基于热电效应工业回转窑余热回收利用的研究

摘要

回转窑是一种重要的工业热工生产设备，在大型水泥生产企业，水泥回转窑更是决定水泥产量及能耗的关键设备。水泥回转窑窑体表面温度一般在200℃至400℃之间，大约10％占水泥熟料烧成总能耗的热能通过回转窑表面直接散发到空气中，造成了大量的热能浪费。因此，回转窑表面余热回收利用的研究具有重要的意义。
　　 热电材料是一种能将热能直接转换为电能的能源材料，热电发电器件具有结构简单、无噪声、无污染、体积小、可靠性高等优点，基于热电材料的发电技术是目前废热回收技术研究热点之一。
　　 本文对基于热电效应的回转窑表面余热回收技术进行了理论与技术经济研究。论文首先采用ANSYS Workbench热力学与电学耦合分析仿真软件，建立了水泥回转窑窑体的有限元温度分析模型，对水泥回转窑窑体的温度分布规律进行了理论仿真，计算表明窑体表面理论计算温度分布与实际情况基本吻合；其次，论文创造性的提出了基于热电效应回收利用水泥回转窑表面散失热量的设想，设计了回转窑表面余热回收系统，建立了热电回收系统理论分析模型，对回转窑余热回收利用系统的最大输出功率和效率进行了模拟仿真，结果表明：采用热电发电技术对4000t/d水泥回转窑简体余热回收，其表面散失热量转化为电能的输出功率可达164KW，系统年发电量为1.5×106千瓦时，占表面散热量的0.94％，经济性分析表明回转窑余热回收利用系统的建造成本约为12.21元/W；最后，通过分析不同ZT值热电材料回转窑余热回收利用系统，表明随着热电材料ZT值的增大，回转窑余热回收利用系统的总输出功率和效率显著增加，系统的建设成本也会显著减少。
　　 综上所述，基于热电效应回收利用水泥回转窑表面余热在技术上和经济上都具有一定的可行性，本文的研究对热电技术在水泥回转窑余热回收利用的应用具有一定的理论指导意义。