蓄集窑头内高温热能的二氧化碳蓄能装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

进一步，所述CO₂蓄能机构可为盘式空心管换热器和/或板式换热器和/或箱式换热器和/或列管式换热器等。

进一步，所述盘式空心管换热器或板式换热器或箱式换热器或列管式换热器，可以2个以上并联或串联使用，或串联+并联使用。

本发明以送入窑头内置CO₂蓄能装置的CO₂流体直接吸收篦冷机内熟料的高温辐射/传导热能及窑头罩内常态的200℃～1700℃及更高温度的强辐射热能，将窑头高温设备内的强辐射热能直接转化为高能量密度的高压热态超临界CO₂流体能量，作为超临界CO₂发电系统发电的能源，能解决高温强辐射对篦冷机内熟料的熔结堆雪人影响窑况运行及窑头罩耐火材料、金属壳体的烧蚀问题，延长篦冷机与窑头罩的使用寿命，降低维修费用，提高熟料的冷却速度与冷却质量，并大幅降低高温强辐射造成的环境热污染危害，改善生产线巡查工作环境，且对入窑二次风温和入炉三次风温无明显可见影响。

附图说明

图1a 为本发明实施例1的结构示意图；

图1b 为图1 a所示实施例1的侧视图；

图2a 为本发明实施例2的结构示意图；

图2b 为图2a所示实施例2的侧视图；

图3a 为本发明实施例3的结构示意图；

图3b 为图3a所示实施例3的侧视图；

图4a 为本发明实施例4的结构示意图；

图4b 为图4a所示实施例4的侧视图；

图5a 为本发明实施例5的结构示意图；

图5b 为图5a所示实施例5的侧视图；

图中：1-窑头罩，2-CO₂流体蓄能机构，2a-盘式空心管换热器，2b-板式换热器，2c-箱式换热器，3-支吊架，4-逆止阀，5-调节阀，6-安全阀，7-篦冷机、8-温压感应器。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1a-图1b，一种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1、CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、篦冷机7和温压感应器8，所述CO₂流体蓄能机构2通过支吊架3固定在篦冷机7和窑头罩1的内壁上，所述逆止阀4设于篦冷机7低温区外，与篦冷机7内的CO₂流体蓄能机构2的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器8设于窑头罩1外，与窑头罩1高温区内的CO₂流体蓄能机构2的出口相连通；所述的CO₂流体蓄能机构2为盘式空心管换热器2a，工作介质为CO₂流体。

当然，所述CO₂流体蓄能机构2也可嵌入内壁耐火材料中。

实施例2

参照图2a-图2b，一种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1、CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、篦冷机7和温压感应器8，所述的CO₂流体蓄能机构2通过支吊架3固定在窑头高温空间的内端部（靠近回转窑）的侧壁和顶部，所述逆止阀4设于低温区的篦冷机7外，与篦冷机内的CO₂蓄能机构2的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器8设于高温区的窑头罩1外，与窑头罩1内的CO₂蓄能机构2的出口相连通；所述的CO₂流体蓄能机构2为板式换热器2b，工作介质为CO₂流体。

实施例3

参照图3a-图3b，一种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1、CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、篦冷机7和温压感应器8，所述的CO₂流体蓄能机构2通过支吊架3固定在窑头高温空间的内端部（靠近回转窑）的侧壁和顶部，所述逆止阀4设于低温区的篦冷机7外，与篦冷机7内的CO₂蓄能机构2的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器8设于高温区的窑头罩1外，与窑头罩1内的CO₂蓄能机构2的出口相连通；所述的CO₂流体蓄能机构2为板式换热器2b和箱式换热器2c，所述箱式换热器2C布置于窑头罩1顶部和侧壁，所述板式换热器2b布置于篦冷机7内，工作介质为CO₂流体。

实施例4

参照图4a-图4b，一种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1、CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、篦冷机7和温压感应器8，所述的CO₂流体蓄能机构2通过支吊架3固定在窑头高温空间的内端部（靠近回转窑）的侧壁、顶部，所述逆止阀4设于低温区的篦冷机7外，与篦冷机7内的CO₂蓄能机构2的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器8设于高温区的窑头罩1外，与窑头罩1内的CO₂蓄能机构2的出口相连通；所述的CO₂流体蓄能机构2为板式换热器2b和箱式换热器2c，所述箱式换热器2C布置于窑头罩1顶部和侧壁，所述板式换热器2b布置于篦冷机7及窑头罩1内，工作介质为CO₂流体。

实施例5

参照图5a-图5b，一种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1、CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、篦冷机7和温压感应器8，所述CO₂蓄能机构2通过支吊架3固定在篦冷机7和窑头罩1的内壁和顶部上（或嵌入内壁耐火材料中），所述逆止阀4设于低温区的篦冷机7外，与篦冷机7内的CO₂蓄能机构2的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器8设于高温区的窑头罩1外，与窑头罩1内的CO₂蓄能机构2的出口相连通；所述的CO₂流体蓄能机构2为盘式空心管换热器2a、板式换热器2b和箱式换热器2c，工作介质为CO₂流体。

本发明结构简单而蓄能高效、应用安全，以送入窑头内置CO₂蓄能装置的CO₂流体直接吸收篦冷机内熟料的高温辐射/传导热能及窑头罩内常态的200℃～1700℃及更高温度的强辐射热能，将窑头高温设备内的强辐射热能直接转化为高能量密度的高压热态超临界CO₂流体能量，经CO₂蓄能机构的出口调节阀控制稳定排出可供应超临界CO₂发电系统发电。本发明不仅解决了高温强辐射对篦冷机内熟料的熔结堆雪人影响窑况运行及窑头罩耐火材料、金属壳体的烧蚀问题，延长篦冷机与窑头罩的使用寿命，降低维修费用；而且提高了熟料的冷却速度与冷却质量，防止篦冷机内熟料熔结成块影响生产正常运行，并降低头排废气风温，延长头排风机和头排收尘器的使用寿命。同时并大幅降低高温强辐射造成的环境热污染危害，改善生产线巡查工作环境，减少环境热污染危害，有效增加水泥厂的余热发电量，大幅减少对外的电能需求，利于水泥企业的节能减排和实现水泥的低碳生产。且对入窑二次风温和入炉三次风温无明显可见影响。