Обмінник рекуперації енергії котла вводить справжнє золото та срібло в низько-вуглецеву трансформацію цементних заводів

Енергоспоживання цементних заводів зосереджено в основному в процесі випалу клінкеру, а котли, як основне обладнання для постачання теплової енергії в цьому процесі, зазвичай мають температуру викидів димових газів від 180 до 600 градусів. Температура вихлопних газів у хвості деяких великих обертових печей може навіть досягати 900–1000 градусів, що містить величезний потенціал для ресурсів відпрацьованого тепла. За статистикою, витрати енергії, спричинені недостатньою утилізацією відпрацьованого тепла в промисловому секторі Китаю, сягають сотень мільйонів тонн стандартного вугілля щороку. Оптимізація продуктивності теплообмінників може підвищити теплову ефективність на 15% -30%. Для цементної промисловості ефективна рекуперація відпрацьованого тепла з димових газів котлів еквівалентна відкриттю каналу «вторинної енергії», який може зменшити споживання викопного палива та викиди вуглецю, досягаючи подвійного покращення економічної та екологічної вигоди.
Суть застосування теплообмінників-утилізаторів котлів на цементних заводах полягає у рекуперації відпрацьованого тепла з вихлопних газів котлів за допомогою технології ефективного теплообміну, а потім перетворення його в придатну для використання теплову або електричну енергію відповідно до виробничих потреб, досягаючи каскадного використання енергії. Виходячи з виробничих умов цементних заводів, їх сценарії застосування зосереджені в основному на трьох основних ланках, що охоплюють весь процес рекуперації відпрацьованого тепла та адаптації до відхідного тепла різних температурних рівнів.

У сфері рекуперації відпрацьованого тепла при високій{0}}температурі теплообмінники-утилізатори котла в основному використовуються для обробки-димового газу високої температури на виході з хвостової частини печі та решітки охолоджувача обертових печей. Високотемпературний відпрацьований газ, що виходить із хвостової частини великої цементної печі, після теплообміну в теплообміннику може знизитися з понад 600 градусів до нижче 200 градусів, що відповідає експлуатаційним вимогам наступних систем пиловловлення рукавних камер із одночасним відновленням великої кількості високоякісного відпрацьованого тепла-. Утилізоване високотемпературне-відпрацьоване тепло можна використовувати для приводу парових турбін для виробництва електроенергії. Наприклад, компанія Lucky Cement у Пакистані, модифікувавши свою електростанцію двигуна, застосувала систему, що складається з 11 високоефективних-котлів-утилізаторів, що рекуперують загалом 27 МВт-год відпрацьованого тепла, що може генерувати 6 МВт-год електроенергії, збільшуючи вихідну потужність заводу приблизно на 10% і значно знижуючи споживання палива та викиди. У Китаї компанія Henan Mengdian Group оснастила свою лінію виробництва клінкеру котлами-утилізаторами, які відбирають відпрацьоване тепло від головної та хвостової частини печі для виробництва електроенергії, а також відновлюють відхідне тепло при низькій{16}}температурі після виробництва електроенергії для проектів опалення житлових будинків, досягаючи ефективної каскадної утилізації відпрацьованого тепла.

Утилізація відпрацьованого тепла при низькій{0}} і середній{1}}температурі — ще один важливий сценарій застосування теплообмінників із утилізацією тепла котлів, головним чином націлений на димові гази низької{2}} та середньої{3}}температури, що викидаються з різного допоміжного обладнання у виробництві цементу. Наприклад, 200-300-градусний відпрацьований газ, що виходить із низько-температурної секції охолоджувача хвостової частини печі, може генерувати пару низького{10}}тиску після рекуперації відпрацьованого тепла через теплообмінник. Цю пару можна використовувати для поповнення технічної води, побутової води для працівників або як джерело тепла для чиллерів на основі броміду літію для охолодження виробничого цеху та житлової зони. Димовий газ середньої{11}}температури з хвостової частини обертової печі невеликого цементного заводу може генерувати пару низького{13}}тиску 0,3-0,8 МПа після обробки в теплообміннику, задовольняючи потреби в тепловій енергії для малих-виробничих процесів. Крім того, деякі цементні заводи також використовують відпрацьоване тепло низько- та середньої температури для сушіння сировини. Після впровадження теплообмінника для рекуперації тепла димових газів один цементний завод знизив температуру викидів димових газів з 220 градусів до 90 градусів, зменшив споживання енергії на тонну цементу на 8% і заощадив понад один мільйон юанів щорічно, продемонструвавши значний ефект енергозбереження.

Окрім прямої рекуперації та повторного використання тепла, теплообмінники котлів із рекуперацією тепла можна глибоко інтегрувати в чисті низькотемпературні-системи генерації відпрацьованої теплової енергії цементних заводів для створення замкнутої-енергетичної системи «утилізації відпрацьованого тепла-виробництва-енергії». В даний час виробництво теплової енергії з відходів стало для цементних компаній основним засобом економії енергії та скорочення викидів. Будучи основним компонентом системи виробництва електроенергії з утилізованого тепла, рекуператор тепла котла відповідає за перетворення відпрацьованого тепла димових газів у пару для приводу парової турбіни для виробництва електроенергії. Галузеві дані показують, що компанія Wannianqing Cement у Китаї вже ввела в експлуатацію 10 установок для виробництва теплової енергії із відпрацьованого тепла встановленою потужністю 80,30 МВт. Виробництво електроенергії з утилізації тепла може задовольнити приблизно 50% потреби системи печі в електроенергії компанії. У 2024 році компанія Shangfeng Cement використала відпрацьоване тепло, щоб виробити 473 мільйони кіловат-годин електроенергії, зменшивши викиди вуглекислого газу на 389 800 тонн. Це не тільки знизило витрати компанії на електроенергію, але й підвищило її екологічну конкурентоспроможність, ставши значною перевагою для «зелених закупівель» і рейтингів ESG для наступних компаній. Компанія Anhui Conch Kawasaki розгорнула 302 установки для виробництва тепла з відходів цементу по всьому світу, щороку виробляють 26,63 мільярда кВт-год електроенергії. Розраховане з використанням тих самих стандартів, що й виробництво теплової енергії, це означає щорічну економію 9,587 мільйонів тонн стандартного вугілля та скорочення викидів вуглекислого газу на 24,582 мільйона тонн, демонструючи величезну цінність технології утилізації відпрацьованого тепла.

Порівняно з традиційними методами утилізації відпрацьованого тепла, теплообмінники котлів пропонують значні технологічні переваги та адаптивність на цементних заводах. Димовий газ цементного заводу має складний склад, містить велику кількість пилу, SO₂, NOx та інших речовин, які легко спричиняють корозію обладнання, накопичення золи та знос. Спеціальні теплообмінники котлів із рекуперацією тепла, у яких використовуються корозійно-{2}}стійкі сплави та технологія композитного покриття, мають більш ніж утричі вищу стійкість до корозії, що дозволяє їм витримувати суворі умови димових газів, що містять сірку та пил, із терміном служби понад 10 років. Водночас теплообмінник має високо-конструкцію теплопередачі. Завдяки оптимізації структури каналу потоку та параметрів ребер коефіцієнт теплопередачі збільшується на 20%-40%, а коефіцієнт теплопередачі деяких теплообмінників з тепловими трубками може досягати 1500-3000 Вт/(м²·K). Він також має хороші ізотермічні характеристики, менше накопичення пилу та просте обслуговування. Вихід з ладу однієї теплопровідної труби не вплине на загальну роботу, значно підвищивши стабільність і надійність обладнання. Крім того, модульна конструкція дозволяє гнучко налаштовувати його відповідно до масштабів виробництва та параметрів димових газів цементного заводу з коротким циклом доставки. Його можна адаптувати до ліній виробництва цементу з різною потужністю, забезпечуючи точну рекуперацію відпрацьованого тепла як для великих ліній виробництва клінкеру, так і для малих цементних заводів.

У практичних застосуваннях використання теплообмінників-утилізаторів котлів принесло значні економічні, екологічні та соціальні переваги цементним заводам. Економічно рекуперація відпрацьованого тепла безпосередньо зменшує споживання енергії, наприклад вугілля та електроенергії, знижуючи виробничі витрати. Термін окупності інвестицій зазвичай становить 3-10 років, а для деяких оптимізованих проектів його можна скоротити до менше 1,5 років. Наприклад, паровий котел продуктивністю 10-тонн/годину, оснащений економайзером (простим теплообмінником з рекуперацією тепла), може заощаджувати приблизно 200 тонн стандартного вугілля на рік, безпосередньо скорочуючи експлуатаційні витрати більш ніж на 300 000 юанів. Проект утилізації відпрацьованого тепла на підприємстві Lucky Cement у Пакистані не лише збільшив виробництво електроенергії, але й досяг швидкого повернення інвестицій, що спонукало компанію до подальшого розширення співпраці та встановлення подібної системи утилізації відпрацьованого тепла на іншому заводі. З точки зору навколишнього середовища рекуперація відпрацьованого тепла зменшує спалювання викопного палива, тим самим зменшуючи викиди забруднюючих речовин, таких як вуглекислий газ і діоксид сірки, допомагаючи цементним компаніям досягти модернізації з ультра-низькими викидами відповідно до національної стратегії «подвійного-вуглецю». З точки зору соціальних вигод, ця ініціатива сприяє перетворенню цементної промисловості з «високого енергоспоживання та високих викидів» до «зеленої, низьковуглецевої та енергоефективної», підвищуючи загальний рівень екологічного розвитку галузі та надаючи цінний практичний досвід утилізації тепла промислових відходів.

Зараз, із поглибленням зеленої трансформації цементної промисловості, застосування теплообмінників з рекуперацією тепла котлів стикається з новими можливостями та викликами. З одного боку, національні вимоги до енергозбереження та скорочення вуглецю в цементній промисловості постійно зростають. Керуючись такою політикою, як модернізація з ультра-низьким рівнем викидів і створення «зелених» фабрик, попит цементних компаній на рекуперацію відпрацьованого тепла постійно зростає, надаючи достатньо можливостей для технологічної модернізації та просування на ринку теплообмінників з рекуперацією тепла котлів. З іншого боку, умови димових газів на цементних заводах є складними та змінними, зі значними відмінностями в температурі димових газів, вмісті пилу та корозійності між різними виробничими лініями. Це висуває підвищені вимоги до ефективності теплопередачі, стійкості до корозії та зносостійкості теплообмінників, вимагаючи від компаній збільшення інвестицій у технологічні дослідження та розробки, оптимізацію структури продукту та покращення адаптивності та ефективності обладнання.

У майбутньому завдяки безперервним інноваціям у технології теплообміну теплообмінники котлів з рекуперацією тепла розвиватимуться в напрямку підвищення ефективності, інтелектуальності та диверсифікації. З одного боку, вони додатково оптимізують структури теплопередачі, підвищать ефективність утилізації відпрацьованого тепла, досягнуть глибокої утилізації низько-відпрацьованого тепла та максимізують потенціал відпрацьованого тепла у виробництві цементу. З іншого боку, вони будуть поєднані з інтелектуальними технологіями для досягнення-моніторингу в реальному часі, попередження про несправності та інтелектуального керування роботою теплообмінника, зниження витрат на технічне обслуговування обладнання та підвищення стабільності роботи. Одночасно з глибокою інтеграцією технології рекуперації відпрацьованого тепла та процесів виробництва цементу буде сформовано більш повну систему переробки енергії, що сприятиме досягненню цілей цементної промисловості щодо «піку вуглецю та нейтральності вуглецю».

Таким чином, теплообмінники для рекуперації тепла котлів, як ключове обладнання для енергозбереження та скорочення викидів вуглекислого газу в цементній промисловості, можуть не тільки ефективно рекуперувати відпрацьовані теплові ресурси з димових газів котлів і зменшити виробничі витрати підприємства, але також зменшити викиди забруднюючих речовин і сприяти екологічній трансформації галузі. На тлі поглибленого-впровадження стратегії «дво-вуглецю» цементні підприємства повинні приділяти важливе значення просуванню та застосуванню теплообмінників-утилізаторів котлового тепла, вибираючи відповідні типи теплообмінників і технічні рішення на основі власних умов виробництва, щоб повністю усвідомити цінність утилізації відпрацьованого тепла. Водночас відповідні підприємства повинні збільшити інвестиції в технологічні дослідження та розробки, сприяти інноваціям та модернізації технологій теплообміну, надавати сильнішу підтримку екологічному та низько{4}}вуглецевому розвитку цементної промисловості та досягати балансу між економічними, екологічними та соціальними перевагами.