[實用新型]基于CO2循環和有機朗肯循環的水泥窯余熱發電系統

有效

• 申請號: 201921932495.6
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN211777628U
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳衡;葉聰聰;鄭福豪;歐陽朔;徐鋼;劉文毅
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F01K27/02
• 分類號: F01K27/02;F01K25/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了水泥窯爐余熱利用領域的基于CO₂循環和有機朗肯循環的水泥窯余熱發電系統，主要包括水泥窯煙氣系統、S?CO₂布雷頓循環系統、低溫朗肯循環系統等。所述基于CO₂循環和有機朗肯循環的水泥窯余熱發電系統基于“溫度對口、能量梯級利用”原則將水泥窯生產過程所排放的煙氣來驅動S?CO₂布雷頓循環和有機朗肯循環，將水泥窯產生的高溫煙氣作為S?CO₂布雷頓循環的熱源，低溫煙氣作為有機朗肯循環的熱源。本實用新型將S?CO₂布雷頓循環和有機朗肯循環結合應用于水泥窯余熱發電系統，高效的利用了水泥窯所排放煙氣的能量。

技術領域

本實用新型屬于電站節能減排、工業窯爐余熱利用領域，特別涉及基于CO₂循環和有機朗肯循環的水泥窯余熱發電系統。

背景技術

自2003~2015年全國近90%的新型干法窯配套建設了1700余座余熱電站。由于當時全部國產的余熱電站技術及裝備尤其是設計思想方面的不足（僅能夠正常投產發電），加之行業內配套建設余熱電站速度過快，使目前絕大多數余熱電站存在諸多問題。總的來說就是，余熱電站設計效率不高，實際發電能力達不到應該達到的發電能力。

隨著經濟的發展和生活水平的提高，人們對能源的需求日益增加，能源供應缺口逐漸增大。在建材領域中，水泥行業是能源消耗大戶。我國經濟經過三十多年的迅猛發展，水泥產能的增加，水泥廠排放的高溫余熱廢氣越來越多。2018年，全球水泥產量約39.5億噸，而中國的水泥產量為22.1億噸占世界總產量的56%。

水泥生產過程包括原材料的制備、熟料煅燒和水泥的磨制，熟料的煅燒階段是核心，也是水泥生產過程中能耗最大的一塊。在生產過程中將經過研磨的生料加入旋風分離器由熱空氣不斷加熱，然后在高溫的水泥回轉畝內煅燒轉化為熟料至冷卻機中冷卻。窯頭冷卻器和窯尾旋風預熱器會產生大量的廢熱溫度在300℃～400℃的煙氣，其熱量約占水泥熟料生產的35%以上，造成大量余熱資源被浪費。

在工業低溫余熱利用方面，普通的蒸汽朗肯循環效率低，能源得不到充分綜合的利用造成了較高的能耗。因此，更適合低溫的超臨界二氧化碳布雷頓循環和有機朗肯循環被大家逐漸重視起來。

發明內容

本實用新型的目的是提供基于CO₂循環和有機朗肯循環的水泥窯余熱發電系統，其特征在于，系統主要包括水泥窯、窯頭冷卻器、窯尾旋風預熱器、水泥窯靜電除塵器、水泥窯煙囪、CO₂加熱器、蒸發器、汽輪機、膨脹機、發電機、CO₂高溫回熱器、CO₂低溫回熱器、CO₂預冷器、CO₂主壓氣機、CO₂分壓氣機、冷凝器、工質泵，其特征在于，將窯頭冷卻器的中間做兩個出煙氣口，分別是靠近水泥窯的a口和遠離水泥窯的b口；窯頭冷卻器的中間a口出來的高溫煙氣進入CO₂加熱器作為S-CO₂布雷頓循環系統的熱源，然后出口煙氣與窯尾旋風預熱器出口煙氣、窯頭冷卻器的中間b口煙氣匯合進入蒸發器作為有機朗肯循環的熱源，再次降溫后的煙氣經過水泥窯靜電除塵器、水泥窯煙囪排至大氣中；S-CO₂布雷頓循環系統中，超臨界CO₂在汽輪機中做功后流過CO₂高溫回熱器、CO₂低溫回熱器，降溫后的CO₂分為兩路，一路經過CO₂預冷器、CO₂主壓氣機、CO₂低溫回熱器后與另一路直接經過CO₂分壓氣機的CO₂匯合后在CO₂高溫回熱器回熱后進入CO₂加熱器繼續升溫到工作溫度，最后進入汽輪機中做功；在有機朗肯循環中，膨脹機出口乏汽通過相連的冷凝器、工質泵、蒸發器后回到膨脹機做功。