CN116659246A - 一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，包括水泥窑生产模块、制氢模块和制冷模块。水泥窑生产模块包括生料预热器、回转窑和熟料冷却器，生料预热器用于利用废气对进入其中的生料进行预热，回转窑用于对预热后的水泥生料进行煅烧以形成水泥熟料，熟料冷却器用于对水泥熟料进行冷却，制氢模块包括甲醇制氢回路，生料预热器与甲醇制氢回路反应器的烟气侧入口相连，熟料冷却器与甲醇制氢回路气化器的热侧入口相连，反应器的烟气侧出口和气化器的热侧出口均与制冷模块相连，为制冷模块制冷提供热源。本发明将水泥窑余热与制氢模块和制冷模块相结合，可以更加高效地对水泥窑余热进行利用，实现能量的梯级利用，降低氢气生产成本和制冷成本。
Description
技术领域
本发明涉及余热利用技术领域，具体地，涉及一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统。
背景技术
水泥行业是一个高耗能行业，其能源成本占企业生产成本的70％。随着水泥煅烧技术的发展和生产效率的提高，水泥熟料的热耗率有较大幅度降低，但是目前1300t/d、2500t/d、5000t/d的新型干法水泥生产线水泥熟料热耗率仍然分别高达3475kJ/kg、3140kJ/kg、2970kJ/kg。其中，在水泥生产过程中由窑头熟料冷却器和窑尾旋风预热器排放的400℃以下废气，其热量约占水泥熟料烧成系统总耗热量的35％以上。若将这一部分低温余热进行充分高效地利用将有效降低水泥制造成本，提高水泥行业能源利用效率，带来巨大的经济效益。
氢气是一种理想的高能量、零污染的能量载体，相比其他化石燃料燃烧产生温室气体以及有害气体，氢气燃烧产物只有水，因此氢气也被认为是本世纪最有潜力的替代能源。相较于其他制氢方法，甲醇重整制氢具有反应温度低、产物中氢气含量高、投资小、能耗低、占地面积小、工艺条件缓和等优点，且我国是世界上最大的甲醇生产国，拥有全球60％的甲醇产能，利用甲醇进行重整制氢反应具有原料廉价易得的优点。
吸收式制冷是目前应用最为广泛的热驱动制冷技术。吸收式制冷技术具有电能消耗较少，经济性能良好等优点。
但是在相关技术中，没有将水泥窑余热利用系统、甲醇重整制氢反应和吸收式制冷技术相结合的结构。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，该氢冷联产的水泥窑余热利用系统将水泥窑余热与制氢模块和制冷模块相结合，可以更加高效地对水泥窑余热进行利用，可以实现能量的梯级利用，提高水泥行业能源利用效率，降低氢气生产制造成本和制冷成本。
本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统包括：水泥窑生产模块，所述水泥窑生产模块包括依次连接的生料预热器、回转窑和熟料冷却器，所述生料预热器用于对水泥生料进行预热，所述回转窑用于对预热后的水泥生料进行煅烧以形成水泥熟料，所述熟料冷却器用于对所述水泥熟料进行冷却；制氢模块，所述制氢模块包括甲醇制氢回路，所述甲醇制氢回路具有反应器和气化器，所述生料预热器与所述反应器的烟气侧相连，所述熟料冷却器与所述气化器的热侧相连。
本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，可以利用水泥窑生产模块所产生的废气为制氢模块和制冷模块提供能量，从而使得水泥窑生产模块的余热能量得到合理利用，提高了水泥行业能源利用效率，同时减少制氢过程所需要的锅炉等设备成本以及运行所需的燃料等费用，降低了制氢成本，并且采用废气所含热量进行制冷也降低了制冷成本。
在一些实施例中，所述甲醇制氢回路还包括：供料装置、预热器、冷却器、气液分离器、变压吸附器和氢气储罐，所述供料装置用于供应甲醇原料液，所述供料装置与所述预热器的冷侧入口相连，所述预热器的冷侧出口与所述气化器的冷侧入口相连，所述气化器的冷侧出口与所述反应器的壳侧入口相连，所述反应器的壳侧出口与所述预热器的热侧入口相连，所述预热器的热侧出口与所述冷却器的热侧入口相连，所述冷却器的热侧出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的气侧出口与所述变压吸附器的入口相连，所述变压吸附器的出口与所述氢气储罐的入口相连。
在一些实施例中，所述供料装置包括脱盐水储罐、甲醇储罐和甲醇原料液泵，所述脱盐水储罐用于储存脱盐水，所述甲醇储罐用于储存甲醇，所述脱盐水储罐中的水与所述甲醇储罐中的甲醇按照一定比例混合后进入甲醇原料液泵，所述甲醇原料液泵的出口与所述预热器冷侧入口相连。
在一些实施例中，所述气液分离器的液侧出口与所述甲醇原料液泵入口相连，所述气液分离器的液侧出口分离的液态物质可通入所述甲醇原料液泵入口。
在一些实施例中，所述反应器的壳侧填充有甲醇重整制氢反应所需的催化剂。
在一些实施例中，所述生料预热器为旋风预热器。
在一些实施例中，所述制冷模块为溴化锂吸收式制冷机。
附图说明
图1是本发明实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统的示意图。
附图标记：
1、熟料冷却器；2、回转窑；3、旋风预热器；4、脱盐水储罐；5、甲醇储罐；6、甲醇原料液泵；7、预热器；8、气化器；9、反应器；10、冷却器；11、气液分离器；12、变压吸附器；13、氢气储罐；14、溴化锂吸收式制冷机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图1描述根据本发明实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统。
如图1所示，根据本发明实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统包括：水泥窑生产模块、制氢模块和制冷模块。水泥窑生产模块包括依次连接的生料预热器、回转窑2和熟料冷却器1，生料预热器用于对水泥生料进行预热，回转窑2用于对预热后的水泥生料进行煅烧以形成水泥熟料，熟料冷却器1用于对水泥熟料进行冷却。制氢模块包括甲醇制氢回路，甲醇制氢回路具有反应器9和气化器8，生料预热器与反应器9的烟气侧入口相连，熟料冷却器1与气化器8的热侧入口相连，反应器9的烟气侧出口和气化器8的热侧出口均与制冷模块相连。
本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，可以利用水泥窑生产模块所产生的废气为制氢模块和制冷模块提供能量，从而使得水泥窑生产模块的余热能量得到合理利用，提高水泥行业能源利用效率，同时减少制氢过程所需要的锅炉成本以及燃料费用，降低制氢成本，并且采用废气所含热量进行制冷也降低了制冷成本。
例如，生料预热器为旋风预热器3，旋风预热器3设于水泥窑炉顶部，水泥生料在旋风预热器3中被燃烧后的废气预热，预热生料后废气仍具有较高的温度，预热后的水泥生料进入回转窑2内被煅烧为水泥熟料，随后水泥熟料被送入熟料冷却器1中被大量空气冷却，冷却空气也被水泥熟料加热为温度较高的废气。
预热水泥生料后的废气从反应器9烟气侧进入反应器9，在反应器9中废气将自身所携带热能用来维持甲醇重整制氢反应进行。熟料冷却器1中的废气从气化器8热侧入口进入气化器8，在气化器8中，废气将自身所携带热能传递给甲醇原料液用于加热甲醇原料液并将其气化为气态的反应原料。在反应器9及气化器8中完成换热的废气汇合后共同进入制冷模块中，制冷模块利用废气为热源产生冷能。
例如，制冷模块为溴化锂吸收式制冷机14。本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统依据所需废气温度的高低，将废气先用于甲醇重整制氢反应，后用于溴化锂吸收式制冷机14，可以实现的能量的梯级利用，提高了能量利用率。
可选地，甲醇制氢回路还包括供料装置、预热器7、冷却器10、气液分离器11、变压吸附器12和氢气储罐13。供料装置包括脱盐水储罐4、甲醇储罐5和甲醇原料液泵6，脱盐水储罐4用于储存脱盐水，甲醇储罐5用于储存甲醇，脱盐水储罐4中的脱盐水与甲醇储罐5中的甲醇按照一定比例混合后进入甲醇原料液泵6。
甲醇原料液泵6的出口与预热器7冷侧入口相连，预热器7的冷侧出口与气化器8的冷侧入口相连，气化器8的冷侧出口与反应器9的壳侧入口相连，反应器9的壳侧出口与预热器7的热侧入口相连，预热器7的热侧出口与冷却器10的热侧入口相连，冷却器10的热侧出口与气液分离器11的入口相连，气液分离器11的气侧出口与变压吸附器12的入口相连，变压吸附器12的出口与氢气储罐13的入口相连。反应器9的壳侧填充有甲醇重整制氢反应所需的催化剂，甲醇重整制氢反应在反应器9的壳侧进行。
可以理解的是，储存于脱盐水储罐4中的脱盐水与储存于甲醇储罐5中的甲醇按照一定比例混合后成为甲醇原料液，甲醇原料液被甲醇原料液泵6加压后从预热器7冷侧入口进入预热器7，在预热器7中，甲醇原料液被甲醇重整制氢的反应产物预热，预热后的甲醇原料液从气化器8冷侧入口进入气化器8，在气化器8中，甲醇原料液被熟料冷却器1产生的废气加热并进一步气化为气态反应原料，随后气态反应原料从反应器9壳侧入口进入反应器9。在反应器9中，气态反应原料在催化剂作用下以及旋风预热器3出口废气的加热下发生甲醇重整制氢反应，变为反应产物，随后甲醇重整制氢反应产物从反应器9壳侧出口流出从预热器7热侧入口进入预热器7，将自身热量用于预热甲醇原料液，随后反应产物从预热器7热侧出口流出进入冷却器10中冷却，冷却后的反应产物进入气液分离器11中实现气液分离，其中反应产物中的气态物质进入变压吸附器12中净化为纯净的氢气后储存于氢气储罐13中。
可选地，气液分离器11的液侧出口与甲醇原料液泵6入口相连，气液分离器11的液侧出口分离的液态物质可通入甲醇原料液泵6入口。可以理解的是，冷却后的反应产物进入气液分离器11中实现气液分离，其中的液态物质为未反应的甲醇原料液，将其在甲醇原料液泵6入口处与甲醇原料液混合后重新参与甲醇重整制氢反应，提高了原料的利用率，减少了原料的损耗。
综上，本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统具有至少以下技术效果。
(1)本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统将废气所含热能转换为氢气所含化学能进行存储，提升了能量的品味。
(2)本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统依据所需废气温度的高低，将废气先用于甲醇重整制氢反应，后用于溴化锂吸收式制冷机14实现了能量的梯级利用。
(3)本发明的实施例的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统通过反应器9出口甲醇重整制氢反应产物预热甲醇原料液，使反应产物所含热量得到合理利用，并降低了反应产物温度，缩小了后续冷却反应产物所需冷却器10体积及冷却水量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，包括：
水泥窑生产模块，所述水泥窑生产模块包括依次连接的生料预热器、回转窑和熟料冷却器，所述生料预热器用于对水泥生料进行预热，所述回转窑用于对预热后的水泥生料进行煅烧以形成水泥熟料，所述熟料冷却器用于对所述水泥熟料进行冷却；
制氢模块，所述制氢模块包括甲醇制氢回路，所述甲醇制氢回路具有反应器和气化器，所述生料预热器与所述反应器的烟气侧入口相连，所述熟料冷却器与所述气化器的热侧入口相连；
制冷模块，所述反应器的烟气侧出口和所述气化器的热侧出口均与所述制冷模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述甲醇制氢回路还包括：供料装置、预热器、冷却器、气液分离器、变压吸附器和氢气储罐，
所述供料装置用于供应甲醇原料液，所述供料装置与所述预热器的冷侧入口相连，所述预热器的冷侧出口与所述气化器的冷侧入口相连，所述气化器的冷侧出口与所述反应器的壳侧入口相连，所述反应器的壳侧出口与所述预热器的热侧入口相连，所述预热器的热侧出口与所述冷却器的热侧入口相连，所述冷却器的热侧出口与所述气液分离器的入口相连，所述气液分离器的气侧出口与所述变压吸附器的入口相连，所述变压吸附器的出口与所述氢气储罐的入口相连。
3.根据权利要求2所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述供料装置包括脱盐水储罐、甲醇储罐和甲醇原料液泵，所述脱盐水储罐用于储存脱盐水，所述甲醇储罐用于储存甲醇，所述脱盐水储罐中的脱盐水与所述甲醇储罐中的甲醇按照一定比例混合后进入甲醇原料液泵，所述甲醇原料液泵的出口与所述预热器冷侧入口相连。
4.根据权利要求2所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述气液分离器的液侧出口与所述甲醇原料液泵入口相连，所述气液分离器的液侧出口分离的液态物质可通入所述甲醇原料液泵入口。
5.根据权利要求1所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述反应器的壳侧填充有甲醇重整制氢反应所需的催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述生料预热器为旋风预热器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种氢冷联产的水泥窑余热利用系统，其特征在于，所述制冷模块为溴化锂吸收式制冷机。
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| CN (1) | CN116659246A (zh) |
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2023
- 2023-05-30 CN CN202310626548.6A patent/CN116659246A/zh active Pending
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