節(jié)能，環(huán)保是當今世界兩大課題。隨著我國經濟持續(xù)高速發(fā)展，缺煤、缺電、缺油幾乎同時出現(xiàn)。水泥工業(yè)是能耗大戶，也是重要的環(huán)境污染源。在新經濟時代到來的今天，我國水泥工業(yè)有了很大的發(fā)展機遇，同時也受到資源、能源與環(huán)境的挑戰(zhàn)。為了使我國水泥工業(yè)更好地持續(xù)發(fā)展，應該努力使水泥工業(yè)成為資源型、節(jié)能型、環(huán)保型的綠色的可持續(xù)發(fā)展的水泥工業(yè)。
1 水泥窯含塵煙氣的凈化
1.1概述
新型干法窯的含塵煙氣是由一級旋風預熱器排出的，含塵煙氣的特點表現(xiàn)在：煙氣量大；煙氣溫度較高；粉塵濃度高（一般為40-80g/Nm
3,個別超過100 g/Nm
3）;粉塵顆粒細（粒徑小于10μ者占90％-97％，小于2-3μ者占50％）；粉塵比電阻也高（達10-10Ω-cm）。過去國內外回轉窯窯尾不論其規(guī)模大小一般采用電除塵器。而美國早在20世紀70年代中葉就有1/3的水泥回轉窯窯尾采用袋除塵器，到20世紀80年代末已有90％采用袋除塵器。近年來，部分國家（如韓國等）把一些老化的水泥回轉窯窯尾電除塵器改為袋除塵器（有的保留電除塵器外殼進行內部改造，有的直接用袋除塵器取代電除塵器）。國內20世紀70年代僅僅有少量水泥廠（如湖南辰溪、常州、徐州、通化等水泥窯）的窯尾先后采用了玻纖袋除塵器，但這些窯的處理風量最大僅為200000m
3/h。20世紀80年代開始也在大型干法水泥回轉窯上,窯尾采用了袋除塵器（ 處理風量大于300000 m
3/h。）,例如北京﹑
山西水泥廠（2000t/d），均使用良好。近年來,隨著袋除塵器濾料材質的提高,清灰技術和結構性能的優(yōu)化等技術進步,為大型袋除塵器的廣泛的應用提供了技術保證。例如富陽(5000t/d)；東駿(4000t/d)；寧波富達﹑金首(分別為2500t/d)水泥廠等窯尾均采用了袋除塵器。
1.2袋除塵器的特點
由于袋除塵器與電除塵器相比有其獨特的優(yōu)點，使得它的應用前景十分廣闊。新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（修訂稿）規(guī)定：“新建、改建、擴建水泥生產線，采用新型干法水泥生產工藝，且窯尾一律采用布袋除塵器”。其主要特點：
⑴．對窯工況變化的適應能力及對環(huán)保要求的適應能力強
無論是電除塵器還是袋除塵器都有很高的收塵效果，只要設計正確，產品質量優(yōu)良，維護操作合理均能保證達到國家規(guī)定的排放標準。相比較而言，由于設備結構及除塵機理的不同，當窯工況失穩(wěn)，熱工參數(shù)偏離原除塵器設計指標波動變化時，由于電除塵器的除塵極板面積一定，無法根隨廢氣量或含塵濃度的變化而變化，此時，將導致除塵效率下降而使排放濃度增加?？纱龎m器就不存在這個問題，因其濾袋面積基本不受廢氣量或含塵濃度的影響。當廢氣量增大或含塵濃度增加時，只會使其過濾風速加大，阻力上升速度加快，此時只要調整濾袋清灰周期增加清灰次數(shù)即可滿足除塵要求，除塵效率不致于下降?？梢娝倪m應能力要強些。
隨著人們對生存環(huán)境要求的不斷提高，政府必然會根據(jù)國情及參考國際水平逐步提高環(huán)保標準。目前電除塵器要進一步降低出口濃度的技術只有靠增加沉極面積來提高除塵效率才能減小排放量，這勢必增加設備體積和投資。而袋除塵器同樣只需通過調整清灰頻率就可滿足要求。
⑵．袋除塵器能捕捉細微的粉塵
隨著濾料產業(yè)的發(fā)展，新產品不斷出現(xiàn)，它已經可以選擇滿足捕捉細微粉塵的濾料。這就使除塵效率大大提高。
⑶．袋除塵器運行維護簡單可靠
水泥窯運行過程中，在開窯或處理不正常窯況時：在燃料量增加，空氣量不足或是燃料與空氣量混合不均時；在窯溫過低使燃料燃燒不完全時，往往有可能產生大量的CO可燃氣體，以及過量的未燃盡煤粉進入除塵器內沉積。另外，大多數(shù)窯尾除塵器是負壓操作，在設備及管道不嚴密處漏入空氣。不論是電除塵器還是袋除塵器如果機內存在上述兩種情況（即機內有可燃物質和助燃氧氣），一旦遇上明火，都同樣存在燃爆的可能。對電除塵器而言，因高壓電場的放電火花將激發(fā)它的燃爆，其燃爆的可能性更大些，因此，窯尾必須裝設CO及O2分析儀，以確保電除塵器的安全運行。而對袋除塵器因機內不具備產生明火的條件，相對電除塵器來說，其安全性要大些，對其控制要求就不需要如此嚴格，因此其操作運行相對簡單。
除塵器長期運行過程中，總不免會發(fā)生一些故障，對電除塵器來說，一旦出現(xiàn)突發(fā)性故障，影響整機過程時，就必需停機離檢修。而大型袋除塵器都采用分室結構離線清灰當某一室發(fā)生故障可離線檢修，對整機運行基本上沒有影響，僅過濾風速略有增加而已。
⑷．袋除塵器可保證在非正常情況下的最小排放；
現(xiàn)有水泥窯大都采用電除塵器，因電除塵器自身的安全要求，有兩種超標情況：
①點窯時煤燃燒不完全，CO超標，此時不向電除塵器供電引起粉塵濃度超標排放。不過，它的時間不長，超標排放量也不大，可以忽略。窯點火時窯溫上升到一定，燃燒基本正常時才投料，電除塵器才投入運行。此段時間很短，而投料之前，只有煙塵，即使有一段時間超標，超標值很少（200～300mg/m3），排放總量也可忽略。
②生產過程中，由于操作不當造成CO超標，停止向電除塵器供電引起粉塵濃度超標排放。此時由于要對窯系統(tǒng)進行調整，不能停止運行，因此只能停止向電除塵器供電而引起粉塵濃度超標排放，此時粉塵濃度超標排放量就大了。
估算：窯尾粉塵濃度平均為60～80g/Nm3增濕塔及電除塵器殼體的沉降率分別為20％、50％則排入大氣的粉塵濃度為60～80×（1﹣0.2）×（1﹣0.5）＝24.0～32 g/Nm3，國家規(guī)定的水泥窯排放標準為100 mg/Nm3，生產過程中由于操作不當造成CO超標，停止向電除塵器供電而引起粉塵濃度超標排放量為達標排放量的240～320倍，這是十分驚人的。而采用袋式除塵器就可避免此情況。
與電除塵器比較，袋除塵器有其獨特的優(yōu)點，更能適應當前和今后的環(huán)保要求。隨著環(huán)保產業(yè)的發(fā)展、大型袋除塵器設計的不斷優(yōu)化、部件質量的提高，特別是濾料技術的發(fā)展，根據(jù)目前的制造水平，很多廠家已完全具備生產大型袋除塵器的裝備和力量，來滿足水泥工業(yè)及其它工業(yè)生產的要求。實際上許多工廠已生產了各種規(guī)格大型袋除塵器應用于水泥窯上，且運行情況十分良好。
2 水泥窯煙氣的降溫和余熱回收
2.1煙氣的降溫
新型干法水泥窯從預熱器排出的廢氣溫度較高,一般在320-350℃,袋除塵器的濾料的耐溫約250℃，因此需要降溫，除工藝中利用其作為原料磨的烘干熱源之外,一般降溫方法還有幾種：
①摻冷風：只要在管道系統(tǒng)中設置一個冷風蝶閥即可。缺點是冷風摻入后，廢氣量增大，風機電耗增加，浪費能源。
②增濕塔或管道噴水：噴水降溫將使廢氣中的濕度加大，如控制不好會造成糊袋，既增加了電耗，又浪費熱源。
③煙氣冷卻器：它是利用自然風或機械風強制冷卻管內的廢氣。它的換熱率低，,耗鋼量大，同時機械冷卻.還要消耗電能。例如規(guī)模1000t/d水泥窯煙氣量210000m3/h，煙氣溫度350℃降到250℃設置強制煙氣冷卻器,金屬重量約34t，配備的風機功率約5臺11kW。
2.2煙氣熱量的回收
從水泥窯窯尾一級旋風預熱器排出的含塵煙氣溫度（約320～350℃）經余熱鍋爐（或熱交換器）后，將水加熱至系統(tǒng)所需要的溫度（根據(jù)不同的用途而定）。煙氣溫度降至250℃左右，最后含塵煙氣進入袋除塵器凈化，排入大氣。如采用水泥窯窯頭的熱風，因其余風溫度較低(約220-250℃), 經余熱鍋爐（或熱交換器）后，可將余風溫度降到120～150℃,這樣袋除塵器就可選用一般的濾料，袋除塵器造價就可降低很多。
日產1000t/d熟料水泥窯可回收13.1×106kJ/h 左右,相當于標準煤446kg/h (10.7t/d,3317 t/y)。實物煤（以20935 kJ/h計），則節(jié)省626 kg/h（15 t/d, 4650t/y）。若以煤價500元/噸計則每年回收232.5萬元。如果采用強制煙氣冷卻器則多消耗電能55kw/h (1320kW/d 409200kW/y)，以0.5元/kW.h計,則每年電費多開支20.5萬元。它們分別設置的熱能回收裝置與強制煙氣冷卻器，其初投資差別不大，但是設置了熱能回收裝置，不但節(jié)能，而且能給企業(yè)帶來較大的經濟效益。因此，我們認為凡是熱力設備有余熱排出之處均建議設置余熱回收裝置，它具有十分重要的意義，其創(chuàng)造的經濟價值也是很可觀的。
根據(jù)熱源情況及用戶需要，可產生不同溫度的熱水或不同壓力的蒸氣。它的應用范圍很廣，例如供應工廠的洗澡熱水或飲用開水；可解決企業(yè)大面積的夏季集中空調和冬季采暖；還可以實現(xiàn)低溫余熱發(fā)電等。下面主要談談低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的技術和回收水泥窯的余熱應用于中央空調系統(tǒng)的技術。
3水泥窯余熱的應用技術
3.1 純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的應用技術
純低溫余熱發(fā)電是一項新的技術。它是完全利用余熱,無外加熱源的發(fā)電系統(tǒng),(水泥企業(yè)目前還有一種是外加一臺補燃鍋爐的發(fā)電系統(tǒng),它的發(fā)電量大，經濟效益好，但是它的投資額大，且獲得上級批準的難度較大。
國外水泥窯余熱發(fā)電均為純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，1995年日本川琦公司向海螺寧國水泥廠無償提供了一套裝配在4000t/d水泥熟料生產線的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。主要包括窯頭鍋爐，窯尾鍋爐及混壓進汽純凝式汽輪機和發(fā)電機，裝機功率6480kW。1996年11月正式動工，1998年2月一次并網發(fā)電成功，其實際發(fā)電量達7000kW左右，噸熟料發(fā)電能力42kW/t?？鄢l(fā)電系統(tǒng)自用電8％，實際供電量達6440kW左右，發(fā)電成本當年核算僅0.02元/kWh。技術是相當先進的。但是，如果我們從國外購買一套裝置，其價格非常昂貴，一般難以承受。
我院自行開發(fā)了這項技術，1998年為江西
萬年青水泥股份有限公司2000t/d熟料3#窯生產線，設計了一套純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng),這是我國第一套成功實現(xiàn)全國產設備的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用國產3000kW低參數(shù)汽輪發(fā)電機組，余熱鍋爐分別設置在窯尾（稱為SP爐）和窯頭（稱為AQC爐）。SP爐廢氣溫度一般300～400℃，含塵濃度高（60～80g/Nm
3）；AQC爐廢氣溫度一般200-250℃，含塵濃度較低（10-20 g/Nm
3）。產生的主要蒸氣壓力1.27MPa，蒸氣溫度320℃。該系統(tǒng)于1999年初一次投入使用，并發(fā)電成功，運行良好，實際發(fā)電量一般在2400 kW，最高達2800 kW，噸熟料發(fā)電能力約30kW/t。由于余熱鍋爐本體受熱面（特別是蒸發(fā)段和過熱段）偏小，使余熱鍋爐熱利用不夠充分，導致發(fā)電量偏低，總的來說系統(tǒng)是成功的。該系統(tǒng)的成功運行以及目前存在的問題，為我們今后設計純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)積累了寶貴的經驗。純低溫余熱發(fā)電的特點是系統(tǒng)簡單、便于管理、投資小(見表1)，但它的發(fā)電量較小（發(fā)電能力約30kW/t）。
國產純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的一般配置及投資估算 表1
