Trocador de recuperação de energia de caldeira injeta ouro e prata reais na transformação de baixo-carbono de fábricas de cimento

O consumo de energia das fábricas de cimento concentra-se principalmente no processo de calcinação do clínquer, e as caldeiras, como principal equipamento de fornecimento de energia térmica neste processo, costumam ter temperaturas de emissão de gases de combustão entre 180 graus e 600 graus. A temperatura dos gases de exaustão na cauda de alguns grandes fornos rotativos pode até atingir 900 graus a 1000 graus, o que contém um enorme potencial para recursos de calor residual. Segundo as estatísticas, o desperdício de energia causado pela utilização insuficiente do calor residual no sector industrial da China atinge centenas de milhões de toneladas de carvão padrão todos os anos. Otimizar o desempenho dos trocadores de calor pode melhorar a eficiência térmica em 15% -30%. Para a indústria do cimento, a recuperação eficiente do calor residual dos gases de combustão das caldeiras equivale à abertura de um canal de "energia secundária", que pode reduzir o consumo de combustíveis fósseis e as emissões de carbono, conseguindo uma dupla melhoria nos benefícios económicos e ambientais.
O núcleo da aplicação dos trocadores de calor de recuperação de calor de caldeiras em fábricas de cimento é recuperar o calor residual dos gases de exaustão da caldeira por meio de tecnologia eficiente de troca de calor e, em seguida, convertê-lo em energia térmica ou elétrica utilizável de acordo com as necessidades de produção, alcançando a utilização em cascata de energia. Com base nas condições de produção das fábricas de cimento, os seus cenários de aplicação centram-se principalmente em três elos principais, abrangendo todo o processo de recuperação de calor residual e adaptação aos recursos de calor residual de diferentes níveis de temperatura.

No campo de recuperação de calor residual de alta-temperatura, os trocadores de calor de recuperação de calor de caldeira são usados ​​principalmente para o tratamento de gases de combustão-de alta temperatura na extremidade do forno e na saída do resfriador de grelha de fornos rotativos. O gás residual-de alta temperatura descarregado da cauda do forno de grandes fornos de cimento, após a troca de calor no trocador de calor, pode ter sua temperatura reduzida de mais de 600 graus para menos de 200 graus, atendendo aos requisitos operacionais dos sistemas subsequentes de coleta de pó de filtros de mangas e recuperando uma grande quantidade de calor residual de alta-qualidade. O calor residual de alta-temperatura recuperado pode ser usado para acionar turbinas a vapor para geração de energia. Por exemplo, a Lucky Cement no Paquistão, ao modificar sua usina de energia, adotou um sistema que consiste em 11 caldeiras de recuperação de calor residual de alta-eficiência, recuperando um total de 27 MWh de calor residual, que pode gerar 6 MWh de eletricidade, aumentando a produção de energia da usina em aproximadamente 10% e reduzindo significativamente o consumo de combustível e as emissões. Na China, o Henan Mengdian Group equipou sua linha de produção de clínquer com caldeiras de calor residual, recuperando o calor residual da cabeça e da cauda do forno para geração de energia e recuperando ainda mais o calor residual de baixa-temperatura após a geração de energia para projetos de aquecimento residencial, alcançando uma utilização eficiente em cascata do calor residual.

A recuperação de calor residual de baixa- e média-temperatura é outro cenário de aplicação importante para trocadores de calor de recuperação de calor de caldeira, visando principalmente os gases de combustão de baixa- e média-temperatura emitidos por vários equipamentos auxiliares na produção de cimento. Por exemplo, o gás residual de 200-300 graus descarregado da seção de-baixa temperatura do resfriador da cauda do forno pode gerar vapor de baixa-pressão após a recuperação do calor residual por meio de um trocador de calor. Este vapor pode ser usado para reabastecimento de água de processo, água doméstica de funcionários ou como fonte de calor para resfriadores de brometo de lítio para resfriar a oficina de produção e a área residencial. O gás de combustão de-temperatura média da cauda do forno rotativo de uma pequena fábrica de cimento pode gerar vapor de baixa-pressão de 0,3-0,8MPa após tratamento por um trocador de calor, atendendo às necessidades de energia térmica de processos de produção-em pequena escala. Além disso, algumas fábricas de cimento também utilizam o calor residual recuperado de baixa- e média temperatura para a secagem da matéria-prima. Depois de adotar um trocador de calor de recuperação de calor de resíduos de gases de combustão, uma fábrica de cimento reduziu a temperatura de emissão de gases de combustão de 220 graus para 90 graus, reduziu o consumo de energia por tonelada de cimento em 8% e economizou mais de um milhão de yuans em custos anualmente, demonstrando um efeito significativo de economia de energia.

Além da recuperação e reutilização direta de calor, os trocadores de calor com recuperação de calor de caldeira podem ser profundamente integrados aos sistemas de geração de energia de calor residual de baixa-temperatura das fábricas de cimento para construir um sistema de energia-de circuito fechado de "produção de-recuperação de calor residual-de energia{3}}. Atualmente, a geração de energia térmica residual tornou-se um meio essencial para as empresas de cimento pouparem energia e reduzirem as emissões. Como componente central do sistema de geração de energia térmica residual, o trocador de calor de recuperação de calor da caldeira é responsável por converter o calor residual dos gases de combustão em vapor para acionar uma turbina a vapor para geração de energia. Dados da indústria mostram que a Wannianqing Cement, na China, já colocou em operação 10 unidades de geração de energia térmica residual, com capacidade instalada de 80,30 MW. A utilização da geração de energia térmica residual pode atender aproximadamente 50% da demanda de eletricidade do sistema de fornos da empresa. Em 2024, a Shangfeng Cement utilizou calor residual para gerar 473 milhões de quilowatts-horas de eletricidade, reduzindo as emissões de dióxido de carbono em 389.800 toneladas. Isto não só reduziu os custos de eletricidade da empresa, mas também aumentou a sua competitividade verde, tornando-se uma vantagem significativa para as "contratações verdes" e as classificações ESG das empresas a jusante. A Anhui Conch Kawasaki implantou 302 unidades de geração de energia térmica com resíduos de cimento em todo o mundo, gerando 26,63 bilhões de kWh de eletricidade anualmente. Calculado utilizando os mesmos padrões da produção de energia térmica, isto traduz-se numa poupança anual de 9,587 milhões de toneladas de carvão padrão e numa redução de 24,582 milhões de toneladas de emissões de dióxido de carbono, demonstrando o imenso valor da tecnologia de recuperação de calor residual.

Em comparação com os métodos tradicionais de recuperação de calor residual, os trocadores de calor com recuperação de calor em caldeira oferecem vantagens tecnológicas significativas e adaptabilidade em fábricas de cimento. O gás de combustão da fábrica de cimento tem uma composição complexa, contendo grandes quantidades de poeira, SO₂, NOx e outras substâncias, causando facilmente corrosão dos equipamentos, acúmulo de cinzas e desgaste. Trocadores de calor de recuperação de calor de caldeiras dedicados, usando materiais de liga-resistentes à corrosão e tecnologia de revestimento composto, oferecem mais de três vezes a resistência à corrosão, permitindo que resistam a ambientes agressivos de gases de combustão contendo enxofre e poeira, com uma vida útil superior a 10 anos. Enquanto isso, o trocador de calor adota um projeto de transferência de calor de alta-eficiência. Ao otimizar a estrutura do canal de fluxo e os parâmetros das aletas, o coeficiente de transferência de calor é aumentado em 20%-40%, e o coeficiente de transferência de calor de alguns trocadores de calor de tubo de calor pode atingir 1500-3000 W/(m²·K). Também apresenta bom desempenho isotérmico, menor acúmulo de poeira e manutenção simples. A falha de um único tubo de calor não afetará a operação geral, melhorando significativamente a estabilidade e a confiabilidade do equipamento. Além disso, o design modular permite que seja personalizado de forma flexível de acordo com a escala de produção e os parâmetros dos gases de combustão da fábrica de cimento, com um ciclo de entrega curto. É adaptável a linhas de produção de cimento com diferentes capacidades, permitindo uma recuperação precisa do calor residual tanto para grandes linhas de produção de clínquer como para pequenas fábricas de cimento.

Em aplicações práticas, o uso de trocadores de calor com recuperação de calor em caldeiras trouxe benefícios econômicos, ambientais e sociais significativos para as fábricas de cimento. Economicamente, a recuperação de calor residual reduz diretamente o consumo de energia, como carvão e eletricidade, reduzindo os custos de produção. O período de retorno do investimento é normalmente de 3 a 10 anos e, para alguns projetos otimizados, pode ser reduzido para menos de 1,5 ano. Por exemplo, uma caldeira a vapor de 10{12}}toneladas/hora equipada com um economizador (um simples trocador de calor com recuperação de calor) pode economizar aproximadamente 200 toneladas de carvão padrão anualmente, reduzindo diretamente os custos operacionais em mais de 300.000 yuans. O projeto de recuperação de calor residual na Lucky Cement, no Paquistão, não só aumentou a produção de eletricidade, como também obteve um rápido retorno do investimento, levando a empresa a expandir ainda mais a cooperação e a instalar um sistema semelhante de recuperação de calor residual noutra fábrica. Do ponto de vista ambiental, a recuperação de calor residual reduz a combustão de combustíveis fósseis, reduzindo assim as emissões de poluentes como o dióxido de carbono e o dióxido de enxofre, ajudando as empresas de cimento a obter retrofits de emissões ultra{14}}baixas, alinhando-se com a estratégia nacional de "carbono duplo-. Em termos de benefícios sociais, esta iniciativa promove a transformação da indústria cimenteira de “alto consumo de energia e elevadas emissões” para “verde, com baixo teor de carbono e eficiente em termos energéticos”, melhorando o nível geral de desenvolvimento verde da indústria e proporcionando valiosa experiência prática para a recuperação de calor residual industrial.

Atualmente, com o aprofundamento da transformação verde da indústria cimenteira, a aplicação de trocadores de calor de recuperação de calor de caldeiras enfrenta novas oportunidades e desafios. Por um lado, os requisitos nacionais para a conservação de energia e redução de carbono na indústria cimenteira estão constantemente a aumentar. Impulsionadas por políticas como modernização de emissões ultra-baixas e criação de fábricas verdes, a demanda das empresas de cimento por recuperação de calor residual está aumentando continuamente, proporcionando amplo espaço para a atualização tecnológica e promoção de mercado de trocadores de calor de recuperação de calor de caldeiras. Por outro lado, as condições dos gases de combustão nas fábricas de cimento são complexas e variáveis, com diferenças significativas na temperatura dos gases de combustão, no teor de poeira e na corrosividade entre as diferentes linhas de produção. Isto impõe maiores exigências à eficiência da transferência de calor, resistência à corrosão e resistência ao desgaste dos trocadores de calor, exigindo que as empresas aumentem o investimento em pesquisa e desenvolvimento tecnológico, otimizem a estrutura do produto e melhorem a adaptabilidade e eficiência dos equipamentos.

No futuro, com a inovação contínua na tecnologia de troca de calor, os trocadores de calor de recuperação de calor de caldeiras evoluirão para maior eficiência, inteligência e diversificação. Por um lado, otimizarão ainda mais as estruturas de transferência de calor, melhorarão a eficiência da recuperação do calor residual, alcançarão uma recuperação profunda do calor residual de baixa qualidade e maximizarão o potencial do calor residual na produção de cimento. Por outro lado, eles serão combinados com tecnologias inteligentes para obter monitoramento-em tempo real, aviso de falhas e controle inteligente da operação do trocador de calor, reduzindo custos de manutenção de equipamentos e melhorando a estabilidade operacional. Simultaneamente, com a profunda integração da tecnologia de recuperação de calor residual e dos processos de produção de cimento, será formado um sistema de reciclagem de energia mais completo, promovendo a indústria do cimento a atingir os seus objectivos de "pico de carbono e neutralidade de carbono".

Em resumo, os trocadores de calor com recuperação de calor de caldeiras, como equipamentos essenciais para a conservação de energia e redução de carbono na indústria de cimento, podem não apenas recuperar efetivamente os recursos térmicos residuais dos gases de combustão das caldeiras e reduzir os custos de produção empresarial, mas também reduzir as emissões de poluentes e contribuir para a transformação verde da indústria. No contexto da-implementação profunda da estratégia de "duplo-carbono", as empresas cimenteiras devem atribuir importância à promoção e aplicação de permutadores de calor de recuperação de calor de caldeiras, selecionando tipos de permutadores de calor apropriados e soluções técnicas com base nas suas próprias condições de produção para concretizar plenamente o valor da recuperação de calor residual. Ao mesmo tempo, as empresas relevantes devem aumentar o investimento em investigação e desenvolvimento tecnológico, promover a inovação e a modernização da tecnologia de troca de calor, fornecer um apoio mais forte ao desenvolvimento ecológico e de baixo-carbono da indústria do cimento e alcançar um equilíbrio entre benefícios económicos, ambientais e sociais.