CN107062892A - 一种蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置 - Google Patents
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Abstract
一种蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，包括窑头罩，窑头罩内壁或外壁设有CO2流体蓄能机构，CO2流体蓄能机构的进口设有介质进入管路，所述CO2流体蓄能机构的出口设有介质排出管路。本发明既可解决高温强辐射热能对窑头罩的高温烧蚀问题，减少环境热污染危害；又可利用窑头罩内的强辐射热能发电。
Description
技术领域
本发明涉及环保装备技术领域，具体是涉及一种蓄集窑头罩内高温辐射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，既浪费能源增加碳排放，也对环境产生热污染，如回转窑的高温窑头罩，窑头罩内承接了来自回转窑内连续卸下的1250℃～1450℃高温熟料流，及喷煤管后退至窑口外燃烧时的1500℃～1700℃的高温辐射热，并承受来自篦冷机内200℃～1200℃的向上的热空气流回转窑和三次风管内的高温气流的冲刷，以致窑头罩内壁耐火材料易于烧蚀损毁，甚至窑头罩金属壳体经常被烧蚀。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排出的280℃～380℃废气余热和窑头篦冷机内中温段抽取的280℃～400℃废气余热，导致余热发电系统大多热能不足，主蒸汽压力偏低，达不到设计的额定发电量。ZL201420382011.6公开了一种“利用干法回转窑窑头罩余热供余热发电的装置”，但所涉的装置因只能用来预热锅炉用水和预热空气，不能有效解决高温设备的辐射热利用和热污染，而不能普及推广应用。
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，在当前国情下难以实现。显然，因仅有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的中温废气余热利用装置，没有可利用水泥生产过程中其他高温热能的装置，使得现有的超临界CO2循环发电技术尚不适合我国国情的水泥行业。
至今，国内外尚未见有利用回转窑的窑头罩内800℃～1450℃高温辐射热能直接对超临界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头罩内800℃～1450℃高温辐射热能供应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，克服上述背景技术的不足，提供一种蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，既可解决高温强辐射热能对窑头罩的高温烧蚀问题，减少环境热污染危害；又可利用窑头罩内的强辐射热能发电。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，包括窑头罩，所述窑头罩内壁或外壁设有CO2流体蓄能机构，所述CO2流体蓄能机构的进口设有介质进入管路，所述CO2流体蓄能机构的出口设有介质排出管路。
进一步，所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器、板式热交换器、箱式热交换器中的一种或几种；所述CO2流体蓄能机构的工作介质为CO2流体。
进一步，所述介质进入管路上设有逆止阀。
进一步，所述介质排出管路上设有调节阀、安全阀和温压感应器。
进一步，所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器，工作介质为CO2流体，所述窑头罩内壁设有耐火材料，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2流体蓄能机构为板式热交换器，工作介质为CO2流体，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的内顶部，所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和箱式热交换器，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和箱式热交换器的工作介质为CO2流体；所述窑头罩内壁设有耐火材料，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器固定于窑头罩的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；所述箱式热交换器固定于窑头罩的内顶部；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器，工作介质为CO2流体，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的外侧壁和外顶部，所述CO2流体蓄能机构上覆盖有保温材料；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和板式热交换器，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和板式热交换器的工作介质为CO2流体，所述窑头罩内壁设有耐火材料，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器固定于窑头罩的外侧壁、外顶部和内侧壁上，所述窑头罩内侧壁的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器嵌入内侧壁耐火材料中，所述窑头罩外侧壁和外顶部的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器上覆盖有保温材料；所述板式热交换器固定于窑头罩（1）的内顶部；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
与现有技术相比，本发明的优点如下：直接利用水泥生产过程中窑头罩内800℃～1450℃强辐射热能，以CO2蓄能机构中的CO2流体为工作介质，吸收窑头罩内的热能，既可解决高温强辐射热能对窑头罩内耐火材料及窑头罩外金属壳体的高温烧蚀问题，且对入窑二次风温和入炉三次风温无明显影响，可延长窑头罩的寿命，降低维修费用，并因降低窑头罩外部辐射热量而改善巡查工作环境，减少环境热污染危害；又可利用窑头罩内的强辐射热能发电，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。 本发明结构简单而蓄能高效、应用安全。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
图4是本发明实施例4的结构示意图。
图5是本发明实施例5的结构示意图。
图中：1—窑头罩，2—CO2流体蓄能机构，2a—盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器，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—篦冷机，8—回转窑，9—三次风管，10—燃烧器，11—温压感应器，12—介质进入管路，13—介质排出管路。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
参照图1，本实施例包括窑头罩1、CO2流体蓄能机构、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、温压感应器11、介质进入管路12和介质排出管路13；窑头罩1内壁设有耐火材料，CO2流体蓄能机构通过支吊架3固定于窑头罩1的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；介质进入管路12设于窑头罩1外，与窑头罩1内的CO2流体蓄能机构的进口相连通，逆止阀4设于介质进入管路12上；介质排出管路13设于窑头罩1外，与窑头罩1内的CO2流体蓄能机构的出口相连通；调节阀5、安全阀6、温压感应器11设于介质排出管路13上。本实施例的CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a，工作介质为CO2流体。
窑头罩1为水泥生产系统的一部分，水泥生产系统还包括篦冷机7、回转窑8、三次风管9、燃烧器10，篦冷机7设于窑头罩1的底部，回转窑8与窑头罩1连接，燃烧器10、三次风管9设于窑头罩1内。
实施例2
参照图2，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2流体蓄能机构通过支吊架3固定于窑头罩1的内顶部，CO2流体蓄能机构为板式热交换器2b，工作介质为CO2流体。其余同实施例1。
实施例3
参照图3，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a和箱式热交换器2c，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a通过支吊架3固定于窑头罩1的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；箱式热交换器2c通过支吊架3固定于窑头罩1的内顶部，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a和箱式热交换器2c的工作介质为CO2流体。其余同实施例1。
实施例4
参照图4，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2流体蓄能机构通过支吊架3固定于窑头罩1的外侧壁和外顶部，CO2流体蓄能机构上覆盖有保温材料。其余同实施例1。
实施例5
参照图5，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a和板式热交换器2b，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a通过支吊架3固定于窑头罩1的外侧壁、外顶部和内侧壁上，窑头罩1内侧壁的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a嵌入内侧壁耐火材料中，窑头罩1外侧壁和外顶部的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a上覆盖有保温材料；板式热交换器2b通过支吊架3固定于窑头罩1的内顶部，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器2a和板式热交换器2b的工作介质为CO2流体。其余同实施例1。
本发明中，窑头罩1的内壁包括内侧壁和内顶部，窑头罩1的外壁包括外侧壁和外顶部。
本发明工作原理如下：
通过介质进入管路12向CO2蓄能机构内充入气态或液态的CO2， CO2蓄能机构的热交换器直接以CO2为工作介质吸收窑头罩内800℃～1450℃的强辐射热能，CO2吸收强辐射热能后转化为高能量、高密度的高压热态超临界CO2流体，超临界CO2流体经CO2蓄能机构出口的介质排出管路13排出，供应超临界CO2发电系统发电。调节阀6用于控制超临界CO2流体的流量。
本发明直接利用水泥生产过程中窑头罩内800℃～1450℃强辐射热能，以CO2蓄能机构中的CO2流体为工作介质，吸收窑头罩内的热能，既可解决高温强辐射热能对窑头罩内耐火材料及窑头罩外金属壳体的高温烧蚀问题，且对入窑二次风温和入炉三次风温无明显影响，可延长窑头罩的寿命，降低维修费用，并因降低窑头罩外部辐射热量而改善巡查工作环境，减少环境热污染危害；又可利用窑头罩内的强辐射热能发电，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。本发明结构简单而蓄能高效、应用安全。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，包括窑头罩，其特征在于：所述窑头罩内壁或外壁设有CO2流体蓄能机构，所述CO2流体蓄能机构的进口设有介质进入管路，所述CO2流体蓄能机构的出口设有介质排出管路。
2.如权利要求1所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器、板式热交换器、箱式热交换器中的一种或几种；所述CO2流体蓄能机构的工作介质为CO2流体。
3.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述介质进入管路上设有逆止阀。
4.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述介质排出管路上设有调节阀、安全阀和温压感应器。
5.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器，工作介质为CO2流体，所述窑头罩内壁设有耐火材料，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
6.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构为板式热交换器，工作介质为CO2流体，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的内顶部，所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
7.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和箱式热交换器，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和箱式热交换器的工作介质为CO2流体；所述窑头罩内壁设有耐火材料，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器固定于窑头罩的内侧壁上，并嵌入内侧壁耐火材料中；所述箱式热交换器固定于窑头罩的内顶部；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
8.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构为盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器，工作介质为CO2流体，所述CO2流体蓄能机构固定于窑头罩的外侧壁和外顶部，所述CO2流体蓄能机构上覆盖有保温材料；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
9.如权利要求1或2所述的蓄集窑头罩内高温辐射热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2流体蓄能机构包括盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和板式热交换器，所述盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器和板式热交换器的工作介质为CO2流体，所述窑头罩内壁设有耐火材料，盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器固定于窑头罩的外侧壁、外顶部和内侧壁上，所述窑头罩内侧壁的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器嵌入内侧壁耐火材料中，所述窑头罩外侧壁和外顶部的盘式/螺旋绕管式/列管式空心管热交换器上覆盖有保温材料；所述板式热交换器固定于窑头罩的内顶部；所述介质进入管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于窑头罩外，与窑头罩内的CO2流体蓄能机构的出口相连通。
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