуса, намали консумацията на енергия на тон цимент с 8% и спести повече от един милион юана от разходи годишно, демонстрирайки значителен енергоспестяващ ефект.
Отвъд директното оползотворяване на топлината и повторното й използване, топлообменниците за оползотворяване на топлината на котела могат да бъдат дълбоко интегрирани в системите за генериране на електроенергия с чисти нискотемпературни-отпадъчни топлоенергии на циментовите заводи, за да се изгради енергийна система със затворен-контур за „възстановяване на{2}}отпадъчна топлина-производство на енергия. Понастоящем генерирането на отпадна топлинна енергия се е превърнало в основно средство за циментовите компании за пестене на енергия и намаляване на емисиите. Като основен компонент на системата за генериране на енергия от отпадна топлина, топлообменникът за възстановяване на топлината на котела е отговорен за преобразуването на отпадната топлина от димните газове в пара за задвижване на парна турбина за производство на електроенергия. Индустриалните данни показват, че Wannianqing Cement в Китай вече е пуснала в експлоатация 10 агрегата за генериране на отпадна топлинна енергия с инсталиран капацитет от 80,30 MW. Използването на отпадъчна топлинна енергия може да задоволи приблизително 50% от търсенето на електричество на пещната система на компанията. През 2024 г. Shangfeng Cement използва отпадна топлина, за да генерира 473 милиона киловат-часа електроенергия, намалявайки емисиите на въглероден диоксид с 389 800 тона. Това не само понижи разходите за електроенергия на компанията, но и подобри нейната зелена конкурентоспособност, превръщайки се в значително предимство за „зелените доставки“ на компаниите надолу по веригата и рейтингите ESG. Anhui Conch Kawasaki разположи 302 генератора за топлинна енергия от циментови отпадъци в световен мащаб, генерирайки 26,63 милиарда kWh електроенергия годишно. Изчислено, като се използват същите стандарти като производството на топлинна енергия, това означава годишни спестявания от 9,587 милиона тона стандартни въглища и намаление от 24,582 милиона тона емисии на въглероден диоксид, демонстрирайки огромната стойност на технологията за възстановяване на отпадъчната топлина.
В сравнение с традиционните методи за оползотворяване на отпадъчната топлина, топлообменниците за оползотворяване на топлина от котли предлагат значителни технологични предимства и адаптивност в циментовите заводи. Димният газ от циментовия завод има сложен състав, съдържащ големи количества прах, SO₂, NOx и други вещества, които лесно причиняват корозия на оборудването, натрупване на пепел и износване. Специализирани топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите, използващи устойчиви на корозия-сплави и технология за композитно покритие, предлагат повече от три пъти по-голяма устойчивост на корозия, което им позволява да издържат на сурови среди на димни газове, съдържащи сяра и прах, с експлоатационен живот над 10 години. Междувременно топлообменникът приема високо-ефективен дизайн на топлопренос. Чрез оптимизиране на структурата на канала на потока и параметрите на ребрата, коефициентът на топлопреминаване се увеличава с 20%-40%, а коефициентът на топлопреминаване на някои топлообменници на топлинни тръби може да достигне 1500-3000 W/(m²·K). Освен това се характеризира с добра изотермична производителност, по-малко натрупване на прах и лесна поддръжка. Повредата на една топлинна тръба няма да повлияе на цялостната работа, значително подобрявайки стабилността и надеждността на оборудването. В допълнение, модулният дизайн позволява гъвкаво персонализиране според производствения мащаб и параметрите на димните газове на циментовия завод, с кратък цикъл на доставка. Той е адаптивен към линии за производство на цимент с различен капацитет, което позволява прецизно възстановяване на отпадната топлина както за големи линии за производство на клинкер, така и за малки циментови заводи.
В практическите приложения използването на топлообменници за оползотворяване на топлина от котли донесе значителни икономически, екологични и социални ползи за циментовите заводи. От икономическа гледна точка оползотворяването на отпадната топлина директно намалява потреблението на енергия като въглища и електричество, намалявайки производствените разходи. Периодът на изплащане на инвестицията обикновено е 3-10 години, а за някои оптимизирани проекти може да бъде съкратен до по-малко от 1,5 години. Например, парен котел с мощност 10-тона/час, оборудван с економайзер (прост топлообменник за възстановяване на топлината), може да спести приблизително 200 тона стандартни въглища годишно, като директно намалява оперативните разходи с над 300 000 юана. Проектът за оползотворяване на отпадна топлина в Lucky Cement в Пакистан не само увеличи производството на електроенергия, но също така постигна бърза възвръщаемост на инвестицията, което накара компанията да разшири допълнително сътрудничеството и да инсталира подобна система за оползотворяване на отпадна топлина в друг завод. От гледна точка на околната среда, оползотворяването на отпадъчната топлина намалява изгарянето на изкопаеми горива, като по този начин намалява емисиите на замърсители като въглероден диоксид и серен диоксид, помагайки на циментовите компании да постигнат свръх-модернизации с ниски емисии, привеждайки се в съответствие с националната стратегия за „двоен-въглерод“. По отношение на социалните ползи, тази инициатива насърчава трансформацията на циментовата промишленост от „високо потребление на енергия и високи емисии“ към „зелена, нисковъглеродна и енергийно ефективна“, повишавайки общото ниво на зелено развитие на индустрията и предоставяйки ценен практически опит за оползотворяване на промишлена отпадна топлина.
Понастоящем, със задълбочаването на зелената трансформация на циментовата промишленост, приложението на топлообменници за оползотворяване на топлината на котлите е изправено пред нови възможности и предизвикателства. От една страна, националните изисквания за енергоспестяване и намаляване на въглеродните емисии в циментовата промишленост непрекъснато нарастват. Водени от политики като преоборудване с ултра-ниски емисии и създаване на зелени фабрики, търсенето на циментовите компании за оползотворяване на отпадна топлина непрекъснато се увеличава, осигурявайки достатъчно пространство за технологично надграждане и пазарно популяризиране на топлообменници за оползотворяване на топлина от котли. От друга страна, условията на димните газове в циментовите заводи са сложни и променливи, със значителни разлики в температурата на димните газове, съдържанието на прах и корозивността между различните производствени линии. Това поставя по-високи изисквания към ефективността на пренос на топлина, устойчивостта на корозия и устойчивостта на износване на топлообменниците, което изисква от компаниите да увеличат инвестициите в технологични изследвания и разработки, да оптимизират структурата на продукта и да подобрят адаптивността и ефективността на оборудването.
В бъдеще, с непрекъснати иновации в технологията за топлообмен, топлообменниците за възстановяване на топлината на котлите ще се развиват към по-висока ефективност, интелигентност и диверсификация. От една страна, те допълнително ще оптимизират структурите за пренос на топлина, ще подобрят ефективността на оползотворяване на отпадната топлина, ще постигнат дълбоко оползотворяване на ниско-качествена отпадна топлина и ще увеличат максимално потенциала на отпадъчната топлина в производството на цимент. От друга страна, те ще бъдат комбинирани с интелигентни технологии за постигане на-наблюдение в реално време, предупреждение за неизправности и интелигентен контрол на работата на топлообменника, намаляване на разходите за поддръжка на оборудването и подобряване на работната стабилност. Едновременно с това, с дълбоката интеграция на технологията за оползотворяване на отпадна топлина и процесите за производство на цимент, ще се формира по-пълна система за рециклиране на енергия, насърчавайки циментовата индустрия да постигне своите цели за „въглероден пик и въглеродна неутралност“.
В обобщение, топлообменниците за оползотворяване на топлината на котела, като ключово оборудване за енергоспестяване и намаляване на въглеродните емисии в циментовата промишленост, могат не само ефективно да оползотворят отпадъчните топлинни ресурси от димния газ на котела и да намалят производствените разходи на предприятието, но също така да намалят емисиите на замърсители и да допринесат за зелената трансформация на индустрията. На фона на-задълбоченото внедряване на стратегията за „двоен-въглерод“, циментовите предприятия трябва да отдават значение на насърчаването и прилагането на топлообменници за оползотворяване на топлина от котли, като избират подходящи типове топлообменници и технически решения въз основа на собствените си производствени условия, за да осъзнаят напълно стойността на оползотворяването на отпадъчната топлина. В същото време съответните предприятия трябва да увеличат инвестициите в технологични изследвания и разработки, да насърчават иновациите и надграждането на технологията за топлообмен, да осигурят по-силна подкрепа за зелено и ниско{4}}въглеродно развитие на циментовата промишленост и да постигнат баланс между икономически, екологични и социални ползи.
