1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1.项目背景

能源问题是当今世界的重要课题，提高能源效率、保护生态环境是我国今后能源发展的一项长期国策^[1] 。水泥工业作为我国的高耗能行业之一，水泥在煅烧过程中，由窑尾预热器，窑头熟料冷却机等排掉 300～500℃低温废气余热，造成余热的浪费。下表是研究机构对一些实际工程进行测试得出的窑尾烟气温度。

表1.窑头窑尾测点温度

水泥窑余热锅炉是一种既节能又环保的重要热交换设备,它可以有效地回收水泥生产过程中的大量废气余热,并大大地降低水泥生产过程中的能耗;同时,采用余热锅炉还可以大范围地降低废气的粉尘浓度,有效地控制粉尘对环境的污染^[2，3]。

水泥窑的废气余热主要有两部分，一是窑头冷却机排出的热空气；二是窑尾预热器排出的热烟气。AQC余热锅炉为水泥窑余热发电系统中回收水泥窑窑头冷却机废气余热的重要设备，SP为水泥窑余热发电系统中回收水泥窑窑尾预热器的废气的重要设备^[4]。

2.国内外研究状况

2.1.国内外余热利用技术研究状况

水泥窑余热锅炉技术是七十年代末发展起来的，随着水泥工业技术的发展而不断改

图1.水泥窑窑头余热锅炉流程图

进,先后开发了中空窑高温余热锅炉、低温带补燃余热锅炉、纯低温余热锅炉等锅炉产品^[5]。

作为炉窑节能技术在不断的进行研究和开发过程中，西欧、日本、俄罗斯等工业较为发达的国家，他们对于二次能源的认识和利用较我们国家早,因而对于烟气余热的研究和开发技术已日趋成熟，并形成了相当丰富的理论和实际经验^[6]。尤其是日本，这项技术在上世纪70年代就已经比较成熟，不但在本国二十几条预分解窑生产线上应用了此技术，并且出口到韩国、台湾等一些国家地区。我国水泥窑低温废气余热发电技术研究开始于1996年2月，可以说我国在这项技术上的水平比日本落后20年，虽然我国引进消化了一些术，但受限于科研水平和制造水平，我国对于水泥窑余热利用技术研究和运用还有很长的路要走^[7]。

奥玛特(ormat)公司开发的称为”能量转换设施”(OEC)的ORC系统已应用于以色列和西欧的一些工厂中。ORC循环工质选用R一113。其优点是，除具有良好的物化性能外，而且无毒，不可燃，化学惰性，无腐蚀性和在系统温度范围内热稳定性好^[8]。

径流式膨胀透平与发电机和供液泵都安在同一垂直轴上，并在一密封良好的容器内，以保证R一113工质不会向外泄漏。容器内的工质也用于润滑轴承和冷却感应发电机，这样，就无需再另外设置一套轴封，齿轮泵和润滑油分离系统^[9]。

供液泵、发电机和透平以上中下的位置垂直安装设置，这种方式使来自供液泵的工质液体呈重力方式向下流动，使发电机冷却系统也比较简单、冷却比较充分。同时，可使R一113冷却剂方便地从机纽内流入冷凝器。

图2.ROC设施流程图

工质进入透平的条件：110 ℃、5.9kg/cm;工质流出冷凝器的条件：34℃, 0.65kg/cm，径向透平的空气动力学效率可高达85％^[10]。

投用ORC动力回收系统时，切换过程时间只需几分钟。在现有装置上改造使用时，可将ORC系统与原工艺过程平行配置，通常只需要一条装有三通阀门的组装管道^[11]。

3.水泥窑窑头余热技术

3.1. 窑头余热回收技术

水泥窑头的余热资源主要来自篦冷机冷却熟料的废气，其在篦冷机内的温度分布如下图所示。

图3.熟料冷却剂内熟料与废弃温度分布

水泥窑余热发电站中，窑头余热锅炉是利用水泥厂窑头熟料篦冷机排出的废气中的部分余热，加热给水，产生过热蒸汽，再送到汽轮机带动发电机发电。目前，窑头篦冷机余热利用基本上是在窑头篦冷机的中部位置设置一个中温取风口，引出380 ℃左右的废气送入AQC锅炉吸热降温至90℃左右，与少量的余风汇合后，经过窑头除尘器后排入大气^[12]。

图4.窑头烟气系统工艺流程图

3.2.各类型余热锅炉

3.2.1.板式余换锅炉

板式换热器主要由中间板、活动压紧板、支架、上下定位导杆、压紧螺栓等主要零件组成。金属波纹板是板式换热器的主要换热元件，按照表面波纹形状不同，可以分为人字形波纹、水平波纹、斜波纹等金属板片，最常用的是人字形波纹板片。板片上的波纹不但提高流体的湍流程度，并形成许多接触点，以承受正常的运行压力。密封垫圈隔绝冷热测的流体，直接决定板式换热器承温承压的能力和使用寿命。流体的流量、物理性质、压降和温度差决定了板片的数目和尺寸^[13]。

板式换热器主要存在以下几点优势：①结构紧凑，换热效率高，传热效果好。②制作简单，标准化程度高，可以批量制作。③板式换热器在内部板片间隙间进行换热，只有外部夹板接触空气，所以热损失小，也不需要在外面装设保温层；④流体在板式换热器中流动剧烈，导致污物不易沉淀，通道内死区少，所以污垢系数低；⑤拆卸方便，松开螺丝就可以拆卸，进行清洗维修^[14]。

3.2.2.翅片管式余热锅炉

翅片管式余热锅炉采用联箱式结构，每组联箱由上下汇集管和上升管（翅片管）组成。烟气横向流动掠过上升管，将管内的水加热呈汽液两相流，沿上升管向上流经外联管进入汽包，汽包内的饱和水沿下降管流至下汇集中并被分流到各个上升管中，翅片管式余热锅炉在重力作用下，靠自燃循环进行工作，饱和蒸汽在汽包内经过分离后经蒸汽管道送至用户^[15]。

翅片管式余热回收装置系采用高频焊接的螺旋翅片管组,管内介质为软水，由管外的热废气加热管内软水使其蒸发而产生蒸汽。它的主要特点如下翅片管式余热回收置的传热是通过管壁传导进行的，其热量被直接传递给饱和水进行换热翅片管式余热回收装置是由若干个联箱组构成，每一个联箱组单独进出汽包，形成简单的自然循环回路。这样的水循环系统具有稳定可靠、热偏差小、较为安全、设备轻、占地少等优点^[16]。

3.2.3.热管式余热锅炉

采用热管作为传热元件的余热锅炉,可以通过热管内部性能的改善以及灵活排列和冷热段长度的调整，控制一定的流速和管壁温度,减低和避免灰尘的沉淀，同时换热元件热管的两端处于自由状态，避免了热应力的问题，有利于实现高温、交变、高含尘的烟气余热的有效回收, 并产生连续稳定的蒸汽供生产使用^[17]。

热管式余热锅炉与常规余热锅炉相比具有明显的优越性，其体积紧凑，结构简单，传热效率高,每支热管都是一个独立的传热元件,可根据不同的温度水平而设计,热管彻底隔离了热源和冷源，因而单根热管受到破坏不影响整个设备的运行，提高了设备长期运行的可靠性^[18]。

3.3.存在的不足

3.3.1.窑尾余热锅炉的积灰和清灰问题

余热锅炉受热面积灰受烟气特性、温度水平及受热面结构等诸多因素的影响，因此仅通过锅炉设计及运行调整往往不能完全解决余热锅炉受热面的积灰问题，还应采取恰当的清灰方式，有效地减少余热锅炉受热面的积灰，保障余热锅炉的安全运行。常用的清灰方式有：蒸汽吹灰、声波吹灰器清灰、机械振打除灰、空气炮清灰^[19]。

余热锅炉的积灰不但与灰尘的特性有关，还受设计、制造、运行等因素的影响，要使余热锅炉高效、稳定地运行，必须高度重视清灰方式的选择。根据 AQC锅炉的烟气性质和特点，为降低微粒对管束的磨损和提高AQC锅炉的使用寿命，在烟气进入余热锅炉之前采用重力除尘方式^[20]。

3.3.2.窑头余热锅炉的磨损问题

窑头AQC锅炉的空气含尘量较小，但由于粉尘主要是熟料粉尘，粉尘颗粒比较硬，对受热面的磨损比较严重，解决窑头余热锅炉的磨损问题成为余热利用的主要难点，

图5.沉降室结构示意图

首先采用合理的受热面的结构和合适的烟气流速，其次受热面的弯头及其他易磨损的结构应采取特殊结构，如果窑头AQC锅炉防磨措施不当，受热面管子很快将会报废，严重影响锅炉使用寿命和窑系统的稳定运行^[21]。

3.3.3.余热锅炉省煤器的腐蚀问题和解决措施

受到高温硫化、给水质量、原材料、煤粉近壁燃烧等因素的影响，余热锅炉省煤器会出现腐蚀现象。我们可以对省煤器系统结构进行改造，例如，可以以烟气流通为标准，将原来的省煤器系统改造成低温时段过热器、省煤器、烟气换热器，尽可能的将热量进行回收^[22]。还可以利用大概达到150℃的低压除氧水，将此作为水热媒介质，进行置换。除此之外，可以在锅炉及水泵出口位置添加若干台积水换热器，进行换热，并且确保锅炉上水的温度在150℃以上，避免出现低温露点腐蚀的情况。改进省煤器制作原材料，提升其抗腐蚀性可以在当前制作省煤器的原材料，例如钢材表层进行渗铝处理，并且对其渗层结构进行优化，在最外层使用铝含量较高的氧化铝外壳，中部则使用铝铁的合金材质，最里面一层则为基体金属。通过这样的方式，对省煤器原有的制作原材料进行改进，能够在很大程度上提升其抗高温氧化、抗腐蚀的性能^[23]。

4.水泥窑窑头余热锅炉的发展前景

水泥窑低温余热发电技术符合国家能源政策、环保政策,也符合可持续发展政策，应当在全国新型干法窑中大力推广。但这仅是美好愿望，我们应该清醒地认识到资本是趋利的，任何技术的产业化只有当该技术能给投资方带来良好的收益才能实现^[24]。

今后在余热回收方面的研究和努力方向主要是进一步开发研究有关新型材料及材料与燃气的相互作用；对于大中型连续生产炉窑，继续开发移动床式热回收技术(主要是用于脏、污燃气的热回收)，对小型炉窑，蓄热式陶瓷烧嘴(RCB烧嘴技术)在国内外已经取得了大的进展^[6,25]。

余热锅炉是机械产品及余热发电设备的一个重要组成部分，因此发展余热锅炉，振兴余热锅炉行业，也是振兴机械工业和电力工业，促进产品上质量、上品种和上水平不可缺少的环节^[26]。

5.结论

在水泥窑后加装余热锅炉，利用余热锅炉发电,不仅能够有效地利用能源,变废为宝，并且能消烟除尘，利于环保，亦能提高公司的经济效益^[27]。利用L型余热回收装置对高温烟气进行换热处理，使高温烟气的温度得以降低，避免污染环境的同时对余热进行回收转化为高温蒸汽，进而进入汽轮机发电，或者利用高温过热蒸气直接利用到工业生产和通过热泵制冷。

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２． 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一．研究内容

本课题针对窑头空气冷却机( 简称 AQC)，利用装置废气余热，设计一台余热回收装置，产生过热蒸汽供汽轮发电机发电用。

二．原始数据及参数：

废气量：126000Nm³/h，

进口温度：380℃，出口温度：185℃，

烟气成分：CO2（14.25%）、O2（6.96%）、H2O(10.4%)、N2（68.38%）、SO2（0.01%）

含尘：20g/m³（标），

给水条件：104℃除氧水，

蒸汽要求：1.35MPa，300℃过热蒸汽。

三．余热回收装置结构布置要求：

侧出立L式布置。

四． 解决步骤与实施方案：

1.首先利用标准烟气假设烟气基本参数，查表求出烟气的总能量，定性温度等参数。

2.再假设该换热管即为过热器的换热管采用悬挂式布局，假设换热管的尺寸。在烟气定性温度下的计算辐射换热系数，与对流换热系数。

3.再利用工程热力学和传热学对烟气进行热力计算。求出相关参数从而得知总能量。

4.对工质进行热力计算。

5.利用总的烟气释放热与工质吸收热进行热平衡计算。

6.完成设备结构设计，出具外形图。

指导教师意见：

1．对”文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

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所在专业审查意见：

负责人：

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