本發(fā)明涉及環(huán)保裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以直接蓄集水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯筒體200℃～500℃高溫輻射熱能將CO₂蓄能為高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體供CO₂發(fā)電機(jī)組發(fā)電的裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，水泥為高耗能高污染行業(yè)，水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢棄余熱，既浪費能源增加碳排放，也對環(huán)境產(chǎn)生熱污染，如回轉(zhuǎn)窯的胴體（高溫段達(dá)300℃～500℃）高溫?zé)彷椛湮廴?，而現(xiàn)有的干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的余熱發(fā)電技術(shù)目前僅能利用窯尾預(yù)熱器排出的280℃～380℃廢氣余熱和窯頭篦冷機(jī)內(nèi)中溫段抽取的280℃～400℃廢氣余熱，現(xiàn)有的余熱鍋爐不能直接用來產(chǎn)生高溫高壓水蒸汽，為能減少工作環(huán)境的強烈熱輻射污染和利用這些高溫設(shè)備的輻射熱能，申請?zhí)枮?01420380874.X、201420562882.6的專利申請公開了“利用回轉(zhuǎn)窯胴體輻射熱能供余熱發(fā)電的裝置”，但所涉的裝置因只能用來預(yù)熱鍋爐用水和預(yù)熱空氣，不能有效解決高溫設(shè)備的輻射熱利用和熱污染，而不能普及推廣應(yīng)用，現(xiàn)有的水泥企業(yè)為防止高溫造成回轉(zhuǎn)窯報廢，設(shè)置成排的吹風(fēng)機(jī)為回轉(zhuǎn)窯的標(biāo)準(zhǔn)配置，以成排的電吹風(fēng)機(jī)持續(xù)的吹冷風(fēng)甚至加噴水霧來降低回轉(zhuǎn)窯的胴體溫度，不但增加電耗也造成熱污染，電耗的增加也增加了碳排放。

另一方面，隨著CCS技術(shù)的發(fā)展，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)即一種以超臨界狀態(tài)的二氧化碳為工質(zhì)的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)已受到廣泛關(guān)注，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)主要包括熱源、高速渦輪機(jī)、高速發(fā)電機(jī)、高速壓氣機(jī)、冷卻器等，其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，其循環(huán)過程中的循環(huán)介質(zhì)為二氧化碳。據(jù)中國《水泥》（2014.No.9）《利用CO₂動力循環(huán)的水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)》介紹，美國俄亥俄州阿克倫城Echogen公司利用水泥廠預(yù)熱器排出的廢氣余熱和熟料冷卻機(jī)抽取的廢氣余熱設(shè)計的應(yīng)用CO₂動力循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)（與我國水泥企業(yè)的廢氣余熱發(fā)電的熱源相同，但工作介質(zhì)不同），Echogen公司目前可提供的EPS100 8MW熱機(jī)系統(tǒng)的廢熱交換器在北美地區(qū)的投資達(dá)2000～2500萬美元，遠(yuǎn)高于國內(nèi)8MW雙鍋爐整套余熱發(fā)電系統(tǒng)的投資總額（國內(nèi)水泥廠預(yù)熱器排出的廢氣余熱鍋爐和熟料冷卻機(jī)抽取的廢氣余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)總投資4000～6000萬元人民幣不等），且客觀上難以適應(yīng)我國大部分水泥窯系統(tǒng)廢棄余熱溫度隨原燃材料及窯系統(tǒng)工況波動大的狀況，而高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。再者，我國水泥企業(yè)已普及建好了預(yù)熱器排出廢氣余熱鍋爐和熟料冷卻機(jī)抽取廢氣余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)（以水為工作介質(zhì)），在利用相同的熱源但產(chǎn)出相同的情況下，采取拆除低投資的系統(tǒng)換上高投資的系統(tǒng)，在當(dāng)前國情下缺少現(xiàn)實性。顯然，因僅能利用窯頭抽取廢氣余熱和預(yù)熱器排出廢氣余熱、尚沒有可利用水泥生產(chǎn)過程中其他廢棄熱能的方法和裝置，使得現(xiàn)有的CO₂循環(huán)發(fā)電技術(shù)尚不適合我國國情的水泥行業(yè)。

至今，國內(nèi)外尚未見有可利用回轉(zhuǎn)窯胴體200℃～500℃高溫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(yè)的低碳減排問題，實現(xiàn)水泥企業(yè)的CO₂捕集和CO₂發(fā)電，迫切需要一種可利用回轉(zhuǎn)窯胴體200℃～500℃高溫輻射熱能供應(yīng)CO₂發(fā)電的CO₂蓄能裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可直接利用干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯胴體200℃～500℃高溫輻射熱能將CO₂蓄能為高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體供CO₂發(fā)電機(jī)組發(fā)電的二氧化碳蓄能裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是：蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯、支架、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)、逆止閥和調(diào)節(jié)閥，所述支架鄰近回轉(zhuǎn)窯，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)固定在支架上，所述逆止閥與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的工作介質(zhì)為CO₂流體。

進(jìn)一步，還設(shè)有安全閥，所述安全閥安裝在調(diào)節(jié)閥與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口之間。

進(jìn)一步，還設(shè)有溫壓感應(yīng)器，所述溫壓感應(yīng)器安裝在安全閥與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口之間。

進(jìn)一步，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)包括熱交換器、蓄熱材料、隔熱材料，所述熱交換器置于蓄熱材料中，所述熱交換器的非受熱面為隔熱材料所包覆。

進(jìn)一步，所述熱交換器為箱式熱交換器和/或板式熱交換器和/或盤式空心管熱交換器和/或螺旋繞管式熱交換器。

進(jìn)一步，所述箱式熱交換器為分級式的箱式熱交換器。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單而蓄能高效、應(yīng)用安全，可有效地將CO₂經(jīng)逆止閥送入蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器中，直接以CO₂為工作介質(zhì)吸收蓄集高溫?zé)崮埽珻O₂蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體后，經(jīng)CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)定排出，可供應(yīng)超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。本發(fā)明直接利用水泥生產(chǎn)過程中回轉(zhuǎn)窯胴體200℃～500℃的高溫輻射熱能，也可延長回轉(zhuǎn)窯及窯內(nèi)耐火磚的使用壽命，停止持續(xù)的吹風(fēng)冷卻窯胴體，降低運行電耗，改善窯系統(tǒng)巡查工作環(huán)境，減少環(huán)境熱污染危害。便于水泥廠推行CO₂捕集減排與利用CO₂發(fā)電，有效增加水泥廠的余熱發(fā)電量，大幅減少水泥生產(chǎn)對外供電能的需求，利于水泥企業(yè)的節(jié)能減排和實現(xiàn)水泥的低碳生產(chǎn)。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 為本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5 為本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-回轉(zhuǎn)窯，2-支架，3-CO₂蓄能機(jī)構(gòu)，301-熱交換器，302-蓄熱材料，303-隔熱材料，301a-箱式換熱器，301b-盤式空心管換熱器，301c-板式換熱器，4-逆止閥，5-調(diào)節(jié)閥，6-安全閥，7-溫壓感應(yīng)器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

參照圖1，一種蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯1、支架2、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器7，所述支架2鄰近回轉(zhuǎn)窯1，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3固定在支架2上，所述逆止閥4與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器7與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的出口相連通；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的工作介質(zhì)為CO₂流體；

所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3包括箱式熱交換器301a、蓄熱材料302、隔熱材料303，所述箱式熱交換器301a設(shè)置在蓄熱材料302中，箱式熱交換器301a的非受熱面為隔熱材料303所包覆。

實施例2

參照圖2，一種蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯1、支架2、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器7，所述支架2鄰近回轉(zhuǎn)窯1，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3固定在支架2上，所述逆止閥4與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器7與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的出口相連通；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的工作介質(zhì)為CO₂流體；

所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3包括盤式空心管熱交換器301b、蓄熱材料302、隔熱材料303，所述盤式空心管熱交換器301b設(shè)置在蓄熱材料302中，盤式空心管熱交換器301 b的非受熱面為隔熱材料303所包覆。

實施例3

參照圖3，一種蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯1、支架2、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器7，所述支架2鄰近回轉(zhuǎn)窯1，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3固定在支架2上，所述逆止閥4與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器7與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的出口相連通；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的工作介質(zhì)為CO₂流體；

所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3包括盤式空心管熱交換器301 b、箱式熱交換器301a、蓄熱材料302、隔熱材料303，所述盤式空心管熱交換器301b和箱式熱交換器301a設(shè)置在蓄熱材料302中，所述盤式空心管熱交換器301b與箱式熱交換器301a相連，且盤式空心管熱交換器301b位于回轉(zhuǎn)窯1與箱式熱交換器301a之間，所述箱式熱交換器301a的非受熱面為隔熱材料303所包覆。

實施例4

參照圖4，一種蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯1、支架2、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器7，所述支架2鄰近回轉(zhuǎn)窯1，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)固定在支架2上，所述逆止閥4與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器7與CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的出口相連通；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3的工作介質(zhì)為CO₂流體；

所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3包括板式熱交換器301c、蓄熱材料302、隔熱材料303，所述板式熱交換器301c設(shè)置在蓄熱材料302中，所述板式熱交換器301c的非受熱面為隔熱材料303所包覆。

實施例5

參照圖5，一種蓄集回轉(zhuǎn)窯輻射熱的二氧化碳蓄能裝置，主要包括回轉(zhuǎn)窯1、支架2、CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器7，所述支架2鄰近回轉(zhuǎn)窯1，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3固定在支架2上，所述的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)3包括分級式的箱式熱交換器301a、蓄熱材料302、隔熱材料303，所述分級式的箱式熱交換器301a設(shè)置在蓄熱材料302中，所述分級式的箱式熱交換器301a的非受熱面為隔熱材料303所包覆，所述逆止閥4與低溫段第一級箱式熱交換器301a的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器7與高溫段末級箱式熱交換器301a的出口相連通。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單而蓄能高效、應(yīng)用安全，可有效地將CO₂經(jīng)逆止閥送入蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器中，直接以CO₂為工作介質(zhì)吸收蓄集高溫?zé)崮?，蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體后，經(jīng)CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)定排出可供應(yīng)超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。本發(fā)明直接利用水泥生產(chǎn)過程中回轉(zhuǎn)窯胴體200℃～500℃的高溫輻射熱能，也可延長回轉(zhuǎn)窯及窯內(nèi)耐火磚的使用壽命，停止持續(xù)的吹風(fēng)冷卻窯胴體，降低運行電耗，改善窯系統(tǒng)巡查工作環(huán)境，減少環(huán)境熱污染危害。便于水泥廠推行CO₂捕集減排與利用CO₂發(fā)電，有效增加水泥廠的余熱發(fā)電量，大幅減少水泥生產(chǎn)對外供電能的需求，利于水泥企業(yè)的節(jié)能減排和實現(xiàn)水泥的低碳生產(chǎn)。