一种蓄集篦冷机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，尤其涉及一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置。

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，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出的280℃～400℃废气余热，尚有大量的余热不能利用，如水泥生产线的篦冷机内的200℃～1350℃的高温辐射热，窑头罩下的篦冷机内承接了来自回转窑内连续卸下的1250℃～1450℃高温熟料流，尽管篦冷机的当头装设有成排的空气炮用于防止高温熟料熔结成团，但篦冷机内头部的熟料落料区仍经常结块堆雪人甚至不得不停窑清理高温结块，篦冷机鼓风回收的高温余热以二次风和三次风供应回转窑和分解炉，中段的中温风抽出供窑头余热锅炉发电和煤磨，多余的热风由头排风机排出经收尘器收尘后排空，篦冷机内高温熟料产生大量的高温辐射热能尚未有利用的方法或装置。既影响窑系统工况、影响熟料冷却质量，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出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热机系统的废换热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出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出废气余热锅炉发电系统（水工作介质），利用相同的废气热源和相同的产出情况下，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，因仅能利用窑头抽出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方法和装置，使得现有的CO₂循环发电技术并不适合我国国情的水泥行业。

至今，国内外尚未见有可利用水泥生产线篦冷机内熟料1350℃～200℃高温辐射余热直接对超临界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篦冷机内熟料1350℃～200℃高温辐射/传导余热供应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，提供一种结构简单，有利于防止篦冷机内熟料熔结成块的蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置。使用本发明，可直接利用干法回转窑生产线的篦冷机内熟料1350℃～200℃强辐射与传导热能，将CO₂蓄能为高压热态超临界CO₂流体供现有CO₂发电系统发电。

本发明解决其技术问题所釆用的技术方案是：

一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构，CO₂流体蓄能机构固定在篦冷机内， CO₂流体蓄能机构的进口管道和出口管道均伸出篦冷机外。

进一步，CO₂流体蓄能机构用支吊架固定在篦冷机的内端壁和/或内侧壁和/或顶板上。

进一步，还包括逆止阀、调节阀和安全阀，逆止阀设置于篦冷机外，逆止阀安装于CO₂流体蓄能机构的进口管道上，调节阀和安全阀设置于篦冷机外，调节阀和安全阀均安装于CO₂流体蓄能机构的出口管道上。

进一步，所述CO₂流体蓄能机构为耐热（1500℃～300℃）的箱式换热器和/或板式换热器和/或盘式或列管式空心管换热器，工作介质为CO₂流体。

本发明结构简单而蓄能高效、应用安全，可有效地将CO₂经逆止阀送入换热器中，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，经出口管道上的调节阀控制稳定后排出，可供应现有超临界CO₂发电系统发电。本发明直接利用水泥生产过程中篦冷机内200℃～1350℃高温熟料的传导与辐射热对CO₂流体蓄能，利于熟料的快速冷却和提高熟料冷却质量，防止篦冷机内熟料熔结成块影响生产正常运行。并有利于降低头排废气风温，延长头排风机和头排收尘器的使用寿命。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所示蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2所示蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置的结构示意图；

图3为本发明实施例3所示蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置的结构示意图；

图4为本发明实施例4所示蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置的结构示意图；

图5为本发明实施例5所示蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置的结构示意图。

图中：1-篦冷机，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-回转窑，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1，一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5和安全阀6，CO₂流体蓄能机构2通过支吊架3固定在篦冷机1的顶板内壁上，逆止阀4设置于篦冷机1外，逆止阀4安装于CO₂流体蓄能机构2的进口管道上，调节阀5和安全阀6亦设置于篦冷机1外，调节阀5和安全阀6均安装于CO₂流体蓄能机构2的出口管道上。

所述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2：

参照图2，一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5和安全阀6，CO₂流体蓄能机构2用支吊架3固定在篦冷机1靠近回转窑的内端壁上，CO₂流体蓄能机构2的进口管道和出口管道均伸出篦冷机外；逆止阀4设置于篦冷机1外，逆止阀4安装于篦冷机1内的CO₂流体蓄能机构2的进口管道上，调节阀5、安全阀6亦设置于篦冷机1外，调节阀5和安全阀6均安装于CO₂流体蓄能机构2的出口管道上。

所述CO₂流体蓄能机构2为耐热的箱式换热器2c，工作介质为CO₂流体。

实施例3：

参照图3，一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6、温压感应器8，所述CO₂流体蓄能机构2包括盘式空心管换热器2a和板式换热器2b，板式换热器2b用支吊架3固定在篦冷机1靠近回转窑7的内端壁上。盘式空心管换热器2a用支吊架3固定在篦冷机1的顶板内壁上，逆止阀4设置于篦冷机1外。盘式空心管换热器2a的进口管道伸出篦冷机1外，盘式空心管换热器2a的出口管道与板式换热器2b的进口管道连通，板式换热器2b的出口管道伸出篦冷机1外。逆止阀4安装于盘式空心管换热器2a的进口管道上。调节阀5、安全阀6、温压感应器8亦设置于篦冷机1外，调节阀5、安全阀6、温压感应器8均安装于板式换热器2b的出口管道上。

实施例4：

参照图4，一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6，所述CO₂流体蓄能机构2为组合式板式换热器2b，组合式板式换热器2b由至少两个板式换热器首尾串接构成。组合式板式换热器2b的端部用支吊架3固定在篦冷机1靠近回转窑7的内端壁上，组合式板式换热器2b的两侧通过支吊架3固定在篦冷机1的内侧壁上。组合式板式换热器2b的进口管道和出口管道均伸出篦冷机1外。逆止阀4设置于篦冷机1外，逆止阀4安装于组合式板式换热器2b的进口管道上。调节阀5、安全阀6设置于篦冷机1外，调节阀5、安全阀6均安装于组合式板式换热器2b的出口管道上。上述的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5：

参照图5，一种蓄集篦冷机热能的二氧化碳蓄能装置，包括CO₂流体蓄能机构2、支吊架3、逆止阀4、调节阀5、安全阀6，所述CO₂流体蓄能机构2为盘式空心管换热器2a，盘式空心管换热器2a用支吊架3固定在篦冷机1的顶板内壁、内端壁和内侧壁上。盘式空心管换热器2a的进口管道和出口管道均伸出篦冷机1外。逆止阀4设置于篦冷机1外，逆止阀4安装于盘式空心管换热器2a的进口管道上。调节阀5、安全阀6设置于篦冷机1外，调节阀5、安全阀6均安装于盘式空心管换热器2a的出口管道上。

上述的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。

本发明结构简单，蓄能高效、应用安全，可有效地将CO₂流体经逆止阀送入换热器中，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，经出口管道上的调节阀控制稳定后排出，可供应现有超临界CO₂发电系统发电。本发明直接利用水泥生产过程中篦冷机内200℃～1350℃高温熟料的传导与辐射热对CO₂流体蓄能，利于熟料的快速冷却和提高熟料冷却质量，防止篦冷机内熟料熔结成块影响生产正常运行；并有利于降低头排废气风温，延长头排风机和头排收尘器的使用寿命。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。