[发明专利]一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的装备系统

说明书

本发明提供一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的装备系统，包括液态CO₂储罐、高压泵送装置、CO₂蓄能装置、稳流器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、冷却装置和压缩装置；所述CO₂蓄能装置，用于将液态CO₂储罐中泵出的低压液态CO₂流体直接吸收水泥生产线产生的不同温度的废弃余热或高温热能蓄能转化为不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO₂流体；所述稳流器，用于将不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO₂流体转化为等压超临界CO₂流体。该装备系统以捕集的二氧化碳为工质，利用水泥生产过程中产生的温度波动大、温差大的各类废弃余热为主要能源实现二氧化碳循环发电，耗能低。

技术领域

本发明涉及低碳与能源利用设备的技术领域，具体涉及一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的装备系统。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源作为能源结构。随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增长快、总量大的特点，而当前碳减排和应对气候变化的经济性的CCS或CCUS技术选择有限，主要集中在煤化工、合成气与煤汽化-燃气蒸汽联合发电(IGCC)领域的二氧化碳捕集、运输与封闭及二氧化碳用于驱油、驱气的研究与应用。在世界范围内的水泥生产领域尚未见任何具体的二氧化碳应用的研究或实践报道。

目前，我国经济建设的基本建筑材料—水泥的实际产能逾35亿吨，干法回转窑生产线达1700多条。水泥的生产企业为公认的高耗能企业，为二氧化碳的主要排放源之一，不仅一次能源(煤)和二次能源(电)消耗大，且有大量的废弃污染物(CO₂、SO₂、NO_x、粉尘)排放，还有大量的废弃余热，且废弃余热的温度随原燃材料及窑系统工况的变化波动大。为实现政策性节能减排，几乎所有水泥厂都建设了(窑尾)“预热器废弃余热锅炉+(窑头)篦冷机废弃余热锅炉的发电系统”，一般利用的是窑头篦冷机300℃以上的废弃余热和预热器300℃以上的废弃余热，大量的80℃～300℃的废弃余热不能利用而直接排空造成热污染，同时，还有大量的其他高温设备辐射余热如水泥生产的主要设备—窑头罩(内顶部可达700℃至1500℃)及回转窑胴体(高温段达300℃～500℃，低温段达150℃～300℃)和窑尾烟室(烟室区域内部温度达900℃～1100℃)的高温热辐射污染，这些水泥生产中的高温设备现有的余热锅炉不能直接用来产生高温高压水蒸汽。

为能减少工作环境的强烈热辐射污染和利用这些高温设备的辐射热能，本申请人的中国专利提供了“利用回转窑筒体辐射热能供余热发电的装置ZL201420380874.X与ZL201420562882.6”及“利用干法回转窑窑头罩余热供余热发电的装置ZL201420382011.6”，但所涉的装置因只能用来预热锅炉用水和预热空气，不能有效解决高温设备的辐射热利用和热污染，不能普及推广应用。现有的水泥企业为防止高温造成回转窑报废，设置成排的吹风机为回转窑的标准配置，以成排的电吹风机持续的吹冷风降低回转窑的胴体温度，该方法不但增加电耗也造成热污染，电耗的增加也增加了碳排放。至今国内外尚无可有效消除回转窑类高温设备环境热污染或回收利用回转窑高温设备辐射余热的方法，也没有可有效利用大量80℃～300℃低温废弃余热的方式与设备。