蓄集回转窑辐射热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，尤其涉及一种可以直接蓄集水泥生产线回转窑筒体200℃～500℃高温辐射热能将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，如回转窑的胴体（高温段达300℃～500℃）高温热辐射污染，而现有的干法回转窑生产线的余热发电技术目前仅能利用窑尾预热器排出的280℃～380℃废气余热和窑头篦冷机内中温段抽取的280℃～400℃废气余热，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，申请号为201420380874.X、201420562882.6的专利申请公开了“利用回转窑胴体辐射热能供余热发电的装置”，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，而不能普及推广应用，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甚至加喷水雾来降低回转窑的胴体温度，不但增加电耗也造成热污染，电耗的增加也增加了碳排放。

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（与我国水泥企业的废气余热发电的热源相同，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的废气余热锅炉和熟料冷却机抽取的废气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（以水为工作介质），在利用相同的热源但产出相同的情况下，采取拆除低投资的系统换上高投资的系统，在当前国情下缺少现实性。显然，因仅能利用窑头抽取废气余热和预热器排出废气余热、尚没有可利用水泥生产过程中其他废弃热能的方法和装置，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胴体200℃～500℃高温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回转窑胴体200℃～500℃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回转窑胴体200℃～500℃高温辐射热能将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：蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑、支架、CO₂蓄能机构、逆止阀和调节阀，所述支架邻近回转窑，所述CO₂蓄能机构固定在支架上，所述逆止阀与CO₂蓄能机构的进口相连通，所述调节阀与CO₂蓄能机构的出口相连通；所述CO₂蓄能机构的工作介质为CO₂流体。

进一步，还设有安全阀，所述安全阀安装在调节阀与CO₂蓄能机构的出口之间。

进一步，还设有温压感应器，所述温压感应器安装在安全阀与CO₂蓄能机构的出口之间。

进一步，所述CO₂蓄能机构包括热交换器、蓄热材料、隔热材料，所述热交换器置于蓄热材料中，所述热交换器的非受热面为隔热材料所包覆。

进一步，所述热交换器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式空心管热交换器和/或螺旋绕管式热交换器。

进一步，所述箱式热交换器为分级式的箱式热交换器。

本发明结构简单而蓄能高效、应用安全，可有效地将CO₂经逆止阀送入蓄能机构的热交换器中，直接以CO₂为工作介质吸收蓄集高温热能，CO₂蓄能转化为高能量密度的高压热态超临界CO₂流体后，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。本发明直接利用水泥生产过程中回转窑胴体200℃～500℃的高温辐射热能，也可延长回转窑及窑内耐火砖的使用寿命，停止持续的吹风冷却窑胴体，降低运行电耗，改善窑系统巡查工作环境，减少环境热污染危害。便于水泥厂推行CO₂捕集减排与利用CO₂发电，有效增加水泥厂的余热发电量，大幅减少水泥生产对外供电能的需求，利于水泥企业的节能减排和实现水泥的低碳生产。

附图说明

图1 为本发明实施例1的结构示意图；

图2 为本发明实施例2的结构示意图；

图3 为本发明实施例3的结构示意图；

图4 为本发明实施例4的结构示意图；

图5 为本发明实施例5的结构示意图；

图中：1-回转窑，2-支架，3-CO₂蓄能机构，301-热交换器，302-蓄热材料，303-隔热材料，301a-箱式换热器，301b-盘式空心管换热器，301c-板式换热器，4-逆止阀，5-调节阀，6-安全阀，7-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1，一种蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑1、支架2、CO₂蓄能机构3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器7，所述支架2邻近回转窑1，所述CO₂蓄能机构3固定在支架2上，所述逆止阀4与CO₂蓄能机构3的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器7与CO₂蓄能机构3的出口相连通；所述CO₂蓄能机构3的工作介质为CO₂流体；

所述CO₂蓄能机构3包括箱式热交换器301a、蓄热材料302、隔热材料303，所述箱式热交换器301a设置在蓄热材料302中，箱式热交换器301a的非受热面为隔热材料303所包覆。

实施例2

参照图2，一种蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑1、支架2、CO₂蓄能机构3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器7，所述支架2邻近回转窑1，所述CO₂蓄能机构3固定在支架2上，所述逆止阀4与CO₂蓄能机构3的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器7与CO₂蓄能机构3的出口相连通；所述CO₂蓄能机构3的工作介质为CO₂流体；

所述CO₂蓄能机构3包括盘式空心管热交换器301b、蓄热材料302、隔热材料303，所述盘式空心管热交换器301b设置在蓄热材料302中，盘式空心管热交换器301 b的非受热面为隔热材料303所包覆。

实施例3

参照图3，一种蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑1、支架2、CO₂蓄能机构3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器7，所述支架2邻近回转窑1，所述CO₂蓄能机构3固定在支架2上，所述逆止阀4与CO₂蓄能机构3的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器7与CO₂蓄能机构3的出口相连通；所述CO₂蓄能机构3的工作介质为CO₂流体；

所述CO₂蓄能机构3包括盘式空心管热交换器301 b、箱式热交换器301a、蓄热材料302、隔热材料303，所述盘式空心管热交换器301b和箱式热交换器301a设置在蓄热材料302中，所述盘式空心管热交换器301b与箱式热交换器301a相连，且盘式空心管热交换器301b位于回转窑1与箱式热交换器301a之间，所述箱式热交换器301a的非受热面为隔热材料303所包覆。

实施例4

参照图4，一种蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑1、支架2、CO₂蓄能机构3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器7，所述支架2邻近回转窑1，所述CO₂蓄能机构固定在支架2上，所述逆止阀4与CO₂蓄能机构3的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器7与CO₂蓄能机构3的出口相连通；所述CO₂蓄能机构3的工作介质为CO₂流体；

所述CO₂蓄能机构3包括板式热交换器301c、蓄热材料302、隔热材料303，所述板式热交换器301c设置在蓄热材料302中，所述板式热交换器301c的非受热面为隔热材料303所包覆。

实施例5

参照图5，一种蓄集回转窑辐射热的二氧化碳蓄能装置，主要包括回转窑1、支架2、CO₂蓄能机构3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6和温压感应器7，所述支架2邻近回转窑1，所述CO₂蓄能机构3固定在支架2上，所述的CO₂蓄能机构3包括分级式的箱式热交换器301a、蓄热材料302、隔热材料303，所述分级式的箱式热交换器301a设置在蓄热材料302中，所述分级式的箱式热交换器301a的非受热面为隔热材料303所包覆，所述逆止阀4与低温段第一级箱式热交换器301a的进口相连通，所述调节阀5、安全阀6、温压感应器7与高温段末级箱式热交换器301a的出口相连通。

本发明结构简单而蓄能高效、应用安全，可有效地将CO₂经逆止阀送入蓄能机构的热交换器中，直接以CO₂为工作介质吸收蓄集高温热能，蓄能转化为高能量密度的高压热态超临界CO₂流体后，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。本发明直接利用水泥生产过程中回转窑胴体200℃～500℃的高温辐射热能，也可延长回转窑及窑内耐火砖的使用寿命，停止持续的吹风冷却窑胴体，降低运行电耗，改善窑系统巡查工作环境，减少环境热污染危害。便于水泥厂推行CO₂捕集减排与利用CO₂发电，有效增加水泥厂的余热发电量，大幅减少水泥生产对外供电能的需求，利于水泥企业的节能减排和实现水泥的低碳生产。