CN106918243A - 一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置 - Google Patents
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Abstract
一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构和支吊架，CO2流体蓄能机构安装在支吊架上，CO2流体蓄能机构设于窑尾烟室的内腔中，CO2流体蓄能机构通过支吊架固定于窑尾烟室内壁上；或者，CO2流体蓄能机构嵌于窑尾烟室外侧的壳体与窑尾烟室的内壁之间的耐火材料层中，CO2流体蓄能机构通过支吊架固定于窑尾烟室内壁或窑尾烟室外侧的壳体上。本发明结构简单，蓄能高效、应用安全，直接利用水泥生产过程中窑尾烟室850℃～1200℃强辐射热能，可有效地将CO2经逆止阀送入蓄能机构的热交换器中，直接以CO2为工作介质吸收蓄集高温热能。
Description
技术领域
本发明涉及环保装备技术领域，尤其涉及一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置。
背景技术
众所周知，水泥为高耗能高污染行业，水泥生产过程中产生大量的废弃余热，而现有的干法回转窑生产线的余热发电技术目前仅能利用窑尾预热器出口的280℃～380℃废气余热和窑头篦冷机中温段抽取的280℃～400℃废气余热，尚有大量的废弃热能不能利用，既浪费能源增加碳排放，也对环境产生热污染。如回转窑的窑尾烟室850℃～1200℃的高温热辐射和热传导的热能，窑尾烟室内因温度高达850℃～1200℃导致经常性结皮粘堵影响窑况正常运行，除须标配有多个空气泡清堵外，还不得不每班数名工人穿着防护服拿着铁釺、高压水枪清理烟室内的结皮以保生产能正常运行。
另一方面，随着CCS技术的发展，超临界二氧化碳发电系统即一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统已受到广泛关注，超临界二氧化碳发电系统主要包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，其循环过程中的循环介质为二氧化碳。据 中国《水泥》（2014.No.9）《利用CO2动力循环的水泥余热发电系统》介绍，美国俄亥俄州阿克伦城Echogen公司利用水泥厂预热器排出的废气余热和熟料冷却机抽取的废气余热设计的应用CO2动力循环余热发电系统，即釆用的是我国水泥企业现已普及应用的废气余热发电的热源，但工作介质不同。Echogen公司目前可提供的EPS100 8MW热机系统的废热交换器，其用于窑尾预热器出口的280℃～380℃废气余热和窑头篦冷机中温段抽取的280℃～400℃废气余热的废热交换器在北美地区的投资达2000～2500万美元，远高于国内8MW双锅炉整套余热发电系统的投资总额（国内水泥厂预热器出口废气余热锅炉和熟料冷却机抽取废气余热锅炉发电系统总投资仅4000～6000万元人民币不等），且客观上难以适应我国大部分水泥窑系统废弃余热温度随原燃材料及窑系统工况波动而温度波动大的状况，而高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础。再者，我国水泥企业已普及建好了预热器排出废气余热锅炉和熟料冷却机抽取废气余热锅炉发电系统（以水为工作介质），在利用相同的两个废气热源、且相同产出的情况下，采取拆除低投资的系统换上高投资的系统，在当前国情下缺少现实性。显然，因仅能利用窑头篦冷机中温段抽取的废气余热和预热器出口排出的废气余热，没有可利用水泥生产过程中其他废弃热能的装置，使得现有的CO2循环发电技术并不适合我国国情的水泥行业。
至今，国内外尚未见有可利用回转窑窑尾烟室850℃～1200℃高温辐射和热传导热能直接对超临界CO2蓄能的研究和实践，为解决水泥企业的低碳减排问题，实现水泥企业的CO2捕集和CO2发电，迫切需要一种可利用窑尾烟室内850℃～1200℃高温辐射和热传导热能供应CO2发电的CO2蓄能装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，可直接利用水泥生产线的窑尾烟室内850℃～1200℃高温辐射和传导热能的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置。
本发明解决其技术方案所采用的技术方案是：
一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构和支吊架，CO2流体蓄能机构安装在支吊架上，CO2流体蓄能机构设于窑尾烟室的内腔中，CO2流体蓄能机构通过支吊架固定于窑尾烟室内壁上；
或者，CO2流体蓄能机构嵌于窑尾烟室外侧的壳体与窑尾烟室的内壁之间的耐火材料层中，CO2流体蓄能机构通过支吊架固定于窑尾烟室内壁或窑尾烟室外侧的壳体上。
进一步，还包括逆止阀、调节阀和安全阀，CO2流体蓄能机构的进口管道和出口管道均伸出窑尾烟室外侧的壳体外，逆止阀设置于窑尾烟室外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上，调节阀和安全阀设置于窑尾烟室外侧的壳体外，调节阀和安全阀均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
进一步，CO2流体蓄能机构的出口管道上还可安装有温压感应器。
进一步，所述CO2流体蓄能机构为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式空心管热交换器，工作介质为CO2流体。
进一步，所述CO2流体蓄能机构可分为两段：低温预热段和主体段；低温预热段设置在窑尾烟室外侧的壳体外；主体段设置在窑尾烟室的内腔中，或嵌于窑尾烟室外侧的壳体与窑尾烟室的内壁之间的耐火材料层中。
进一步，所述低温预热段通过支吊架固定于窑尾烟室壳体，主体段亦通过支吊架固定于窑尾烟室壳体或窑尾烟室内壁。
进一步，CO2流体蓄能机构的进口管道安装于低温预热段的进口端，CO2流体蓄能机构的出口管道安装于主体段的出口端。
本发明结构简单，蓄能高效、应用安全，可有效地将CO2经逆止阀送入蓄能机构的热交换器中，直接以CO2为工作介质吸收蓄集高温热能，蓄能转化为高能量密度的高压热态超临界CO2流体后，经CO2蓄能机构的出口调节阀控制稳定排出，可供应现有超临界CO2发电系统发电。本发明直接利用水泥生产过程中窑尾烟室850℃～1200℃强辐射热能，既利用了损伤窑尾烟室耐火材料及金属壳体的850℃～1200℃强辐射热能，又可减轻烟室的结皮和/或缩口的结皮，大幅降低了工人清理烟室的工作强度，且对回转窑工况及熟料热耗无可见不利影响，可延长窑尾烟室浇注料的寿命，降低维修费用，并因降低窑尾烟室外部辐射热量而改善巡查工作环境，减少环境热污染危害。便于水泥厂推行CO2捕集减排与利用CO2发电，有效增加水泥厂的余热发电量，大幅减少水泥生产对外供电能的需求，利于水泥企业的节能减排和实现水泥的低碳生产。
附图说明
图1为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例1的结构示意图；
图2为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例2的结构示意图；
图3为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例3的结构示意图；
图4为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例4的结构示意图；
图5为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例5的结构示意图；
图6为本发明蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置实施例6的结构示意图。
图中：1-窑尾烟室，2-CO2流体蓄能机构，2a-盘式空心管热交换器，2b-板式热交换器，2c-箱式热交换器，3-支吊架，4-逆止阀，5-调节阀，6-安全阀，7-C5/C6下料管，8-回转窑，9-缩口，10-分解炉，11-温压感应器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参照图1，一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5和安全阀6，CO2流体蓄能机构2包括盘式空心管热交换器2a、板式热交换器2b和箱式热交换器2c，盘式空心管热交换器2a 嵌于窑尾烟室1外侧的壳体与窑尾烟室1的内壁之间的耐火材料层中，箱式热交换器2c设于窑尾烟室1的内腔中，板式热交换器2b 亦嵌于窑尾烟室1外侧的壳体与窑尾烟室1的内壁之间的耐火材料层中，盘式空心管热交换器2a的出口端与箱式热交换器2c的进口端连通，箱式热交换器2c的出口端与板式热交换器2b的进口端连通。盘式空心管热交换器2a的进口端安装有进口管道即CO2流体蓄能机构的进口管道，逆止阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上。板式热交换器2b的出口端安装有出口管道即CO2流体蓄能机构的出口管道，调节阀5和安全阀6设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，调节阀5和安全阀6均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
盘式空心管热交换器2a、板式热交换器2b和箱式热交换器2c通过支吊架3固定于窑尾烟室1内壁。
所述盘式空心管热交换器2a、板式热交换器2b和箱式热交换器2c的工作介质为CO2流体。
窑尾烟室1的上方设有分解炉10，窑尾烟室1两侧分别与下料管7和回转窑8相连。
实施例2：
参照图2，一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6，CO2流体蓄能机构2嵌于窑尾烟室1外侧的壳体与窑尾烟室1的内壁之间的耐火材料层中，CO2流体蓄能机构2通过支吊架3固定于窑尾烟室1内壁。CO2流体蓄能机构的进口管道和出口管道均伸出窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上，调节阀和安全阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，调节阀和安全阀均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
所述CO2流体蓄能机构2为耐热的盘式空心管热交换器2a，工作介质为CO2流体。
实施例3：
参照图3，一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6，所述CO2流体蓄能机构2为组合式箱式热交换器，组合式箱式热交换器由至少两个箱式热交换器2c首尾串接而成。组合式箱式热交换器设于窑尾烟室1的内腔中，组合式箱式热交换器通过支吊架3固定于窑尾烟室1内壁。CO2流体蓄能机构的进口管道和出口管道均伸出窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上，调节阀和安全阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，调节阀和安全阀均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
所述CO2流体蓄能机构2为耐热的箱式热交换器2c，工作介质为CO2流体。
实施例4：
参照图4，一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器11，所述CO2流体蓄能机构2由盘式空心管热交换器2a和板式热交换器2b组合而成，盘式空心管热交换器2a和板式热交换器2b均嵌于窑尾烟室1外侧的壳体与窑尾烟室1的内壁之间的耐火材料层中，盘式空心管热交换器2a的出口端与板式热交换器2b的进口端连通。盘式空心管热交换器2a和板式热交换器2b均通过支吊架3固定于窑尾烟室1内壁，具体可为：盘式空心管热交换器2a用支吊架3固定在窑尾烟室1顶部的缩口内壁上，板式热交换器2b用支吊架3固定在窑尾烟室1中部的内壁上。盘式空心管热交换器2a的进口端安装有进口管道即CO2流体蓄能机构的进口管道，逆止阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上。板式热交换器2b的出口端安装有出口管道即CO2流体蓄能机构的出口管道，调节阀5、安全阀6和温压感应器11设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，调节阀5、安全阀6和温压感应器11均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
所述CO2流体蓄能机构2的工作介质为CO2流体。
实施例5：
参照图5，一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO2流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5和安全阀6， 所述CO2流体蓄能机构2分为外置的低温预热段和内置的主体段，低温预热段与主体段相连通。低温预热段设置在窑尾烟室1外侧的壳体外；主体段嵌于窑尾烟室1外侧的壳体与窑尾烟室1的内壁之间的耐火材料层中。所述低温预热段通过支吊架3固定于窑尾烟室1壳体，主体段亦通过支吊架3固定于窑尾烟室1内壁。CO2流体蓄能机构的进口管道安装于低温预热段的进口端，CO2流体蓄能机构的出口管道安装于主体段的出口端。逆止阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，逆止阀安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上，调节阀和安全阀设置于窑尾烟室1外侧的壳体外，调节阀和安全阀均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
所述CO2流体蓄能机构2为耐热的盘式空心管热交换器2a，工作介质为CO2流体。
实施例6：
参照图6，本实施例与实施例2的区别在于，CO2流体蓄能机构的出口管道上还安装有温压感应器。
其余同实施例2。
本发明结构简单，蓄能高效、应用安全，可有效地将CO2经逆止阀送入蓄能机构的热交换器中，直接以CO2为工作介质吸收蓄集高温热能，蓄能转化为高能量密度的高压热态超临界CO2流体后，经CO2蓄能机构的出口调节阀控制稳定排出，可供应现有超临界CO2发电系统发电。本发明直接利用水泥生产过程中窑尾烟室850℃～1200℃强辐射热能，既利用了损伤窑尾烟室耐火材料及金属壳体的850℃～1200℃强辐射热能，又可减轻烟室的结皮和缩口的结皮，大幅降低了工人清理烟室的工作强度，且对回转窑工况及熟料热耗无可见不利影响，可延长窑尾烟室浇注料的寿命，降低维修费用，并因降低窑尾烟室外部辐射热量而改善巡查工作环境，减少环境热污染危害。便于水泥厂推行CO2捕集减排与利用CO2发电，有效增加水泥厂的余热发电量，大幅减少水泥生产对外供电能的需求，利于水泥企业的节能减排和实现水泥的低碳生产。
Claims (7)
1.一种蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，包括CO2流体蓄能机构（2）和支吊架（3），CO2流体蓄能机构（2）安装在支吊架（3）上，CO2流体蓄能机构（2）设于窑尾烟室（1）的内腔中，CO2流体蓄能机构（2）通过支吊架（3）固定于窑尾烟室（1）内壁上；
或者，CO2流体蓄能机构（2）嵌于窑尾烟室（1）外侧的壳体与窑尾烟室（1）的内壁之间的耐火材料层中，CO2流体蓄能机构（2）通过支吊架（3）固定于窑尾烟室（1）内壁或窑尾烟室（1）外侧的壳体上。
2.根据权利要求1所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，还包括逆止阀（4）、调节阀（5）和安全阀（6），CO2流体蓄能机构的进口管道和出口管道均伸出窑尾烟室（1）外侧的壳体外，逆止阀设置于窑尾烟室（1）外侧的壳体外，逆止阀（4）安装于CO2流体蓄能机构的进口管道上，调节阀（5）和安全阀（6）设置于窑尾烟室（1）外侧的壳体外，调节阀和安全阀均安装于CO2流体蓄能机构的出口管道上。
3.根据权利要求2所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，CO2流体蓄能机构的出口管道上还安装有温压感应器（11）。
4.根据权利要求1或2所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，所述CO2流体蓄能机构（2）为箱式热交换器（2c)和/或板式热交换器（2b)和/或盘式空心管热交换器(2a)，工作介质为CO2流体。
5.根据权利要求2所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，所述CO2流体蓄能机构（2）分为两段：低温预热段和主体段；低温预热段设置在窑尾烟室（1）外侧的壳体外；主体段设置在窑尾烟室（1）的内腔中，或嵌于窑尾烟室（1）外侧的壳体与窑尾烟室（1）的内壁之间的耐火材料层中。
6.根据权利要求5所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，所述低温预热段通过支吊架（3）固定于窑尾烟室（1）壳体，主体段亦通过支吊架（3）固定于窑尾烟室（1）壳体或窑尾烟室（1）内壁。
7.根据权利要求5或6所述的蓄集窑尾烟室热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于，CO2流体蓄能机构的进口管道安装于低温预热段的进口端，CO2流体蓄能机构的出口管道安装于主体段的出口端。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2017
- 2017-04-18 CN CN201710251549.1A patent/CN106918243A/zh active Pending
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