1  Бункер; 2  пакеты теплообменных труб, установленных на подвижных панелях; 3  рассекатели; 4  подвижная панель

Для эффективного отбора теплоты от клинкера при его пересыпке создают более высокий слой пересыпаемого материала. Установленные внутри теплообменники могут быть различными: с пересыпными полками и рассекателями; с теплообменными трубами, которые выполняют функции бункера или шахты. Во всех случаях их делают съемными или поворотными.

Потери с отходящими дымовыми газами при обжиге клинкера достигают 1520% теплоты расходуемого топлива. Однако температура отходящих газов, особенно при мокром способе производства цемента, относительно низка  порядка 190200С.

Сложность проблемы использования теплоты заключается в том, что отходящие газы содержат в себе пыль, которая, соприкасаясь с поверхностью, торкретируется на ней. Таким образом, задача утилизации теплоты тесно переплетается с задачей защиты атмосферы. Устройства, позволяющие очищать дымовые газы и одновременно использовать теплоту и пыль, практически отсутствуют.

Фирмы США, Канады и других стран используют теплоту дымовых газов цементных печей таким образом: в поверхностных теплообменниках получают пар, с помощью которого в небольших тепловых электростанциях вырабатывают электроэнергию для собственных нужд. Однако это связано с техническими трудностями: необходимостью очистки газов, уменьшением тяги в дымовых трубах при снижении температуры, высокой стоимостью получаемой электроэнергии и т.д.

Теплота отходящих дымовых газов может быть использована в поверхностных и контактных тепловых устройствах, причем в обоих случаях основные трудности связаны с локализацией пыли, непосредственно влияющей на процессы тепло- и массобмена.

Поверхностные теплообменники (трубчатые, плиточные) различной формы размещают в пыльной камере, газоходах, дымовой трубе. В последнем случае теплообменники устанавливаются в уже готовом объеме, огражденном стенками от наружного воздуха. При этом используется принцип, предложенный для отбора теплоты горячего клинкера в пересыпных бункерах и шахтах, т.е. предусматривается возможность выключения теплообменников без остановки печи. Для этой цели в пыльной камере и газоходах за электрофильтрами размещают обводные борова-газоходы.

Вышеописанные направления утилизации теплоты отходящих газов являются лишь примерами, реализованными на практике. Поиски новых путей решения данной задачи постоянно находятся в центре внимания инжнеров-технологов и теплотехников.

Принципиальное отличие контактных теплообменных устройств (4.16) состоит в том, что очистка дымовых газов от клинкерной пыли и отбор теплоты производятся в эжекционном импульсаторе, в котором потоки газа и воды взаимно эжектируются. Контакт воды и газового потока происходит за пределами импульсатора и приводит к поглощению потоком воды клинкерной пыли и отбору теплоты газового потока.

Отходящие газы, пройдя предварительную очистку в электрофильтрах, нагнетаются дымососом через патрубки, тангенциально расположенные по отношению к корпусу устройства. Из водяных насадок, тангенциально расположенных между трубами, в корпус поступает поток воды.

Закрученный газовый поток, выходящий из патрубков, отбрасывает к стенкам крупные частицы пыли, которые смешиваются с потоком воды, выходящей из насадок. Пыль, смытая этим потоком, поступает в отстойную камеру.

Предварительно очищенный от крупных частиц газовый поток поступает в газовые камеры импульсатора, поток воды из камер импульсатора увеличивается. Скорость струи, выходящей из конической насадки импульсатора, такова, что слой воды, выйдя из насадки, выгибается вверх и падает в виде завесы на боковые стенки корпуса.

Газовый поток, насыщенный мелкой пылью, протекает с большой скоростью сквозь слой воды, причем под действием эжекции (силы водоворота) продолжается поглощение мелкой пыли. Затем газовый поток, очищенный и отдавший часть теплоты потоку воды, проходит по наиболее длинному пути сквозь каплеуловитель, где дополнительно происходит отдача теплоты водному потоку, вводимому через насадки цилиндрической части корпуса.

Очищенный и охлажденный газовый поток удаляется через диффузор в общую дымовую трубу, а нагретая вода с частицами задержанной пыли поступает в камеру-отстойник. Загрязненная вода откачивается из камеры и используется для приготовления шлама. Нагретая в регистре вода поступает на тепловые нужды.

Рис. 4.16. Схема контактной установки для использования теплоты отходящих дымовых газов: 1  отстойник; 2  патрубок для отходящих газов; 3  регистр для отбора теплоты от газового потока; 4  трубопровод перепускной; 5  насадки холодной воды; 6  газовая камера; 7  насадки оборотной воды; 8  диффузор для отвода охлажденных газов в трубу; 9  фильтр для очистки дымовых газов; 10  каплеуловитель; 11  конические насадки импульсатора; 12  корпус; 13  трубопровод оборотной воды; 14  камеры импульсатора; 15  трубопровод холодной воды; 16  насос; 17  насос циркуляционный; 18  трубопровод удаления шлама

Утилизационные схемы комбинирования с использованием установки комплексной утилизации печного агрегата для обжига клинкера показаны на рис. 4.17 и 4.18.

В одноконтурную схему (рис. 4.17) входят устройства для отбора теплоты корпусов печей, головки печи, холодильника и др. К системе подключается пиковый бойлер, бойлер для централизированного горячего водоснабжения и нагрева воды для приготовления шлама, а

при необходимости  бромисто-литиевая абсорбционная холодильная установка для получения холодной воды (+6…+8С) и кондиционирования воздуха. К централизованной системе подключаются все теплоприемники  потребители теплоты.

С помощью циркуляционных насосов оборотная вода наружной тепловой сети поступает в устройства утилизации теплоты печного агрегата, где нагревается до 100С, затем поступает для подогрева в теплообменники головки печи, холодильника, где может нагреваться

Рис. 4.17. Одноконтурная утилизационная энерготехнологическая схема:1  блок конденсаторов; 2  раствор бромистого лития; 3  оборотная вода; 4  газ; 5  пар; 6  бойлер; 7  конденсат; 8  котельная предприятия

Рис. 4.18. Двухконтурная утилизационная энерготехнологическая схема:1, 14, 15  теплопровод; 2, 3, 11  насос; 4  бак; 5, 9  обратный коллектор; 6, 12  подающий коллектор; 7  бойлер; 8, 13  перемычка; 10  аккумулятор; 16  приемник теплоты; 17  экранный контур установки утилизации теплоты

до 110130С. Нагретая химически очищенная вода транспортируется потребителям. При недостаточно высокой температуре теплоносителя последний подогревается в пиковом бойлере, обычно в наиболее холодный период года. Именно бойлерная пиковой котельной гарантирует надежность работы утилизационных установок в зимний период, так же как воздушный наддув гарантирует от перегрева корпус печи и обеспечивает стабильную работу вращающейся печи в летний период. Существенным недостатком такой схемы является опасность размораживания системы и теплообменников установки утилизации в сильные морозы при остановках печи, стихийных бедствиях и др.

С целью устранения риска размораживания систем и устройства используется двухконтурная схема (рис. 4.18). В первом контуре обратный теплоноситель  этиленгликоль с температурой замерзания ниже 24С с помощью циркуляционного насоса 2 из коллектора 5 поступает по теплопроводу 1 в экранный контур (теплообменников) установки утилизации печи 17. Нагретый в установке до температуры 100С этиленгликоль по теплопроводу 18 поступает в подающий коллектор 6, из которого нагретый теплоноситель поступает в бойлер цементного завода.

На выбор схемы влияют следующие основные факторы:

 взаимное расположение печных агрегатов, центральной заводской котельной, ТЭЦ, их мощности;

 выход ВЭР и характер тепловых потребителей завода и прилегающих объектов;

 климатические условия района теплоснабжения.

Система использования печных теплопотерь, например на печи 5х185 м, обеспечивает: получение горячей воды в количестве 8095 ГДж/г; экономию условного топлива при обжиге цементного клинкера до 2,5 тыс. т/г; повышение стойкости футеровки печи на 50100%.

4.6.3. Энерготехнологическое и утилизационное комбинирование с применением ГТУ и ГПА. В последнее время в энерготехнологическом комбинировании широкое применение получают газотурбинные установки (ГТУ) и газопоршневые агрегаты (ГПА).

Их применение позволяет получить одновременно электрическую и тепловую энергию при сжигании газообразного или жидкого топлива. Газотурбинная установка на базе энергоблоков 15,0 мВт (ГТУ-15) (производство Украины) установлена в 2004 г. на ПРУП «Белорусский цементный завод» (рис. 4.19). Смонтированная ГТУ является установкой простого цикла (рис. 4.20.)

а

б

Рис. 4.19. Установка ГТУ-15:

а  общий вид; б  газотурбинный двигатель

Рис. 4.20. Схема работы ГТУ по простому циклу: