[發明專利]蓄集窯頭內高溫熱能的二氧化碳蓄能裝置

在審

• 申請號: 201710250949.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106871654A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 尹小林
• 申請（專利權）人: 長沙紫宸科技開發有限公司
• 主分類號: F27D17/00
• 分類號: F27D17/00;F27D15/02;F27B7/42
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所43205
• 代理人: 黃純能,寧星耀

技術領域

本發明涉及環保裝備技術領域，尤其涉及一種利用干法回轉窯生產線回轉窯的窯頭高溫輻射熱量將CO₂蓄能為高壓熱態超臨界CO₂流體供CO₂發電機組發電的CO₂蓄能裝置。

背景技術

眾所周知，水泥為高耗能高污染行業，水泥生產過程中產生大量的廢棄余熱，既浪費能源增加碳排放，也對環境產生熱污染，也造成設備故障。如水泥生產線的窯頭罩和下部相連通的篦冷機的區域就是一個高溫空間。該空間的設備內承接了來自回轉窯內連續卸下的1250℃～1450℃高溫熟料流，及噴煤管后退至窯口外燃燒時的1500℃～1700℃的高溫輻射熱，并承受來自篦冷機內高溫段200℃～1350℃的向上的熱空氣流回轉窯和三次風管內的高溫氣流的沖刷，以致窯頭罩內壁耐火材料易于燒蝕損毀；同時篦冷機內頭部的熟料落料區因高溫經常結塊堆雪人，甚至不得不停窯清理高溫結塊，既影響窯系統工況、影響熟料產量、冷卻質量，也浪費能源增加碳排放，并對環境產生熱污染。

另一方面，隨著CCS技術的發展，超臨界二氧化碳發電系統即一種以超臨界狀態的二氧化碳為工質的布雷頓循環系統已受到廣泛關注，超臨界二氧化碳發電系統主要包括熱源、高速渦輪機、高速發電機、高速壓氣機、冷卻器等，其高效換熱器是超臨界發電系統工程應用的基礎，其循環過程中的循環介質為二氧化碳。據 中國《水泥》（2014.No.9）《利用CO₂動力循環的水泥余熱發電系統》介紹，美國俄亥俄州阿克倫城Echogen公司利用水泥廠預熱器排出的廢氣余熱和熟料冷卻機抽取的廢氣余熱設計的應用CO₂動力循環余熱發電系統（即釆用我國水泥企業的廢氣余熱發電的熱源，但工作介質不同），Echogen公司目前可提供的EPS100 8MW熱機系統的廢熱交換器在北美地區的投資達2000～2500萬美元，遠高于國內8MW雙鍋爐整套余熱發電系統的投資總額（國內水泥廠預熱器排出廢氣的余熱鍋爐和熟料冷卻機抽取廢氣的余熱鍋爐發電系統總投資4000～6000萬元人民幣不等），且客觀上難以適應我國大部分水泥窯系統廢棄余熱溫度隨原燃材料及窯系統工況波動大的狀況，而高效換熱器是超臨界發電系統工程應用的基礎。再者，我國水泥企業已普及建好了預熱器排出廢氣余熱鍋爐和熟料冷卻機抽取廢氣余熱鍋爐發電系統（水工作介質），在采用相同熱源及相同產出情況下，采取拆除低投資的系統換上高投資的系統，在國情下缺少現實性。顯然，因僅有能利用窯頭抽取的廢氣余熱和預熱器排出的廢氣余熱，沒有可利用水泥生產過程中其他廢棄熱能的裝置，使得現有的CO₂循環發電技術尚不適合我國國情的水泥行業。

至今，國內外尚未見有可利用回轉窯的窯頭內200℃～1700℃輻射熱能直接對超臨界CO2蓄能的研究和實踐，為解決水泥企業的低碳減排問題，實現水泥企業的CO₂捕集和CO₂發電，迫切需要一種可利用窯頭內200℃～1700℃高溫輻射熱能供應CO₂發電的CO₂蓄能裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可直接利用干法回轉窯生產線的窯頭（窯頭罩和篦冷機）內200℃～1700℃強輻射熱能將CO₂蓄能為高壓熱態超臨界CO₂流體供CO₂發電機組發電的二氧化碳蓄能裝置。

本發明解決其技術問題所釆用的技術方案是：蓄集窯頭內高溫熱能的二氧化碳蓄能裝置，主要包括窯頭罩、CO₂流體蓄能機構、逆止閥、調節閥和篦冷機；所述CO₂蓄能機構固定在篦冷機和窯頭罩的內壁和/或頂部上，或嵌入內壁耐火材料中，所述CO₂蓄能機構的工作介質為CO₂流體；所述逆止閥設于低溫區的篦冷機外，與篦冷機內的CO₂蓄能機構的進口相連通，所述調節閥設于高溫區的窯頭罩外，與窯頭罩內的CO₂蓄能機構的出口相連通。

進一步，還設有安全閥，所述安全閥安裝在高溫區的窯頭罩外，位于調節閥與窯頭罩內的CO₂蓄能機構之間。

進一步，還設有溫壓感應器，所述溫壓感應器安裝在高溫區的窯頭罩外，位于安全閥與窯頭罩內的CO₂蓄能機構之間。

進一步，所述CO₂蓄能機構通過支吊架固定在篦冷機和窯頭罩的內壁和/或頂部上。