[发明专利]蓄集窑头内高温热能的二氧化碳蓄能装置

说明书

技术领域

本发明涉及环保装备技术领域，尤其涉及一种利用干法回转窑生产线回转窑的窑头高温辐射热量将CO₂蓄能为高压热态超临界CO₂流体供CO₂发电机组发电的CO₂蓄能装置。

背景技术

众所周知，水泥为高耗能高污染行业，水泥生产过程中产生大量的废弃余热，既浪费能源增加碳排放，也对环境产生热污染，也造成设备故障。如水泥生产线的窑头罩和下部相连通的篦冷机的区域就是一个高温空间。该空间的设备内承接了来自回转窑内连续卸下的1250℃～1450℃高温熟料流，及喷煤管后退至窑口外燃烧时的1500℃～1700℃的高温辐射热，并承受来自篦冷机内高温段200℃～1350℃的向上的热空气流回转窑和三次风管内的高温气流的冲刷，以致窑头罩内壁耐火材料易于烧蚀损毁；同时篦冷机内头部的熟料落料区因高温经常结块堆雪人，甚至不得不停窑清理高温结块，既影响窑系统工况、影响熟料产量、冷却质量，也浪费能源增加碳排放，并对环境产生热污染。

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（即釆用我国水泥企业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（国内水泥厂预热器排出废气的余热锅炉和熟料冷却机抽取废气的余热锅炉发电系统总投资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（水工作介质），在采用相同热源及相同产出情况下，采取拆除低投资的系统换上高投资的系统，在国情下缺少现实性。显然，因仅有能利用窑头抽取的废气余热和预热器排出的废气余热，没有可利用水泥生产过程中其他废弃热能的装置，使得现有的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回转窑的窑头内200℃～1700℃辐射热能直接对超临界CO2蓄能的研究和实践，为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，迫切需要一种可利用窑头内200℃～1700℃高温辐射热能供应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，提供一种可直接利用干法回转窑生产线的窑头（窑头罩和篦冷机）内200℃～1700℃强辐射热能将CO₂蓄能为高压热态超临界CO₂流体供CO₂发电机组发电的二氧化碳蓄能装置。

本发明解决其技术问题所釆用的技术方案是：蓄集窑头内高温热能的二氧化碳蓄能装置，主要包括窑头罩、CO₂流体蓄能机构、逆止阀、调节阀和篦冷机；所述CO₂蓄能机构固定在篦冷机和窑头罩的内壁和/或顶部上，或嵌入内壁耐火材料中，所述CO₂蓄能机构的工作介质为CO₂流体；所述逆止阀设于低温区的篦冷机外，与篦冷机内的CO₂蓄能机构的进口相连通，所述调节阀设于高温区的窑头罩外，与窑头罩内的CO₂蓄能机构的出口相连通。

进一步，还设有安全阀，所述安全阀安装在高温区的窑头罩外，位于调节阀与窑头罩内的CO₂蓄能机构之间。

进一步，还设有温压感应器，所述温压感应器安装在高温区的窑头罩外，位于安全阀与窑头罩内的CO₂蓄能机构之间。

进一步，所述CO₂蓄能机构通过支吊架固定在篦冷机和窑头罩的内壁和/或顶部上。