CN105756734A - 基于回转窑炉副产品的余热的发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于回转窑炉副产品的余热的发电系统，包括：气体储存罐，储存回转窑炉在高温煅烧镁矿石的过程中产生的高温二氧化碳气体；气体储存罐的出口设置有可控阀门，控制气体储存罐的气体流出量；汽轮机，进气口连接到可控阀门，以接收高温二氧化碳气体；发电机，连接到汽轮机的输出轴并随汽轮机的转动而输出电压；频率检测仪，检测发电机所输出电压的频率；转速传感器，设置于汽轮机上，检测汽轮机输出轴的转速；控制器，根据来自频率检测仪的频率和来自转速传感器的转速来确定可控阀门的开度。
Description
技术领域
本发明涉及余热发电技术，尤其涉及一种利用回转窑炉煅烧镁矿石过程中产生的二氧化碳余热来发电的发电系统。
背景技术
我国菱镁矿资源丰富，分布广泛。根据菱镁矿熔炼过程中的主反应式可以估算，每生产1t的氧化镁成品，就会伴随产生大约1.1t的高温二氧化碳气体。例如，仅以2013年辽宁省生产氧化镁产品为例，该省每年生产氧化镁为7.837×106t，以此计算，伴随产生8.661×106t二氧化碳气体。由此可见，菱镁矿产业每年的二氧化碳排放量是相当巨大的。然而，现在有很多矿业公司在生产氧化镁的过程中，将加工产生的二氧化碳副产品经过简单的除尘处理，直接被排放到空气中，造成很大的环境压力。另外，在一些矿业企业汇总，目前也有对二氧化碳进行捕集工艺，其中使用例如采用高压法(8.0MPa)，该方法由于压缩机的功耗居高不下，造成制约其发展的主要瓶颈；另一方面，如果采用低压法(1.6MPa～2.5MPa)，压缩机的功耗相对要小得多，但是需要多次节流膨胀降压以获得额外的冷量，节流过程存在大量的能量损失。
菱镁矿加工产生的二氧化碳气体是高温气体，直接排放到空气中不仅会造成大气污染，也浪费了其中携带的大量热源。另一方面，利用余热发电技术已经成熟，并且二氧化碳制作成干冰还有很大的应用价值。因此，有必要提供一种，并更好地利用煅烧镁矿石过程中产生的二氧化碳气体，既能够达到余热利用的目的，又能够不直接污染大气。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于回转窑炉副产品的余热的发电系统，一方面能利用煅烧镁矿石的过程中产生的高温二氧化碳气体的热能来发电，另一方面还可以将发电之后的二氧化碳气体进行干冰制作，充分利用了高温二氧化碳气体的价值。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于回转窑炉副产品的余热的发电系统，包括：气体储存罐，用于储存回转窑炉在高温煅烧镁矿石的过程中产生的高温二氧化碳气体；气体储存罐的出口设置有可控阀门，用于控制气体储存罐的气体流出量；
汽轮机，其进气口连接到所述可控阀门，用于接收高温二氧化碳气体；
发电机，其连接到汽轮机的输出轴并随汽轮机的转动而输出电压；
频率检测仪，其用于检测发电机所输出电压的频率；
转速传感器，设置于汽轮机上，用于检测汽轮机输出轴的转速；
控制器，其接收来自频率检测仪的频率和来自转速传感器的转速，并根据接收的频率和转速确定可控阀门的开度。
其中，所述根据接收的频率和转速确定可控阀门的开度包括：
根据如下公式计算可控阀门的开度调整量Δd：
其中，n为实时检测的汽轮机输出轴的转速，n0为预定的汽轮机输出轴转速，f为实时检测的输出电压频率，f0为预定的输出频率，；
若f小于f0，则控制器输出可控阀门开度为d＝dy+Δd；若f大于f0，则控制器输出的可控阀门开度为d＝dy-Δd；若f等于f0，则控制器输出的可控阀门开度为dy，其中，dy为控制器原来输出的可控阀门开度的值。
其中，控制器按照预定的时间间隔同时获取输出电压频率和汽轮机输出轴的转速。
其中，根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α。
较佳地，所述根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α包括：
若预定的输出频率输出精度要求为频率波动幅度不大于±0.2％，则调节系数α取值为0.01-0.03；
若预定的输出频率精度要求为频率波动幅度不大于±0.5％并且大于±0.2％，则调节系数α取值为0.04-0.06。
进一步，本发明的发电系统还可以包括：存量检测器，用于检测气体存储罐中的高温二氧化碳气体存量并将二氧化碳气体存量值发送给控制器；控制器根据二氧化碳气体存量值以及可控阀门开度计算出二氧化碳气体的可持续提供时间，并将该时间值显示出来。
较佳地，本发明的发电系统进一步包括：风机，设置在回转窑炉和气体存储罐之间，用于利用负压原理将回转窑炉中的二氧化碳气体输入到气体存储罐中。
其中，所述风机采用的负压压力为-0.09Mpa至-0.095MPa。
较佳地，本发明的发电系统进一步包括：净化器，设置在可控阀门和汽轮机之间，用于净化来自气体存储罐中的二氧化碳气体；气水分离器，连接到汽轮机的气体输出口，用于接收来自汽轮机中的二氧化碳；压缩机，用于将来自气水分离器的二氧化碳气体压缩成干冰。
其中，净化器中设置有活性炭，活性炭所含有的孔隙中的小孔：中孔：大孔的体积比为1:0.75～1.5:0.25～0.65，其中所述小孔是孔径为5nm以下的孔隙，所述中孔是孔径为大于5nm且小于100nm的孔隙，所述大孔是孔径为100nm以上的孔隙。
本发明的发电系统的技术方案中，利用回转窑炉煅烧镁矿石过程中产生的高温二氧化碳气体源，并结合汽轮机技术来发电；在发电过程中利用检测的输出电压频率和汽轮机转速来实时调节输入汽轮机的二氧化碳气体流量，从而精确控制输出电压的频率，既能够提高了余热的利用，也能够保证输出电压的频率精确性。
进一步，本发明的发电系统在利用高温二氧化碳气体进行发电之后，不是直接将发电后的气体直接排放，而是进一步利用气水分离以及压缩技术，将二氧化碳气体制作成干冰，进一步提高了煅烧镁矿石过程中的副产品的利用率，并能够进一步提升经济价值。
附图说明
图1为本发明实施例的发电系统的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明。
在回转窑炉煅烧镁矿石过程中，主要产品是镁粉，同时产生大量的高温高热的二氧化碳气体。本发明中，将高温高热的二氧化碳气体首先输入到汽轮机中驱动汽轮机旋转，由汽轮机带动发电机发电。这样，有效地利用了二氧化碳气体中的热能。在利用高温高热二氧化碳气体发电的过程中，还进一步引入输出电压的频率和汽轮机转速作为控制二氧化碳气体的流量控制影响参数，从而对输出电压的频率进行精确控制。进一步，高温高热在经过汽轮机做功之后，不直接排放到大气中，而是输入到气水分离器和压缩机制作成干冰，又进一步提升了二氧化碳气体的经济利用价值。
下面结合附图详细说明本发明的实施例的技术方案。本发明实施例提供的基于回转窑炉的副产品的余热的发电系统的架构图，如图1所示。发电系统包括：气体存储罐10，汽轮机20，发电机30，频率检测仪40，转速传感器50和控制器60。
气体储存罐10用于储存回转窑炉101在高温煅烧镁矿石的过程中产生的高温二氧化碳气体。为了控制气体存储罐的气体流出量，气体储存罐的出口设置有可控阀门70，用于控制气体储存罐的气体流出量。汽轮机20的进气口连接到可控阀门70，用于接收高温高热的二氧化碳气体。汽轮机20利用高温高热的气体转动的技术是本领域的公知技术，在此不进行详述。发电机30的输入轴连接到汽轮机的输出轴并随汽轮机的转动而输出电压。频率检测仪40可以设置在发电机30上，也可以单独设置在其它位置，只要可以检测发电机所输出电压的频率即可。转速传感器50设置于汽轮机上，用于检测汽轮机输出轴的转速。控制器60接收来自频率检测仪的频率和来自转速传感器的转速，并根据接收的频率和转速确定可控阀门的开度。
当发电机输出电压时，工业上以及行业上对输出电压的频率是有要求，输出电压的频率波动不能超过一定的范围。因此，需要对输出电压的频率进行控制。本发明中，利用输出电压的频率和汽轮机转速的两个参量来调节输出电压的频率，使输出电压频率符合要求。较佳地，本发明的一个实施例根据接收的频率和转速按照如下操作来确定可控阀门的开度。首先，根据如下公式计算可控阀门的开度调整量Δd：
其中，n为实时检测的汽轮机输出轴的转速，n0为预定的汽轮机输出轴转速，f为实时检测的输出电压频率，f0为预定的输出频率。本发明中，开度调整量Δd代表了输出电压频率偏离预定的输出频率时需要调节的流量大小。
其次，若f小于f0，则控制器输出可控阀门开度为d＝dy+Δd；若f大于f0，则控制器输出的可控阀门开度为d＝dy-Δd；若f等于f0，则控制器输出的可控阀门开度为dy，其中，dy为控制器原来输出的可控阀门开度的值。本发明中，显然输出电压的频率受到汽轮机转速的影响，而汽轮机转速又收到二氧化碳气体的流量影响。因此，通过测出的电压频率相对期望频率的偏差以及汽轮机转速与期望电压频率下所要求的汽轮机转数的偏差，控制器对可控阀门的开度进行调节，从而调节二氧化碳气体的流量，最终调整了输出电压的频率，使其在符合要求的范围内。
较佳地，控制器按照预定的时间间隔同时获取输出电压频率和汽轮机输出轴的转速。
本发明的实施例中，根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α。在一个优选实施例中，根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α包括：若预定的输出频率输出精度要求为频率波动幅度不大于±0.2％，则调节系数α取值为0.01-0.03；若预定的输出频率精度要求为频率波动幅度不大于±0.5％并且大于±0.2％，则调节系数α取值为0.04-0.06。本发明中，调节系数α的精确选择，保证了对输出电压频率调节的需求。
进一步，本发明的发电系统还可以包括：存量检测器80，设置在气体储存罐内部，用于检测气体存储罐中的高温二氧化碳气体存量并将二氧化碳气体存量值发送给控制器60。控制器60根据二氧化碳气体存量值以及可控阀门70的开度计算出二氧化碳气体的可持续提供时间，并将该时间值显示出来。这样，有利于工作人员根据气体存储罐的气体存储量状况，适当调整回转窑炉101的工况，从而保证发电系统所需要的二氧化碳气体流量。
较佳地，本发明的发电系统进一步包括：风机102，设置在回转窑炉101和气体存储罐10之间，用于利用负压原理将回转窑炉101中的二氧化碳气体输入到气体存储罐10中。
较佳地，风机102采用的负压压力为-0.09Mpa至-0.095MPa。
较佳地，本发明的发电系统进一步包括：净化器103，设置在可控阀门和汽轮机之间，用于净化来自气体存储罐中的二氧化碳气体；气水分离器104，连接到汽轮机20的气体输出口，用于接收来自汽轮机20中的二氧化碳；压缩机105，用于将来自气水分离器104的二氧化碳气体压缩成干冰。
其中，净化器103中设置有活性炭，活性炭所含有的孔隙中的小孔：中孔：大孔的体积比为1:0.75～1.5:0.25～0.65，其中所述小孔是孔径为5nm以下的孔隙，所述中孔是孔径为大于5nm且小于100nm的孔隙，所述大孔是孔径为100nm以上的孔隙。
本发明的发电系统的技术方案中，利用回转窑炉煅烧镁矿石过程中产生的高温二氧化碳气体源，并结合汽轮机技术来发电；在发电过程中利用检测的输出电压频率和汽轮机转速来实时调节输入汽轮机的二氧化碳气体流量，从而精确控制输出电压的频率，既能够提高了余热的利用，也能够保证输出电压的频率精确性。
进一步，本发明的发电系统在利用高温二氧化碳气体进行发电之后，不是直接将发电后的气体直接排放，而是进一步利用气水分离以及压缩技术，将二氧化碳气体制作成干冰，进一步提高了煅烧镁矿石过程中的副产品的利用率，并能够进一步提升经济价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于回转窑炉副产品的余热的发电系统，包括：
气体储存罐，用于储存回转窑炉在高温煅烧镁矿石的过程中产生的高温二氧化碳气体；气体储存罐的出口设置有可控阀门，用于控制气体储存罐的气体流出量；
汽轮机，其进气口连接到所述可控阀门，用于接收高温二氧化碳气体；
发电机，其连接到汽轮机的输出轴并随汽轮机的转动而输出电压；
频率检测仪，其用于检测发电机所输出电压的频率；
转速传感器，设置于汽轮机上，用于检测汽轮机输出轴的转速；
控制器，其接收来自频率检测仪的频率和来自转速传感器的转速，并根据接收的频率和转速确定可控阀门的开度。
2.如权利要求1所述的发电系统，其中，所述根据接收的频率和转速确定可控阀门的开度包括：
根据如下公式计算可控阀门的开度调整量Δd：
其中，n为实时检测的汽轮机输出轴的转速，n0为预定的汽轮机输出轴转速，f为实时检测的输出电压频率，f0为预定的输出频率，；
若f小于f0，则控制器输出可控阀门开度为d＝dy+Δd；若f大于f0，则控制器输出的可控阀门开度为d＝dy-Δd；若f等于f0，则控制器输出的可控阀门开度为dy，其中，dy为控制器原来输出的可控阀门开度的值。
3.如权利要求2所述的发电系统，其中，控制器按照预定的时间间隔同时获取输出电压频率和汽轮机输出轴的转速。
4.如权利要求2所述的发电系统，其中，根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α。
5.如权利要求4所述的发电系统，其中，所述根据对输出电压的频率要求的精度来设定调节系数α包括：
若预定的输出频率输出精度要求为频率波动幅度不大于±0.2％，则调节系数α取值为0.01-0.03；
若预定的输出频率精度要求为频率波动幅度不大于±0.5％并且大于±0.2％，则调节系数α取值为0.04-0.06。
6.如权利要求2所述的发电系统，进一步包括：
存量检测器，用于检测气体存储罐中的高温二氧化碳气体存量并将二氧化碳气体存量值发送给控制器；
控制器根据二氧化碳气体存量值以及可控阀门开度计算出二氧化碳气体的可持续提供时间，并将该时间值显示出来。
7.如权利要求2所述的发电系统，进一步包括：
风机，设置在回转窑炉和气体存储罐之间，用于利用负压原理将回转窑炉中的二氧化碳气体输入到气体存储罐中。
8.如权利要求7所述的发电系统，其中，所述风机采用的负压压力为-0.09Mpa至-0.095MPa。
9.如权利要求7所述的发电系统，进一步包括：
净化器，设置在可控阀门和汽轮机之间，用于净化来自气体存储罐中的二氧化碳气体；
气水分离器，连接到汽轮机的气体输出口，用于接收来自汽轮机中的二氧化碳；
压缩机，用于将来自气水分离器的二氧化碳气体压缩成干冰。
10.如权利要求9所述的发电系统，其中，：
净化器中设置有活性炭，活性炭所含有的孔隙中的小孔：中孔：大孔的体积比为1:0.75～1.5:0.25～0.65，其中所述小孔是孔径为5nm以下的孔隙，所述中孔是孔径为大于5nm且小于100nm的孔隙，所述大孔是孔径为100nm以上的孔隙。
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2016
- 2016-04-14 CN CN201610231647.4A patent/CN105756734B/zh active Active
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| CN111924922A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-11-13 | 成都建筑材料工业设计研究院有限公司 | 临海地区水泥生产、海水淡化和发电联合实现系统及方法 |
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