CN107062921A - 一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置 - Google Patents

一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置 Download PDF

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Abstract

一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，包括预热器、下料管和窑尾烟室，预热器的下端部与下料管的上端部相连，下料管的下端部与窑尾烟室相连，下料管的管道上设有锁风翻板阀，锁风翻板阀将下料管分成阀上管和阀下管两部分，预热器和/或下料管和/或窑尾烟室入口处内设有CO2蓄能机构，CO2蓄能机构的进口设有介质进入管路，CO2蓄能机构的出口设有介质排出管路。本发明既可解决或大幅减轻预热器锥部、下料管及窑尾烟室内因温度过高出现液相结皮和粘堵的问题；又可利用高温粉料的部分热能发电。

Description

一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置
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尾预热器料管高温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，水泥厂熟料的生产系统实际上是一套高温热化学反应窑炉系统，熟料生产中的实际能耗远高于热化学反应平衡所需的能耗，水泥生产过程中产生大量的废弃余热，且其中的一些高温热能客观上造成了一些不利的影响。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℃废气余热以及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。如窑尾第五级或第六级预热器和与之相连的入窑下料管内大量的850℃～950℃高温料粉因温度偏高，极易出现液相，导致预热器锥部粘堵和下料管内的结皮粘堵，窑尾预热器和入窑下料管粘堵后，往往必须停窑清理，且清理过程极不安全。同时，窑尾烟室温度亦常随入窑下料管中粉料温度升高，加重烟室结皮，影响窑况正常运行。
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，国内外尚未见有可利用窑尾预热器锥部和入窑下料管内大流量850℃～950℃高温粉料热能直接对超临界CO2蓄能的研究或实践，也未见有以此减轻或防止预热器锥部和下料管及烟室结皮的研究或实践，为稳定窑况，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，迫切需要一种可解决窑尾预热器和下料管粘堵并利用窑尾预热器和入窑下料管内850℃～950℃高温粉料的部分高温热能供应超临界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，提供一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，既可解决或大幅减轻预热器锥部、下料管及窑尾烟室内因温度过高出现液相结皮和粘堵的问题；又可利用高温粉料的热能发电。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，包括预热器、下料管和窑尾烟室，所述预热器的下端部与下料管的上端部相连，所述下料管的下端部与窑尾烟室相连，所述下料管的管道上设有锁风翻板阀，锁风翻板阀将下料管分成阀上管和阀下管两部分，所述预热器和/或下料管和/或窑尾烟室入口处内设有CO2蓄能机构，所述CO2蓄能机构的进口设有介质进入管路，所述CO2蓄能机构的出口设有介质排出管路。
进一步，所述预热器、下料管和窑尾烟室的内壁设有耐火材料，所述CO2蓄能机构嵌入预热器和/或下料管和/或窑尾烟室入口处的耐火材料中。
进一步，所述CO2蓄能机构为盘式空心管热交换器或螺旋绕管式空心管热交换器或夹套式热交换器；所述CO2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；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蓄能机构固定在预热器内，并嵌入预热器内的耐火材料中，所述介质进入管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的进口相连通，所述介质排出管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀下管内；所述介质进入管路设于下料管的阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于下料管的阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2蓄能机构固定在预热器和下料管的阀上管内，并嵌入预热器和阀上管内的耐火材料中，所述介质进入管路设于下料管的阀上管外，与阀上管内的CO2蓄能机构的进口相连通，所述介质排出管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀下管和窑尾烟室入口处内，并嵌入阀下管和窑尾烟室入口处内的耐火材料中；所述介质进入管路设于窑尾烟室入口处壳体外，与窑尾烟室内的CO2蓄能机构的出口相连通；所述介质排出管路设于阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通。
进一步，所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀上管、阀下管内，并嵌入阀上管、阀下管内的耐火材料中；所述介质进入管路设于阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通；所述介质排出管路设于阀上管外，与阀上管内的CO2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：利用窑尾预热器内部（预热器的下部为锥部）和入窑下料管内大流量850℃～950℃高温粉料的部分热能直接对超临界CO2蓄能，可将粉料温度降低40℃～120℃，同时窑尾烟室温度也可控制降低30℃～100℃，既可解决或大幅减轻预热器锥部、下料管及窑尾烟室内因温度过高出现液相结皮和粘堵的问题；又可利用高温粉料的部分热能发电，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； 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6是本发明实施例6的结构示意图。
图7是本发明实施例7的结构示意图。
图中：1—预热器，2—下料管，2a—阀上管， 2b—阀下管，3—锁风翻板阀，4a—盘式空心管热交换器，4b—螺旋绕管式空心管热交换器，4d—夹套式热交换器，5—逆止阀，6—调节阀，7—安全阀，8—温压感应器，9—窑尾烟室，11—介质进入管路，12—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，本实施例包括预热器1、下料管2、锁风翻板阀3、CO2蓄能机构、逆止阀5、调节阀6、安全阀7、温压感应器8、窑尾烟室9、介质进入管路11和介质排出管路12，预热器1的下端部与下料管2的上端部相连，下料管2的下端部与窑尾烟室9相连，预热器1、下料管2和窑尾烟室9的内壁设有耐火材料，锁风翻板阀3设于下料管2的管道上，将下料管2分成阀上管2a和阀下管2b两部分，下料管2的内径固定不变，CO2蓄能机构固定在预热器1下部、下料管2的阀上管2a、阀下管2b和窑尾烟室9入口处内，并嵌入预热器1下部、阀上管2a、阀下管2b和窑尾烟室9入口处内的耐火材料中；介质进入管路11设于下料管2的阀下管2b外，与阀下管2b内的CO2蓄能机构的进口相连通，逆止阀5设于介质进入管路11上；介质排出管路12设于预热器1下部外，与预热器1下部内的CO2蓄能机构的出口相连通；调节阀6、安全阀7、温压感应器8设于介质排出管路12上；本实施例中，CO2蓄能机构为盘式空心管热交换器4a，工作介质为CO2流体。
实施例2
参照图2，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2蓄能机构为螺旋绕管式空心管热交换器4b，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蓄能机构固定在预热器1下部内，并嵌入预热器1下部内的耐火材料中，介质进入管路11设于预热器1下部外，与预热器1下部内的CO2蓄能机构的进口相连通，介质排出管路12设于预热器1下部外，与预热器1下部内的CO2蓄能机构的出口相连通。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蓄能机构固定在下料管2的阀下管2b内；介质进入管路11设于下料管2的阀下管2b外，与阀下管2b内的CO2蓄能机构的进口相连通；介质排出管路12设于下料管2的阀下管2b外，与阀下管2b内的CO2蓄能机构的出口相连通。本实施例的CO2蓄能机构为夹套式热交换器4d，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蓄能机构固定在预热器1下部和下料管2的阀上管2a内，并嵌入预热器1下部和阀上管2a内的耐火材料中，介质进入管路11设于下料管2的阀上管2a外，与阀上管2a内的CO2蓄能机构的进口相连通，介质排出管路12设于预热器1下部外，与预热器1下部内的CO2蓄能机构的出口相连通。其余同实施例1。
实施例6
参照图6，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2蓄能机构固定在下料管2的阀下管2b和窑尾烟室9入口处内，并嵌入阀下管2b和窑尾烟室9入口处内的耐火材料中；介质进入管路11设于窑尾烟室9入口处壳体外，与窑尾烟室9内的CO2蓄能机构的出口相连通；介质排出管路12设于阀下管2b外，与阀下管2b内的CO2蓄能机构的出口相连通。其余同实施例1。
实施例7
参照图7，本实施例与实施例1的区别仅在于：CO2蓄能机构固定在下料管2的阀上管2a、阀下管2 b内，并嵌入阀上管2a、阀下管2 b内的耐火材料中；介质进入管路11设于阀下管2b外，与阀下管2 b内的CO2蓄能机构的出口相连通；介质排出管路12设于阀上管2a外，与阀上管2a内的CO2蓄能机构的出口相连通。其余同实施例1。
本发明工作原理如下：
通过介质进入管路11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为工作介质吸收预热器1内和下料管2中流动的高温粉料的部分高温热能，CO2吸收高温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12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尾预热器和下料管内大流量的850℃～950℃高温粉料的部分高温热能，以CO2蓄能机构中的CO2流体为工作介质，吸收高温粉料的热能，可将粉料温度降低40℃～120℃，同时窑尾烟室9温度也可控制降低30℃～100℃，既可解决或大幅减轻预热器1锥部、下料管2及窑尾烟室9内因温度过高出现液相结皮和粘堵的问题，利于窑况稳定，且对熟料生产热耗无可见的明显影响；又可利用高温粉料的部分高温热能发电，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)

1.一种蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，包括预热器、下料管和窑尾烟室，所述预热器的下端部与下料管的上端部相连，所述下料管的下端部与窑尾烟室相连，其特征在于：所述下料管的管道上设有锁风翻板阀，锁风翻板阀将下料管分成阀上管和阀下管两部分，所述预热器和/或下料管和/或窑尾烟室入口处内设有CO2蓄能机构，所述CO2蓄能机构的进口设有介质进入管路，所述CO2蓄能机构的出口设有介质排出管路。
2.如权利要求1所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述预热器、下料管和窑尾烟室的内壁设有耐火材料，所述CO2蓄能机构嵌入预热器和/或下料管和/或窑尾烟室入口处的耐火材料中。
3.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构为盘式空心管热交换器或螺旋绕管式空心管热交换器或夹套式热交换器；所述CO2蓄能机构的工作介质为CO2流体。
4.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温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；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所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构固定在预热器内，并嵌入预热器内的耐火材料中，所述介质进入管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的进口相连通，所述介质排出管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的出口相连通。
6.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀下管内；所述介质进入管路设于下料管的阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的进口相连通；所述介质排出管路设于下料管的阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通。
7.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构固定在预热器和下料管的阀上管内，并嵌入预热器和阀上管内的耐火材料中，所述介质进入管路设于下料管的阀上管外，与阀上管内的CO2蓄能机构的进口相连通，所述介质排出管路设于预热器外，与预热器内的CO2蓄能机构的出口相连通。
8.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀下管和窑尾烟室入口处内，并嵌入阀下管和窑尾烟室入口处内的耐火材料中；所述介质进入管路设于窑尾烟室入口处壳体外，与窑尾烟室内的CO2蓄能机构的出口相连通；所述介质排出管路设于阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通。
9.如权利要求1或2所述的蓄集窑尾预热器料管高温热能的二氧化碳蓄能装置，其特征在于：所述CO2蓄能机构固定在下料管的阀上管、阀下管内，并嵌入阀上管、阀下管内的耐火材料中；所述介质进入管路设于阀下管外，与阀下管内的CO2蓄能机构的出口相连通；所述介质排出管路设于阀上管外，与阀上管内的CO2蓄能机构的出口相连通。
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