CN203758293U - 一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，属于建材工业低温余热回收发电技术领域。主要包括有机工质余热锅炉、有机工质汽轮机、发电机、冷凝器、冷却塔、有机工质泵。利用有机工质沸点低，而且在低温下具有比水蒸气更高压力的热力特性，在不影响现有水泥生产线或常规余热发电装置的正常运行基础上，回收低品位余热为高品质电能，实现能源梯级利用。

Description

一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统

技术领域

实用新型涉及一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统。

背景技术

水泥生产工艺，简单来说就是“两磨一烧”，即把石灰石等原料组成的生料先进行初步粉磨，然后在回转窑内进行煅烧，烧成的熟料再添加复合材料进行粉磨，形成水泥。中国的水泥产业已经成为世界上最大的水泥生产和消耗国，水泥产量占全球近50%，中国建材行业能耗占工业总能耗的7%，水泥行业能耗占建材行业总能耗的75%，是一个高能耗和高电耗的产业。随着新型干法水泥熟料生产工艺技术水平的不断提高，我国水泥工业节能技术水平有了长足的进步，高温余热已在水泥生产过程中被回收利用，水泥燃料热耗也由原来的4600-6700kJ/kg降低到2900-3200kJ/kg。但是在水泥生产过程中窑头篦冷机尾部排出300℃左右的废气，其热量约占水泥窑头熟料总热量的1/3以上，没有得到有效的利用而造成能源严重的浪费。

现阶段的纯低温余热发电技术是利用水泥窑头篦冷机产生的380-420℃的废气余热，及窑尾分解炉产生的280-320℃的烟气余热（C1筒出口）资源，而水泥生产线特别是窑头仍有大量的150-200℃的废气余热资源没有能够回收利用而排放浪费。而且常规水蒸气动力循环很难有效地回收200℃以下的余热资源。而目前新型干法水泥熟料生产工艺其生产电耗仍居高不下，大约为105-110kWh/t，水泥生产成本仅电费一项就达40-50元/t，约占总成本的1/3。因此，充分回收水泥生产工艺过程中的余热，用来发电并且回用于水泥生产本身，具有很现实的节能意义。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，解决常规水蒸气动力循环无法有效回收利用150-300℃的低温余热资源的难题，利用有机工质沸点低，而且在低温下具有比水蒸气更高压力的热力特性，实现能源梯级利用。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，包括有机工质余热锅炉、有机工质汽轮机、发电机、冷凝器、冷却塔和有机工质泵。

所述有机工质余热锅炉由预热器、蒸发器和汽包组成，所述预热器的出口与汽包入口相连，汽包出口与蒸发器入口相连；所述有机工质余热锅炉的蒸发器出口与有机工质汽轮机主汽门相连，有机工质汽轮机乏汽出口与冷凝器有机工质入口相连，冷凝器有机工质出口与有机工质储罐相连接，有机工质储罐与有机工质泵入口相连接，有机工质泵出口与预热器入口连接；冷凝器冷却水出口与冷却塔上部相连，冷却塔下部水池与循环冷却水泵入口相连，循环冷却水泵出口与冷凝器冷却水入口连接；其中所述有机工质汽轮机通过联轴器与发电机同轴连接；

其中对于未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，篦冷机余风出口通过风管与电动蝶阀Vi入口相连，电动蝶阀Vi出口与有机工质余热锅炉废气入口相连，有机工质余热锅炉废气出口与电动蝶阀Vo入口相连，电动蝶阀Vo出口通过余风管与静电除尘器入口连接，所述静电除尘器出口与引风机入口相连，引风机出口与烟囱底部入口连接；

其中对于已安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，中温余热出口与电动蝶阀Vi’入口相连，电动蝶阀Vi’出口与AQC余热锅炉入口相连，AQC余热锅炉出口与电动蝶阀Vo’入口相连，电动蝶阀Vo’出口和余风出口相连至电动蝶阀Vi入口，其他连接方式与上述未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统的相同。

本实用新型操作时：对于未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，在正常工况下，保持电动蝶阀V常闭，电动蝶阀Vi、电动蝶阀Vo常启，所述的低温余风从篦冷机余风出口由风管进入有机工质余热锅炉上部入口，从上到下依此通过蒸发器、预热器充分热交换后，从有机工质余热锅炉下部出口，由风管进入水泥窑头静电除尘器净化后，由引风机送至烟囱排出；液态有机工质经过预热器、蒸发器加热后产生具有一定压力的干饱和蒸汽，蒸汽推动有机工质汽轮机带动发电机转换为高品位的电能；做功后的有机乏汽通过冷凝器冷却为液态并回到有机工质储罐中，再由有机工质泵送至预热器这样完成一个热力循环；

其中所述冷凝器的冷却水通过冷却塔实现循环冷却，在有机朗肯循环发电系统处于检修或者异常工况下，打开电动蝶阀V，关闭电动蝶阀Vi和电动蝶阀Vo，保证水泥生产线正常运行；

对于已安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，与上述不同之处在于低温余风的取风方式，来自AQC余热锅炉出口的废气与篦冷机余风出口的废气一并汇入风管送至有机工质余热锅炉入口。

其中所述有机工质余热锅炉、有机工质汽轮机和有机工质泵均为不易燃易爆、具有低温高蒸汽压良好热力性能的氢氟烃类和碳氢化合物。

本实用新型的优点如下：

1、充分回收常规余热发电系统不能回收利用的低温余热资源，实现能源梯级利用；

2、不影响现有的水泥窑生产线以及常规的余热发电装置正常运行；

3、做功介质为有机工质，在低温度下比常规水蒸气的发电效率高；

4、有机工质全封闭循环运行，对环境友好，而且在冬季严寒气温下能够防冻；

5、系统结构简单、紧凑，模块化设计，安装高效、方便；能够半自动或自动运行，操作运行简单可靠。

附图说明

图1是未安装余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统；

图2是单独安装低温有机朗肯循环发电系统的水泥窑篦冷机冷却系统；

图3是单独安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统；

图4是同时安装常规余热回收装置和低温有机朗肯循环发电系统的水泥窑篦冷机冷却系统。

其中-有机工质余热锅炉，2-预热器，3-蒸发器，4-汽包，5-有机工质汽轮机，6-发电机，7-冷凝器，8-有机工质泵，9-有机工质储罐，10-冷却塔，11-冷却水循环泵，12-电动蝶阀Vo、13-电动蝶阀Vi、14-电动蝶阀V，15-余风出口，16-中温余热出口，17-篦冷机，18-静电除尘器，19-引风机，20-烟囱，21-AQC余热锅炉，22-电动蝶阀Vo’、23-电动蝶阀Vi’。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1、2、3、4所示：本实施例的一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，包括有机工质余热锅炉1、有机工质汽轮机5、发电机6、冷凝器7、冷却塔10和有机工质泵8，其中所述有机工质余热锅炉1、有机工质汽轮机5和有机工质泵8均为不易燃易爆、具有低温高蒸汽压良好热力性能的氢氟烃类和碳氢化合物。

所述有机工质余热锅炉1由预热器2、蒸发器3和汽包4组成，所述预热器2的出口与汽包4入口相连，汽包4出口与蒸发器3入口相连；所述有机工质余热锅炉1的蒸发器3出口与有机工质汽轮机5主汽门相连，有机工质汽轮机5乏汽出口与冷凝器7有机工质入口相连，冷凝器7有机工质出口与有机工质储罐9相连接，有机工质储罐9与有机工质泵8入口相连接，有机工质泵8出口与预热器2入口连接；冷凝器7冷却水出口与冷却塔10上部相连，冷却塔10下部水池与循环冷却水泵11入口相连，循环冷却水泵11出口与冷凝器7冷却水入口连接；其中所述有机工质汽轮机5通过联轴器与发电机6同轴连接；

其中对于未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，篦冷机余风出口15通过风管与电动蝶阀Vi13入口相连，电动蝶阀Vi13出口与有机工质余热锅炉1废气入口相连，有机工质余热锅炉1废气出口与电动蝶阀Vo12入口相连，电动蝶阀Vo12出口通过余风管与静电除尘器18入口连接，所述静电除尘器18出口与引风机19入口相连，引风机19出口与烟囱20底部入口连接；

其中对于已安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，中温余热出口16与电动蝶阀Vi’23入口相连，电动蝶阀Vi’13出口与AQC余热锅炉21入口相连，AQC余热锅炉21出口与电动蝶阀Vo’22入口相连，电动蝶阀Vo’22出口和余风出口15相连至电动蝶阀Vi13入口，其他连接方式与上述未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统的相同。

本实施例操作时对于未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，在正常工况下，保持电动蝶阀V14常闭，电动蝶阀Vi13、电动蝶阀Vo12常启，所述的低温余风从篦冷机余风出口15由风管进入有机工质余热锅炉1上部入口，从上到下依此通过蒸发器3、预热器2充分热交换后，从有机工质余热锅炉1下部出口，由风管进入水泥窑头静电除尘器18净化后，由引风机送至烟囱20排出；液态有机工质经过预热器2、蒸发器3加热后产生具有一定压力的干饱和蒸汽，蒸汽推动有机工质汽轮机5带动发电机6转换为高品位的电能；做功后的有机乏汽通过冷凝器2冷却为液态并回到有机工质储罐9中，再由有机工质泵8送至预热器2这样完成一个热力循环；

其中所述冷凝器2的冷却水通过冷却塔10实现循环冷却。在有机朗肯循环发电系统处于检修或者异常工况下，打开电动蝶阀V14，关闭电动蝶阀Vi13和电动蝶阀Vo12，保证水泥生产线正常运行；

对于已安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，与上述不同之处在于低温余风的取风方式，来自AQC余热锅炉21出口的废气与篦冷机余风出口15的废气一并汇入风管送至有机工质余热锅炉1入口。

本实施例的基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，利用有机工质沸点低，而且在低温下具有比水蒸气更高压力的热力特性，回收利用水泥窑头篦冷机尾部150-300℃的低温废气余热，通过有机工质汽轮发电机组，将低品位的废气余热转换为高品位的电能。

为了便于对本实用新型的进一步理解，下面以一条5000t/d水泥熟料生产线的基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统为例，进一步对本实用新型进行描述，但不限于实施例。

1、未安装常规余热回收装置的有机朗肯循环发电系统

入口余风流量：28×104 Nm3/h，温度：280℃

出口风温：60℃

有机朗肯循环发电系统的净发电量为2700kW。

2、已安装常规余热回收装置的有机朗肯循环发电系统

余风流量：10×104 Nm3/h，余风温度：150℃

AQC余热锅炉出口废气流量：18×104 Nm3/h，废气温度：150℃

出口风温：60℃

有机朗肯循环发电系统的净发电量为600kW。

注：以上案例采用的有机工质均为R245fa，两种的工况冷却方式均为水冷，循环冷却水进出口温度分别为25℃/35℃。

以上所述仅为本实用新型所述基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统及方法的一个优选例实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，包括有机工质余热锅炉（1）、有机工质汽轮机（5）、发电机（6）、冷凝器（7）、冷却塔（10）和有机工质泵（8），其特征在于：所述有机工质余热锅炉（1）由预热器（2）、蒸发器（3）和汽包（4）组成，所述预热器（2）的出口与汽包（4）入口相连，汽包（4）出口与蒸发器（3）入口相连；所述有机工质余热锅炉（1）的蒸发器（3）出口与有机工质汽轮机（5）主汽门相连，有机工质汽轮机（5）乏汽出口与冷凝器（7）有机工质入口相连，冷凝器（7）有机工质出口与有机工质储罐（9）相连接，有机工质储罐（9）与有机工质泵（8）入口相连接，有机工质泵（8）出口与预热器（2）入口连接；冷凝器（7）冷却水出口与冷却塔（10）上部相连，冷却塔（10）下部水池与循环冷却水泵（11）入口相连，循环冷却水泵（11）出口与冷凝器（7）冷却水入口连接；其中所述有机工质汽轮机（5）通过联轴器与发电机（6）同轴连接；

其中对于未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，篦冷机余风出口（15）通过风管与电动蝶阀Vi（13）入口相连，电动蝶阀Vi（13）出口与有机工质余热锅炉（1）废气入口相连，有机工质余热锅炉（1）废气出口与电动蝶阀Vo（12）入口相连，电动蝶阀Vo（12）出口通过余风管与静电除尘器（18）入口连接，所述静电除尘器（18）出口与引风机（19）入口相连，引风机（19）出口与烟囱（20）底部入口连接；

其中对于已安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统而言，中温余热出口（16）与电动蝶阀Vi’（23）入口相连，电动蝶阀Vi’（13）出口与AQC余热锅炉（21）入口相连，AQC余热锅炉（21）出口与电动蝶阀Vo’（22）入口相连，电动蝶阀Vo’（22）出口和余风出口（15）相连至电动蝶阀Vi（13）入口，其他连接方式与上述未安装常规余热回收装置的水泥窑篦冷机冷却系统的相同。

2.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环的水泥窑头低温余热发电系统，其特征在于：有机工质余热锅炉（1）、有机工质汽轮机（5）和有机工质泵（8）均为不易燃易爆、具有低温高蒸汽压良好热力性能的氢氟烃类和碳氢化合物。