一种新型水泥窑集热罩低温余热ORC发电系统的制作方法

本实用新型专利设计一种新型水泥窑集热罩低温余热ORC发电系统，涉及水泥窑余热回收技术领域。具体是将利用水泥窑集热罩产生70/100℃热水，将热水送入ORC系统(有机朗肯循环系统)蒸发器，加热有机工质产生微过热蒸汽，进入有机透平发电。

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背景技术：
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水泥工业是国民经济发展、生产建设和人民生活不可缺少的基础工业。但现今的水泥生产仍是一个高能耗的行业，其能源用量占我国建材工业能源用量的70％。理论上煅烧1kg水泥熟料需要消耗约1755.6～1797.4kJ的能量，但由于水泥回转窑内物料与高温气流间的换热效率较低，实际需要消耗的能量可达3011kJ，能源利用率仅为59％。通过对水泥回转窑系统的能源分析，给出了新型干法水泥生产线的主要热损失：水泥窑废气占19.15％，冷却机排出的热空气占5.61％，水泥窑筒体表面的对流及辐射热占10.47％。可见，水泥生产工艺能量损失巨大，可利用的余热资源丰富。现有的研究表明在窑体工作时，回转窑筒体表面温度平均可达300℃左右，这表明筒体表面的余热可以通过热辐射的形式进行收集利用。其主要利用方式是在在水泥窑筒体上方安装弧形集热罩，产生120℃左右的热水，冬天供暖用，夏季加热锅炉给水。

有机工质朗肯循环(ORC)专指以低沸点氟碳氢化合物为循环工质的热力系统，ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统，也称有机工质朗肯循环发电。ORC低温发电技术，这里低温泛指的温度小于150度但大于70℃的热源，其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源。

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技术实现要素：
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本实用新型主要解决的技术问题是提供一种水泥窑水泥窑集热罩产生热水的一种新的利用方法，是主要针对水泥窑集热罩产生的未饱和热水低温的特点，只能应用洗澡，供暖这种间断的使用方式，使得集热罩产生的低温热水用来发电。

为实现上述目的，设计一种新型水泥窑集热罩低温余热ORC发电系统，其特征在于，设有水循环回路以及有机工质回路两条循环回路，所述水循环回路含水泥窑集热罩，其构成为：在水泥窑上安装集热罩，用来回收水泥窑筒体辐射热，所述水泥窑集热罩的进口一端与给水泵的出除盐水口相连，所述水泥窑集热罩的出口一端与ORC系统蒸发器的进口一端相连，与有机工质换热降温后再回到给水泵入口，形成水循环回路，所述水泥窑集热罩由加热器加热管内的水供热。

所述集热罩包括半弧形集热罩，3/4扇形集热罩，全封闭式集热罩等。

有机工质泵的出口端与ORC蒸发器进口端相连，ORC蒸发器出口端送入有机透平做功，带动发电机发电，在透平中膨胀做功之后的乏汽送入冷凝器中降温变为液体，通过有机工质泵出口端再次送到ORC蒸发器的进口端中，形成有机工质循环回路。

水泥窑集热罩产生低温热水，一般只能用于在我国南方只能用于职工洗澡，北方冬季可以用来供暖。但是，这两种利用方式都不能使其完全利用，白白浪费了集热罩回收余热的能力。将集热罩产生的低温热水送入ORC系统中，作为热源来发电，可以将集热罩的回收余热的能力发挥到极致，节约了水泥厂的用电成本。

本实用新型具有以下优势：

(1)本次专利提供了水泥窑集热罩热水一种新的利用方式；

(2)利用本次专利，对于5000t/d水泥熟料生产线每年可产生144万kWh电量，节约生产线86.4万元；

(3)ORC系统可以实现无人值守，不会增加任何人工成本；

(4)由于采用空气冷却器，没有冷却水的任何消耗损失；

(5)有机工质可以做到零排放，对大气无任何污染；

(6)由于集热罩对窑筒体的散热，可以减少窑筒体冷却风机的使用量。

[附图说明]

图1是本实用新型专利的工艺流程图；

图2是水循环回路示意图

图3是有机工质回路示意图

[具体实施方式]

现结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。

本专利提出的水泥窑集热罩余热发电系统技术方案如下：一种新型水泥窑集热罩低温余热ORC发电系统，主要包括以下两个循环回路，如图1-3所示，任何在窑筒体安装各种型式集热罩产生的热水送到ORC系统进行发电都属于本专利范围。

1、水循环回路：

在水泥窑上安装集热罩，用来回收水泥窑筒体辐射热，加热集热罩管内的水，给水泵将除盐水送入集热罩中，从通过集热罩加热后的热水送到ORC系统蒸发器中，与有机工质换热降温的在回到给水泵入口，形成水循环回路。如图2所示。

2、有机工质回路

有机工质通过有机工质泵送入ORC蒸发器中被加热到微过热蒸汽，送入有机透平做功，带动发电机发电，在透平中膨胀做功之后的乏汽送入冷凝器中降温变为液体，通过有机工质泵送到ORC蒸发器中，形成有机工质循环回路。如图3所示。

3、应用举例

以目前国内普遍的主流5000t/d水泥生生产线为参考，水泥窑筒体直径4.8m，筒体长度72m，实际能铺设集热罩的筒体长度50m。水泥窑筒体内部工况温度为900～1700℃，在采用各种隔热措施(主要是耐火砖和窑皮)后，窑筒体表面温度沿轴向分布变化范围在220～400℃，平均温度为320℃，总热量为4605632KJ/h。

热力参数汇总

本实用新型专利的有益作用是：将水泥窑窑筒体的辐射散热完全回收转化为电能，3中应用是窑筒体安装半弧形集热罩所能产生的发电量，如果将整个窑筒体全部用集热罩覆盖，发电量会增大一倍。随着以后水泥线生产规模的增大，这种水泥窑集热罩余热发电系统的优势会更加明显。