直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统及方法与流程

本发明涉及能量回收利用领域，具体而言，涉及直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统及方法。

背景技术：

水大约覆盖了地球表面的70％，但是作为生命生存和发展的重要条件，其中仅2.5％为淡水，在这极少的淡水比例中，能够被直接取用的部分又仅占0.3％。水资源短缺问题席卷全球。

中东、北非以及西亚沿海地带，经济相对落后，水泥等资源严重缺乏的同时淡水资源更加匮乏。而水资源短缺影响着社会各方面的发展，不仅限于生活用水，农业生产与工业生产也受到水资源分布和成本的限制，随着经济的发展，这一问题将更加突出。像水泥厂通常建立在相对偏僻的地方，这些如“孤岛”的地方往往淡水资源更加缺乏，再加上用水量大，引进淡水需要花巨资修建管网，水价高，造成与淡水引进地区争水的矛盾，而且存在断供的风险。

沿海有海水充足巨大优势，海水淡化是一种由来已久，且能够开发新的淡水来源的措施。其最基本的原理就是将海水中的溶剂(即水)与其他组分(尤其是盐)分离。海水淡化过程主要分为热法和膜法，其中热法中又以多级闪蒸，低温多效蒸馏为代表，而膜法则以反渗透法为代表。可以看出海水淡化是一种蓬勃发展的工艺，但是能源消耗仍然是遏制其发展的核心因素。

由于水泥生产工艺本身就需要消耗大量的能源加之水泥生产系统中存在着大量的能源浪费，使得水泥生产成为众所周知的能耗大户，需要消耗大量的电能，为了降低能耗以及解决电能供应，常规的水泥窑建设有余热发电项目，但由于余热发电项目通常采用低参数，余热发电的总体效率仅为20％左右，余热回收利用率很低，所以水泥工业中存在能源浪费以及余热回收利用率很低问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统及方法，以解决偏远临海地区淡水缺乏和能源利用率低的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法，在水泥系统排出的窑头烟气、窑尾烟气以及旁路放风气体分别经过除尘处理后产生的洁净烟气，各路洁净烟气分别通过窑头送风机、窑尾送风机和旁路放风送风机送入海水淡化系统，在海水淡化系统中进行热量交换后温度降低，通过烟囱排入大气；

海水淡化系统包括淡水收集输送系统、浓盐水输送系统、凝汽器以及多级蒸发器；洁净烟气送入海水淡化系的第一蒸发器；

预处理后的海水经凝汽器后，进入蒸发器第一级中，与来自水泥系统的洁净烟气进行热交换；部分海水在蒸发器内因吸热而汽化，被浓缩的海水依次进入串联于第一级蒸发器之后的各蒸发器中重复蒸发，前一级蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一级蒸发器的热源，并在下一级蒸发器中放热部分冷凝成为淡水，进入淡水收集输送系统，而在最后一级蒸发器中浓缩后的浓盐水进入浓盐水输送系统。

本方案中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法，具有以下有益效果：

1.针对建立在相对偏僻地方的临海水泥厂，这些“孤岛”地方往往淡水资源更加缺乏，再加上用水量大，引进淡水需要花巨资修建管网，水价高，造成与淡水引进地区争水的矛盾，而且存在断供的风险。沿海有海水充足巨大优势，水泥厂各类余热资源和海水淡化对能源的需求存在互补性，通过系统的耦合，产生淡水，不仅解决了水泥企业生活生产用水问题，还可以将富余的淡水出售，增加企业的经济效益。

2.由于水泥生产工艺本身就需要消耗大量的能源加之水泥生产系统中存在着能源浪费，若产生的废气直接排放，造成大量的能源浪费，现有技术中余热发电的总体效率仅为20％左右，申请人研究发现，这主要是因为汽轮机排出的乏汽含有大量的潜热不能被利用，余热回收利用率很低。而本实施例中，通过系统地耦合实现海水淡化，既可以将能源利用率大大提高，解决了余热回收利用率很低的问题，又解决了海水淡化能源消耗问题，不需要单独的去建立海水淡化热源装置。

综上，本方案提供的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法有机结合水泥生产和海水淡化，具有能量利用率高、且能够同时生产淡水和水泥，尤其适合缺水的偏远临海地区，降低了海水淡化和水泥生产的综合成本，具有重要的经济效益和环保效益。

在一种实施方式中：

最后一级蒸发器中浓缩后的浓盐水进入浓盐水输送系统后用于制取盐或者提取溴元素。

本方案还提供一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法，在水泥系统篦冷机排出的烟气经过除尘处理后产生的洁净烟气，洁净烟气通过窑头送风机送入海水淡化系统，在海水淡化系统中进行热量交换后温度降低，通过烟囱排入大气；

海水淡化系统包括盐水加热器、热回收段、排热段、淡水收集输送系统和浓盐水输送系统，所述热回收段具有多级串联的蒸发室；洁净烟气送入海水淡化系统的盐水加热器；

经过预处理的海水，首先送入排热段作为冷却水，离开排热段的大部分冷却海水又排回海中，小部分作为进料海水，经除氧预处理后，进入排热段，然后从排热段中通过水泵将循环盐水送入热回收段回收闪蒸淡水蒸气的热量后，再经过盐水加热器被所述高品位蒸汽加热，在这里盐水达到工艺要求的最高温度；加热后的循环盐水进入热回收段第一级的蒸发室，该蒸发室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件，使热盐水进入蒸发室后即成为过热水而急速地部分汽化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水，进入淡水收集输送系统；同时盐水也逐级增浓，直到其温度向下接近天然海水温度；浓盐水从排热段中排出，进入浓盐水输送系统，用于制取盐或者提取溴元素。

本方案还提供一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统，其包括水泥系统和海水淡化系统；

所述水泥系统包括篦冷机、回转窑和预热器；其中，篦冷机连接回转窑、回转窑通过烟室连通于预热器的分解炉；

所述海水淡化系统包括淡水收集输送系统、浓盐水输送系统、凝汽器以及多级蒸发器；海水供水口通过凝汽器的冷却管后分别进入各级蒸发器；各级蒸发器分别在下部开设浓盐水出口、在上部设置水蒸气出口；

篦冷机设置抽气口，抽气口连通至除尘器，除尘器连通至窑头送风机，窑头送风机连通至海水淡化系统的第一级蒸发器的换热管入口，第一级蒸发器的换热管出口通过烟囱连通至大气；

所述海水淡化系统中，前一级蒸发器的浓盐水出口连通入下一级蒸发器内，前一级蒸发器的水蒸气出口连通下一级蒸发器的换热管，用作下一级蒸发器的热源，并在放热后通过下一级蒸发器的换热管的出口端连通至淡水收集输送系统；最后一级蒸发器的浓盐水出口连通至浓盐水输送系统、最后一集蒸发器的水蒸气出口连通入凝汽器内对凝汽器内的海水放热后液化流入淡水收集输送系统。

本方案还提供一种一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统，其包括水泥系统和海水淡化系统；

所述水泥系统包括篦冷机；

所述海水淡化系统包括盐水加热器、热回收段、排热段、淡水收集输送系统和浓盐水输送系统，所述热回收段具有多级串联的蒸发室；

篦冷机设置抽气口，抽气口连通至除尘器，除尘器连通至窑头送风机，窑头送风机连通至盐水加热器的换热管入口，盐水加热器的换热管出口通过烟囱连通至大气；

海水供水口连通于排热段内的冷却管，排热段内的冷却管的出口一路连通外界以排出海水、另一路连通回排热段内部，排热段的出水口连通热回收段的各级蒸发室串联的冷却管后通入盐水加热器内；盐水加热器的出口依次连通进各级蒸发室内，最后一级蒸发室的出口连通回排热段后，由排热段连通至浓盐水输送系统；而排热段和各级蒸发室内蒸发的水蒸气受其内冷却管的冷却后的淡水分别连通至淡水收集输送系统。

在一种实施方式中：

排热段包括多级串联的蒸发室。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1中示出了本发明实施例一中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统的示意图(其中线路上的箭头示意气体或海水或淡水的流动方向)；

图2中示出了本发明实施例二中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统的示意图(其中线路上的箭头示意气体或海水或淡水的流动方向)；

图标：

图1中：水泥系统10、海水淡化系统20、篦冷机11、回转窑12、预热器13、烟室14、分解炉15、抽气口17、除尘器18、海水供水口21、浓盐水出口22、水蒸气出口23、海水添加口24、冷却管27、换热管28、窑头送风机1a、窑尾送风机2a、旁路放风送风机3a、烟囱4a、蒸发器6a、凝汽器7a、淡水收集输送系统8a、浓盐水输送系统9a；

图2中：水泥系统10、海水淡化系统20、篦冷机11、抽气口17、除尘器18、海水供水口21、冷却管27、换热管28、排热段的出水口29、窑头送风机1b、烟囱4b、盐水加热器6b、热回收段7b、排热段8b、淡水收集输送系统9b、浓盐水输送系统10b、蒸发室11b。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1，本实施例提供一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统，其包括水泥系统10和海水淡化系统20。

其中，所述水泥系统10包括篦冷机11、回转窑12和预热器13；其中，篦冷机11连接回转窑12、回转窑12通过烟室14连通于预热器13的分解炉15。

所述海水淡化系统20包括淡水收集输送系统8a、浓盐水输送系统9a、凝汽器7a以及多级蒸发器6a(图中仅示出了前两级和最后一级，而未示出中间的其他级，且各级蒸发器6a从右到左依次为第一级、第二级…)；海水供水口21通过凝汽器7a的冷却管27后分别进入各级蒸发器6a；各级蒸发器6a分别在下部开设浓盐水出口22、在上部设置水蒸气出口23。

篦冷机11设置抽气口17，抽气口17连通至除尘器18，除尘器18连通至窑头送风机1a，窑头送风机1a连通至海水淡化系统20的第一级蒸发器6a的换热管28入口，第一级蒸发器6a的换热管28出口通过烟囱4a连通至大气。

所述海水淡化系统20中，前一级蒸发器6a的浓盐水出口22连通入下一级蒸发器6a内，前一级蒸发器6a的水蒸气出口23连通下一级蒸发器6a的换热管28，用作下一级蒸发器6a的热源，并在放热后通过下一级蒸发器6a的换热管28的出口端连通至淡水收集输送系统8a；最后一级蒸发器6a的浓盐水出口22连通至浓盐水输送系统9a、最后一集蒸发器6a的水蒸气出口23连通入凝汽器7a内对凝汽器7a内的海水放热后液化流入淡水收集输送系统8a。

基于本实施例中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法为，在水泥系统10排出的窑头烟气、窑尾烟气以及旁路放风气体分别经过除尘处理后产生的洁净烟气，各路洁净烟气分别通过窑头送风机1a、窑尾送风机2a和旁路放风送风机3a送入海水淡化系统20，在海水淡化系统20中进行热量交换后温度降低，通过烟囱4a排入大气；

海水淡化系统20包括淡水收集输送系统8a、浓盐水输送系统9a、凝汽器7a以及多级蒸发器6a；洁净烟气送入海水淡化系的第一蒸发器6a；

预处理后的海水经凝汽器7a后，进入蒸发器6a第一级中，与来自水泥系统10的洁净烟气进行热交换；部分海水在蒸发器6a内因吸热而汽化，被浓缩的海水依次进入串联于第一级蒸发器6a之后的各蒸发器6a中重复蒸发，前一级蒸发器6a蒸发出来的蒸汽作为下一级蒸发器6a的热源，并在下一级蒸发器6a中放热部分冷凝成为淡水，进入淡水收集输送系统8a，而在最后一级蒸发器6a中浓缩后的浓盐水进入浓盐水输送系统9a。

本方案中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法，具有以下有益效果：

1.针对建立在相对偏僻地方的临海水泥厂，这些“孤岛”地方往往淡水资源更加缺乏，再加上用水量大，引进淡水需要花巨资修建管网，水价高，造成与淡水引进地区争水的矛盾，而且存在断供的风险。沿海有海水充足巨大优势，水泥厂各类余热资源和海水淡化对能源的需求存在互补性，通过系统的耦合，产生淡水，不仅解决了水泥企业生活生产用水问题，还可以将富余的淡水出售，增加企业的经济效益。

2.由于水泥生产工艺本身就需要消耗大量的能源加之水泥生产系统中存在着能源浪费，若产生的废气直接排放，造成大量的能源浪费，现有技术中余热发电的总体效率仅为20％左右，申请人研究发现，这主要是因为汽轮机排出的乏汽含有大量的潜热不能被利用，余热回收利用率很低。而本实施例中，通过系统地耦合实现海水淡化，既可以将能源利用率大大提高，解决了余热回收利用率很低的问题，又解决了海水淡化能源消耗问题，不需要单独的去建立海水淡化热源装置。

综上，本方案提供的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法有机结合水泥生产和海水淡化，具有能量利用率高、且能够同时生产淡水和水泥，尤其适合缺水的偏远临海地区，降低了海水淡化和水泥生产的综合成本，具有重要的经济效益和环保效益。

本实施例中，可选地，最后一级蒸发器6a中浓缩后的浓盐水进入浓盐水输送系统9a后用于制取盐或者提取溴元素。如此，可进一步充分地利用该系统产生的产品。

本实施例中，预处理后的海水通过海水添加口24额外进入第一级蒸发器6a直接余热热源水泥后的各级蒸发器6a直接余热热源水泥中，以对后续各级蒸发器6a直接余热热源水泥额外供应海水。如此，可避免后级蒸发器6a直接余热热源水泥内无海水造成的能量浪费。最后一级的蒸发器6a直接余热热源水泥蒸发的水蒸气进入凝汽器7a直接余热热源水泥内向经过凝汽器7a直接余热热源水泥的海水放热后冷凝为淡水进入淡水收集输送系统8a直接余热热源水泥。

本方案中的临海地区水泥生产和海水淡化联合实现系统及方法，具有以下有益效果：

1.针对建立在相对偏僻地方的临海水泥厂，这些“孤岛”地方往往淡水资源更加缺乏，再加上用水量大，引进淡水需要花巨资修建管网，水价高，造成与淡水引进地区争水的矛盾，而且存在断供的风险。沿海有海水充足巨大优势，水泥厂各类余热资源和海水淡化对能源的需求存在互补性，通过系统的耦合，实现淡水生产，不仅解决了水泥企业生活生产用水问题，还可以将富余的淡水出售，增加企业的经济效益。

2.由于水泥生产工艺本身就需要消耗大量的能源加之水泥生产系统中存在着能源浪费，若产生的废气直接排放，造成大量的能源浪费，现有技术中余热发电的总体效率仅为20％左右，申请人研究发现，这主要是因为汽轮机排出的乏汽含有大量的潜热不能被利用，余热回收利用率很低。而本实施例中，通过系统地耦合实现淡水生产，既可以将能源利用率大大提高，解决了余热回收利用率很低的问题，又解决了海水淡化能源消耗问题，不需要单独的去建立海水淡化热源装置。

综上，本方案提供的临海地区水泥生产和海水淡化联合实现方法有机结合水泥生产和海水淡化，具有能量利用率高、且能够同时生产淡水和水泥，尤其适合缺水的偏远临海地区，降低了海水淡化和水泥生产的综合成本，具有重要的经济效益和环保效益。

本实施例中，可选地，最后一级蒸发器6a中浓缩后的浓盐水进入浓盐水输送系统9a后用于制取盐或者提取溴元素。如此，可进一步充分地利用该系统产生的产品。

本实施例中，预处理后的海水通过海水添加口2424额外进入第一级蒸发器6a后的各级蒸发器6a中，以对后续各级蒸发器6a额外供应海水。如此，可避免后级蒸发器6a内无海水造成的能量浪费。最后一级的蒸发器6a蒸发的水蒸气进入凝汽器7a内向经过凝汽器7a的海水放热后冷凝为淡水进入淡水收集输送系统8a。

本实施例中，余热回收的锅炉可以是aqc锅炉、sp锅炉、bp锅炉其中的任意一种或者任意两种或者三种，余热回收的锅炉可以是单压锅炉或者双压锅炉。

实施例二

请配合参见图2，本实施例提供本方案还提供一种直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统，其包括水泥系统10和海水淡化系统20。其中，所述水泥系统10包括篦冷机11。

所述海水淡化系统20包括盐水加热器6b、热回收段7b、排热段8b、淡水收集输送系统9b和浓盐水输送系统10b，所述热回收段7b具有多级串联的蒸发室11b。

篦冷机11设置抽气口17，抽气口17连通至除尘器18，除尘器18连通至窑头送风机1b，窑头送风机1b连通至盐水加热器6b的换热管28入口，盐水加热器6b的换热管28出口通过烟囱4b连通至大气。

海水供水口21连通于排热段8b内的冷却管27，排热段8b内的冷却管27的出口一路连通外界以排出海水、另一路连通回排热段8b内部，排热段的出水口29连通热回收段7b的各级蒸发室11b串联的冷却管27后通入盐水加热器6b内；盐水加热器6b的出口依次连通进各级蒸发室11b内，最后一级蒸发室11b的出口连通回排热段8b后，由排热段8b连通至浓盐水输送系统10b；而排热段8b和各级蒸发室11b内蒸发的水蒸气受其内冷却管27的冷却后的淡水分别连通至淡水收集输送系统9b。

可选地，排热段8b包括多级串联的蒸发室11b。

基于本实施例中的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现方法为，在水泥系统10篦冷机11排出的烟气经过除尘处理后产生的洁净烟气，洁净烟气通过窑头送风机1b送入海水淡化系统20，在海水淡化系统20中进行热量交换后温度降低，通过烟囱4b排入大气；

海水淡化系统20包括盐水加热器6b、热回收段7b、排热段8b、淡水收集输送系统9b和浓盐水输送系统10b，所述热回收段7b具有多级串联的蒸发室11b；洁净烟气送入海水淡化系统20的盐水加热器6b；

经过预处理的海水，首先送入排热段8b作为冷却水，离开排热段8b的大部分冷却海水又排回海中，小部分作为进料海水，经除氧预处理后，进入排热段8b，然后从排热段8b中通过水泵将循环盐水送入热回收段7b回收闪蒸淡水蒸气的热量后，再经过盐水加热器6b被所述高品位蒸汽加热，在这里盐水达到工艺要求的最高温度；加热后的循环盐水进入热回收段7b第一级的蒸发室11b，该蒸发室11b中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件，使热盐水进入蒸发室11b后即成为过热水而急速地部分汽化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水，进入淡水收集输送系统9b；同时盐水也逐级增浓，直到其温度向下接近天然海水温度；浓盐水从排热段8b中排出，进入浓盐水输送系统10b，用于制取盐或者提取溴元素。

综合上述实施例，本方案提出的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统及对应的直接余热热源水泥生产和海水淡化联合实现系统充分适用于偏远临海地区，尤其是缺淡水的地区的实施，具有能源利用率高，能够满足或至少部分满足这些地区对淡水的利用的有益效果。

另外，本实施例中，窑头余热烟气也可以替换为窑尾余热烟气、旁路放风烟气，或三者中的任意一种或者任意两种或者三种的组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。