Warmtewisselaar voor ketelenergie injecteert echt goud en zilver in de koolstofarme transformatie van cementfabrieken-

Het energieverbruik van cementfabrieken is voornamelijk geconcentreerd in het calcinatieproces van klinkers, en ketels, die de belangrijkste apparatuur voor thermische energievoorziening in dit proces vormen, hebben gewoonlijk rookgasemissietemperaturen tussen 180 graden en 600 graden. De uitlaatgastemperatuur aan de achterkant van sommige grote draaitrommelovens kan zelfs 900 tot 1000 graden bereiken, wat een enorm potentieel voor afvalwarmtebronnen bevat. Volgens statistieken bedraagt ​​de energieverspilling, veroorzaakt door onvoldoende gebruik van restwarmte in de Chinese industriële sector, elk jaar honderden miljoenen tonnen standaardsteenkool. Het optimaliseren van de prestaties van warmtewisselaars kan de thermische efficiëntie met 15% -30% verbeteren. Voor de cementindustrie staat het efficiënt terugwinnen van restwarmte uit het rookgas van ketels gelijk aan het openen van een kanaal voor "secundaire energie", dat het verbruik van fossiele brandstoffen en de CO2-uitstoot kan verminderen, waardoor een dubbele verbetering van de economische en ecologische voordelen wordt bereikt.
De kern van de toepassing van warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning in cementfabrieken is het terugwinnen van de afvalwarmte uit het uitlaatgas van de ketel door middel van efficiënte warmtewisselingstechnologie, en deze vervolgens om te zetten in bruikbare thermische of elektrische energie afhankelijk van de productiebehoeften, waardoor het cascadegebruik van energie wordt bereikt. Gebaseerd op de productieomstandigheden van cementfabrieken, concentreren hun toepassingsscenario's zich voornamelijk op drie kernschakels, die het hele proces van afvalwarmteterugwinning en aanpassing aan afvalwarmtebronnen met verschillende temperatuurniveaus bestrijken.

Op het gebied van de terugwinning van afvalwarmte op hoge- temperatuur worden warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning hoofdzakelijk gebruikt voor de behandeling van rookgas op hoge- temperatuur bij de ovenstaart en de roosterkoeleruitlaat van draaitrommelovens. Afgas van hoge-temperaturen dat na warmte-uitwisseling in de warmtewisselaar uit de ovenstaart van grote cementovens wordt geloosd, kan worden verlaagd van meer dan 600 graden naar minder dan 200 graden, waardoor wordt voldaan aan de operationele eisen van daaropvolgende stofopvangsystemen, terwijl een grote hoeveelheid afvalwarmte van hoge-kwaliteit wordt teruggewonnen. De teruggewonnen hoge-afvalwarmte kan worden gebruikt om stoomturbines aan te drijven voor energieopwekking. Lucky Cement in Pakistan heeft bijvoorbeeld, door de motorcentrale aan te passen, een systeem ingevoerd dat bestaat uit 11 hoog-efficiënte ketels voor de terugwinning van restwarmte, die in totaal 27 MWh afvalwarmte terugwinnen, wat 6 MWh elektriciteit kan opwekken, waardoor het vermogen van de centrale met ongeveer 10% toeneemt en het brandstofverbruik en de uitstoot aanzienlijk worden verminderd. In China heeft Henan Mengdian Group zijn klinkerproductielijn uitgerust met restwarmteketels, waarbij afvalwarmte uit de kop en staart van de oven wordt teruggewonnen voor energieopwekking, en de restwarmte op lage-temperatuur na de energieopwekking verder wordt teruggewonnen voor verwarmingsprojecten voor woningen, waardoor een efficiënt cascadegebruik van restwarmte wordt bereikt.

Terugwinning van afvalwarmte op lage- en midden- temperatuur is een ander belangrijk toepassingsscenario voor warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels, die zich voornamelijk richten op het rookgas op lage- en midden- temperatuur dat wordt uitgestoten door verschillende hulpapparatuur bij de cementproductie. Het afgas van 200-300 graden dat uit het lage- temperatuurgedeelte van de ovenstaartkoeler wordt afgevoerd, kan bijvoorbeeld lage-drukstoom genereren na terugwinning van afvalwarmte via een warmtewisselaar. Deze stoom kan worden gebruikt voor het aanvullen van proceswater, huishoudelijk water voor medewerkers of als warmtebron voor lithiumbromide-koelers om de productiewerkplaats en de woonruimte te koelen. Het rookgas op gemiddelde-temperatuur uit de draaiovenstaart van een kleine cementfabriek kan na behandeling door een warmtewisselaar lage-drukstoom van 0,3-0,8 MPa genereren, waarmee wordt voldaan aan de warmte-energiebehoeften van kleinschalige productieprocessen-. Bovendien gebruiken sommige cementfabrieken de teruggewonnen afvalwarmte op lage- en middelmatige temperatuur ook voor het drogen van grondstoffen. Na de invoering van een warmtewisselaar voor warmteterugwinning uit rookgas, verlaagde één cementfabriek de rookgasemissietemperatuur van 220 graden naar 90 graden, verminderde het energieverbruik per ton cement met 8% en bespaarde jaarlijks meer dan een miljoen yuan aan kosten, wat een aanzienlijk energiebesparend effect aantoont.

Naast directe warmteterugwinning en hergebruik kunnen warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels diep worden geïntegreerd met de zuivere lage-systemen voor energieopwekking van restwarmte op lage temperatuur van cementfabrieken, om een ​​gesloten-energiesysteem voor de productie van energieopwekking-met afvalwarmteterugwinning- te bouwen. Momenteel is de opwekking van afvalwarmte een belangrijk middel geworden voor cementbedrijven om energie te besparen en de uitstoot te verminderen. Als kerncomponent van het energieopwekkingssysteem voor afvalwarmte is de warmtewisselaar met ketelwarmteterugwinning verantwoordelijk voor het omzetten van rookgasafvalwarmte in stoom om een ​​stoomturbine voor energieopwekking aan te drijven. Uit gegevens uit de sector blijkt dat Wannianqing Cement in China al tien afvalwarmte-energieopwekkingseenheden in gebruik heeft genomen, met een geïnstalleerd vermogen van 80,30 MW. Door het gebruik van afvalwarmte kan worden voorzien in ongeveer 50% van de elektriciteitsvraag van het ovensysteem van het bedrijf. In 2024 gebruikte Shangfeng Cement restwarmte om 473 miljoen kilowatt-uur elektriciteit op te wekken, waardoor de CO2-uitstoot met 389.800 ton werd verminderd. Dit verlaagde niet alleen de elektriciteitskosten van het bedrijf, maar versterkte ook zijn groene concurrentievermogen, wat een aanzienlijk voordeel werd voor de ‘groene inkoop’ en ESG-ratings van downstream-bedrijven. Anhui Conch Kawasaki heeft wereldwijd 302 cementafvalwarmte-energieopwekkingseenheden ingezet, die jaarlijks 26,63 miljard kWh elektriciteit opwekken. Berekend op basis van dezelfde normen als de opwekking van thermische energie, vertaalt dit zich in een jaarlijkse besparing van 9,587 miljoen ton standaardsteenkool en een vermindering van 24,582 miljoen ton kooldioxide-uitstoot, wat de enorme waarde van de technologie voor het terugwinnen van afvalwarmte aantoont.

Vergeleken met traditionele methoden voor het terugwinnen van afvalwarmte bieden warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning aanzienlijke technologische voordelen en aanpassingsvermogen in cementfabrieken. Het rookgas van cementfabrieken heeft een complexe samenstelling en bevat grote hoeveelheden stof, SO₂, NOx en andere stoffen, die gemakkelijk corrosie van apparatuur, asophoping en slijtage veroorzaken. Speciale warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels, die gebruik maken van corrosie-bestendige legeringsmaterialen en composietcoatingtechnologie, bieden meer dan driemaal de corrosieweerstand, waardoor ze bestand zijn tegen zware rookgasomgevingen die zwavel en stof bevatten, met een levensduur van meer dan 10 jaar. Ondertussen heeft de warmtewisselaar een hoog-efficiënt ontwerp voor warmteoverdracht. Door de stroomkanaalstructuur en de vinparameters te optimaliseren, wordt de warmteoverdrachtscoëfficiënt met 20% -40% verhoogd en kan de warmteoverdrachtscoëfficiënt van sommige warmtepijpwarmtewisselaars 1500-3000 W/(m²·K) bereiken. Het beschikt ook over goede isotherme prestaties, minder stofophoping en eenvoudig onderhoud. Het falen van een enkele warmtepijp heeft geen invloed op de algehele werking, waardoor de stabiliteit en betrouwbaarheid van de apparatuur aanzienlijk wordt verbeterd. Bovendien maakt het modulaire ontwerp het mogelijk om het flexibel aan te passen aan de productieschaal en de rookgasparameters van de cementfabriek, met een korte leveringscyclus. Het is aanpasbaar aan cementproductielijnen met verschillende capaciteiten, waardoor nauwkeurige terugwinning van afvalwarmte mogelijk is voor zowel grote klinkerproductielijnen als kleine cementfabrieken.

In praktische toepassingen heeft het gebruik van warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning aanzienlijke economische, ecologische en sociale voordelen voor cementfabrieken opgeleverd. Economisch gezien vermindert de terugwinning van afvalwarmte direct het energieverbruik, zoals steenkool en elektriciteit, waardoor de productiekosten dalen. De terugverdientijd van de investering is doorgaans drie-10 jaar, en voor sommige geoptimaliseerde projecten kan deze worden verkort tot minder dan 1,5 jaar. Een stoomketel van 10-ton/uur, uitgerust met een economizer (een eenvoudige warmtewisselaar met warmteterugwinning), kan bijvoorbeeld jaarlijks ongeveer 200 ton standaardsteenkool besparen, waardoor de bedrijfskosten direct met meer dan 300.000 yuan worden verlaagd. Het project voor de terugwinning van restwarmte bij Lucky Cement in Pakistan verhoogde niet alleen de elektriciteitsproductie, maar zorgde ook voor een snelle return on investment, wat het bedrijf ertoe aanzette de samenwerking verder uit te breiden en een soortgelijk systeem voor de terugwinning van restwarmte in een andere fabriek te installeren. Op ecologisch vlak vermindert de terugwinning van restwarmte de verbranding van fossiele brandstoffen, waardoor de uitstoot van verontreinigende stoffen zoals koolstofdioxide en zwaveldioxide wordt verminderd, waardoor cementbedrijven retrofits met zeer-lage emissies kunnen realiseren, in lijn met de nationale 'dual-koolstofstrategie'. In termen van sociale voordelen bevordert dit initiatief de transformatie van de cementindustrie van ‘hoog energieverbruik en hoge emissies’ naar ‘groen, koolstofarm en energie-efficiënt’, waardoor het algehele groene ontwikkelingsniveau van de industrie wordt verbeterd en waardevolle praktische ervaring wordt geboden voor de terugwinning van industriële restwarmte.

Momenteel, met de verdieping van de groene transformatie van de cementindustrie, wordt de toepassing van warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning geconfronteerd met nieuwe kansen en uitdagingen. Enerzijds nemen de nationale eisen voor energiebesparing en koolstofreductie in de cementindustrie voortdurend toe. Gedreven door beleid als modernisering met ultra-lage emissies en het creëren van groene fabrieken, neemt de vraag van cementbedrijven naar terugwinning van restwarmte voortdurend toe, waardoor er voldoende ruimte ontstaat voor de technologische modernisering en marktpromotie van warmtewisselaars voor warmteterugwinning uit ketels. Aan de andere kant zijn de rookgasomstandigheden in cementfabrieken complex en variabel, met aanzienlijke verschillen in rookgastemperatuur, stofgehalte en corrosiviteit tussen verschillende productielijnen. Dit stelt hogere eisen aan de warmteoverdrachtsefficiëntie, corrosieweerstand en slijtvastheid van warmtewisselaars, waardoor bedrijven worden gedwongen hun investeringen in technologisch onderzoek en ontwikkeling te verhogen, de productstructuur te optimaliseren en het aanpassingsvermogen en de efficiëntie van apparatuur te verbeteren.

In de toekomst, met voortdurende innovatie op het gebied van warmtewisselingstechnologie, zullen warmtewisselaars met warmteterugwinning uit ketels zich ontwikkelen in de richting van een hogere efficiëntie, intelligentie en diversificatie. Aan de ene kant zullen ze de structuren voor warmteoverdracht verder optimaliseren, de efficiëntie van de terugwinning van afvalwarmte verbeteren, een diepgaande terugwinning van afvalwarmte van lage- kwaliteit bereiken en het potentieel van afvalwarmte bij de cementproductie maximaliseren. Aan de andere kant zullen ze worden gecombineerd met intelligente technologieën om real-time monitoring, foutwaarschuwingen en intelligente controle van de werking van de warmtewisselaar te realiseren, waardoor de onderhoudskosten van apparatuur worden verlaagd en de operationele stabiliteit wordt verbeterd. Tegelijkertijd zal, met de diepe integratie van de technologie voor het terugwinnen van afvalwarmte en de productieprocessen van cement, een completer energierecyclingsysteem worden gevormd, dat de cementindustrie zal bevorderen om haar doelstellingen inzake “koolstofpiek en koolstofneutraliteit” te bereiken.

Samenvattend kunnen warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning, als sleutelapparatuur voor energiebesparing en koolstofreductie in de cementindustrie, niet alleen effectief restwarmte uit het rookgas van ketels terugwinnen en de productiekosten van ondernemingen verlagen, maar ook de uitstoot van verontreinigende stoffen verminderen en bijdragen aan de groene transformatie van de industrie. Tegen de achtergrond van de diepgaande implementatie van de 'dual{2}}koolstofstrategie zouden cementbedrijven belang moeten hechten aan de promotie en toepassing van warmtewisselaars met ketelwarmteterugwinning, waarbij ze geschikte soorten warmtewisselaars en technische oplossingen moeten selecteren op basis van hun eigen productieomstandigheden om de waarde van de terugwinning van restwarmte volledig te realiseren. Tegelijkertijd moeten relevante ondernemingen de investeringen in technologisch onderzoek en ontwikkeling verhogen, de innovatie en modernisering van warmte-uitwisselingstechnologie bevorderen, sterkere steun bieden voor de groene en-koolstofarme ontwikkeling van de cementindustrie, en een evenwicht bereiken tussen economische, ecologische en sociale voordelen.