本發(fā)明涉及環(huán)保裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，水泥為高耗能高污染行業(yè)，水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢棄余熱，而現(xiàn)有的干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的余熱發(fā)電技術(shù)目前僅能利用窯尾預(yù)熱器出口的280℃～380℃廢氣余熱和窯頭篦冷機(jī)中溫段抽取的280℃～400℃廢氣余熱，尚有大量的廢棄熱能不能利用，既浪費(fèi)能源增加碳排放，也對環(huán)境產(chǎn)生熱污染。如回轉(zhuǎn)窯的窯尾煙室850℃～1200℃的高溫?zé)彷椛浜蜔醾鲗?dǎo)的熱能，窯尾煙室內(nèi)因溫度高達(dá)850℃～1200℃導(dǎo)致經(jīng)常性結(jié)皮粘堵影響窯況正常運(yùn)行，除須標(biāo)配有多個(gè)空氣泡清堵外，還不得不每班數(shù)名工人穿著防護(hù)服拿著鐵釺、高壓水槍清理煙室內(nèi)的結(jié)皮以保生產(chǎn)能正常運(yùn)行。

另一方面，隨著ccs技術(shù)的發(fā)展，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)即一種以超臨界狀態(tài)的二氧化碳為工質(zhì)的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)已受到廣泛關(guān)注，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)主要包括熱源、高速渦輪機(jī)、高速發(fā)電機(jī)、高速壓氣機(jī)、冷卻器等，其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，其循環(huán)過程中的循環(huán)介質(zhì)為二氧化碳。據(jù)中國《水泥》（2014.no.9）《利用co2動(dòng)力循環(huán)的水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)》介紹，美國俄亥俄州阿克倫城echogen公司利用水泥廠預(yù)熱器排出的廢氣余熱和熟料冷卻機(jī)抽取的廢氣余熱設(shè)計(jì)的應(yīng)用co2動(dòng)力循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，即釆用的是我國水泥企業(yè)現(xiàn)已普及應(yīng)用的廢氣余熱發(fā)電的熱源，但工作介質(zhì)不同。echogen公司目前可提供的eps1008mw熱機(jī)系統(tǒng)的廢熱交換器，其用于窯尾預(yù)熱器出口的280℃～380℃廢氣余熱和窯頭篦冷機(jī)中溫段抽取的280℃～400℃廢氣余熱的廢熱交換器在北美地區(qū)的投資達(dá)2000～2500萬美元，遠(yuǎn)高于國內(nèi)8mw雙鍋爐整套余熱發(fā)電系統(tǒng)的投資總額（國內(nèi)水泥廠預(yù)熱器出口廢氣余熱鍋爐和熟料冷卻機(jī)抽取廢氣余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)總投資僅4000～6000萬元人民幣不等），且客觀上難以適應(yīng)我國大部分水泥窯系統(tǒng)廢棄余熱溫度隨原燃材料及窯系統(tǒng)工況波動(dòng)而溫度波動(dòng)大的狀況，而高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。再者，我國水泥企業(yè)已普及建好了預(yù)熱器排出廢氣余熱鍋爐和熟料冷卻機(jī)抽取廢氣余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)（以水為工作介質(zhì)），在利用相同的兩個(gè)廢氣熱源、且相同產(chǎn)出的情況下，采取拆除低投資的系統(tǒng)換上高投資的系統(tǒng)，在當(dāng)前國情下缺少現(xiàn)實(shí)性。顯然，因僅能利用窯頭篦冷機(jī)中溫段抽取的廢氣余熱和預(yù)熱器出口排出的廢氣余熱，沒有可利用水泥生產(chǎn)過程中其他廢棄熱能的裝置，使得現(xiàn)有的co2循環(huán)發(fā)電技術(shù)并不適合我國國情的水泥行業(yè)。

至今，國內(nèi)外尚未見有可利用回轉(zhuǎn)窯窯尾煙室850℃～1200℃高溫輻射和熱傳導(dǎo)熱能直接對超臨界co2蓄能的研究和實(shí)踐，為解決水泥企業(yè)的低碳減排問題，實(shí)現(xiàn)水泥企業(yè)的co2捕集和co2發(fā)電，迫切需要一種可利用窯尾煙室內(nèi)850℃～1200℃高溫輻射和熱傳導(dǎo)熱能供應(yīng)co2發(fā)電的co2蓄能裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，可直接利用水泥生產(chǎn)線的窯尾煙室內(nèi)850℃～1200℃高溫輻射和傳導(dǎo)熱能的蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)方案所采用的技術(shù)方案是：

一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)和支吊架，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)安裝在支吊架上，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)設(shè)于窯尾煙室的內(nèi)腔中，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)通過支吊架固定于窯尾煙室內(nèi)壁上；

或者，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)嵌于窯尾煙室外側(cè)的殼體與窯尾煙室的內(nèi)壁之間的耐火材料層中，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)通過支吊架固定于窯尾煙室內(nèi)壁或窯尾煙室外側(cè)的殼體上。

進(jìn)一步，還包括逆止閥、調(diào)節(jié)閥和安全閥，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道和出口管道均伸出窯尾煙室外側(cè)的殼體外，逆止閥設(shè)置于窯尾煙室外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上，調(diào)節(jié)閥和安全閥設(shè)置于窯尾煙室外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥和安全閥均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

進(jìn)一步，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上還可安裝有溫壓感應(yīng)器。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為箱式熱交換器和/或板式熱交換器和/或盤式空心管熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)可分為兩段：低溫預(yù)熱段和主體段；低溫預(yù)熱段設(shè)置在窯尾煙室外側(cè)的殼體外；主體段設(shè)置在窯尾煙室的內(nèi)腔中，或嵌于窯尾煙室外側(cè)的殼體與窯尾煙室的內(nèi)壁之間的耐火材料層中。

進(jìn)一步，所述低溫預(yù)熱段通過支吊架固定于窯尾煙室殼體，主體段亦通過支吊架固定于窯尾煙室殼體或窯尾煙室內(nèi)壁。

進(jìn)一步，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道安裝于低溫預(yù)熱段的進(jìn)口端，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道安裝于主體段的出口端。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，蓄能高效、應(yīng)用安全，可有效地將co2經(jīng)逆止閥送入蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器中，直接以co2為工作介質(zhì)吸收蓄集高溫?zé)崮?，蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體后，經(jīng)co2蓄能機(jī)構(gòu)的出口調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)定排出，可供應(yīng)現(xiàn)有超臨界co2發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。本發(fā)明直接利用水泥生產(chǎn)過程中窯尾煙室850℃～1200℃強(qiáng)輻射熱能，既利用了損傷窯尾煙室耐火材料及金屬殼體的850℃～1200℃強(qiáng)輻射熱能，又可減輕煙室的結(jié)皮和/或縮口的結(jié)皮，大幅降低了工人清理煙室的工作強(qiáng)度，且對回轉(zhuǎn)窯工況及熟料熱耗無可見不利影響，可延長窯尾煙室澆注料的壽命，降低維修費(fèi)用，并因降低窯尾煙室外部輻射熱量而改善巡查工作環(huán)境，減少環(huán)境熱污染危害。便于水泥廠推行co2捕集減排與利用co2發(fā)電，有效增加水泥廠的余熱發(fā)電量，大幅減少水泥生產(chǎn)對外供電能的需求，利于水泥企業(yè)的節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)水泥的低碳生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-窯尾煙室，2-co2流體蓄能機(jī)構(gòu)，2a-盤式空心管熱交換器，2b-板式熱交換器，2c-箱式熱交換器，3-支吊架，4-逆止閥，5-調(diào)節(jié)閥，6-安全閥，7-c5/c6下料管，8-回轉(zhuǎn)窯，9-縮口，10-分解爐，11-溫壓感應(yīng)器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

參照圖1，一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5和安全閥6，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2包括盤式空心管熱交換器2a、板式熱交換器2b和箱式熱交換器2c，盤式空心管熱交換器2a嵌于窯尾煙室1外側(cè)的殼體與窯尾煙室1的內(nèi)壁之間的耐火材料層中，箱式熱交換器2c設(shè)于窯尾煙室1的內(nèi)腔中，板式熱交換器2b亦嵌于窯尾煙室1外側(cè)的殼體與窯尾煙室1的內(nèi)壁之間的耐火材料層中，盤式空心管熱交換器2a的出口端與箱式熱交換器2c的進(jìn)口端連通，箱式熱交換器2c的出口端與板式熱交換器2b的進(jìn)口端連通。盤式空心管熱交換器2a的進(jìn)口端安裝有進(jìn)口管道即co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道，逆止閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上。板式熱交換器2b的出口端安裝有出口管道即co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道，調(diào)節(jié)閥5和安全閥6設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥5和安全閥6均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

盤式空心管熱交換器2a、板式熱交換器2b和箱式熱交換器2c通過支吊架3固定于窯尾煙室1內(nèi)壁。

所述盤式空心管熱交換器2a、板式熱交換器2b和箱式熱交換器2c的工作介質(zhì)為co2流體。

窯尾煙室1的上方設(shè)有分解爐10，窯尾煙室1兩側(cè)分別與下料管7和回轉(zhuǎn)窯8相連。

實(shí)施例2：

參照圖2，一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2嵌于窯尾煙室1外側(cè)的殼體與窯尾煙室1的內(nèi)壁之間的耐火材料層中，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2通過支吊架3固定于窯尾煙室1內(nèi)壁。co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道和出口管道均伸出窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上，調(diào)節(jié)閥和安全閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥和安全閥均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2為耐熱的盤式空心管熱交換器2a，工作介質(zhì)為co2流體。

實(shí)施例3：

參照圖3，一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2為組合式箱式熱交換器，組合式箱式熱交換器由至少兩個(gè)箱式熱交換器2c首尾串接而成。組合式箱式熱交換器設(shè)于窯尾煙室1的內(nèi)腔中，組合式箱式熱交換器通過支吊架3固定于窯尾煙室1內(nèi)壁。co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道和出口管道均伸出窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上，調(diào)節(jié)閥和安全閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥和安全閥均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2為耐熱的箱式熱交換器2c，工作介質(zhì)為co2流體。

實(shí)施例4：

參照圖4，一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器11，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2由盤式空心管熱交換器2a和板式熱交換器2b組合而成，盤式空心管熱交換器2a和板式熱交換器2b均嵌于窯尾煙室1外側(cè)的殼體與窯尾煙室1的內(nèi)壁之間的耐火材料層中，盤式空心管熱交換器2a的出口端與板式熱交換器2b的進(jìn)口端連通。盤式空心管熱交換器2a和板式熱交換器2b均通過支吊架3固定于窯尾煙室1內(nèi)壁，具體可為：盤式空心管熱交換器2a用支吊架3固定在窯尾煙室1頂部的縮口內(nèi)壁上，板式熱交換器2b用支吊架3固定在窯尾煙室1中部的內(nèi)壁上。盤式空心管熱交換器2a的進(jìn)口端安裝有進(jìn)口管道即co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道，逆止閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上。板式熱交換器2b的出口端安裝有出口管道即co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道，調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器11設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥5、安全閥6和溫壓感應(yīng)器11均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2的工作介質(zhì)為co2流體。

實(shí)施例5：

參照圖5，一種蓄集窯尾煙室熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5和安全閥6，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2分為外置的低溫預(yù)熱段和內(nèi)置的主體段，低溫預(yù)熱段與主體段相連通。低溫預(yù)熱段設(shè)置在窯尾煙室1外側(cè)的殼體外；主體段嵌于窯尾煙室1外側(cè)的殼體與窯尾煙室1的內(nèi)壁之間的耐火材料層中。所述低溫預(yù)熱段通過支吊架3固定于窯尾煙室1殼體，主體段亦通過支吊架3固定于窯尾煙室1內(nèi)壁。co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道安裝于低溫預(yù)熱段的進(jìn)口端，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道安裝于主體段的出口端。逆止閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，逆止閥安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道上，調(diào)節(jié)閥和安全閥設(shè)置于窯尾煙室1外側(cè)的殼體外，調(diào)節(jié)閥和安全閥均安裝于co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上。

所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)2為耐熱的盤式空心管熱交換器2a，工作介質(zhì)為co2流體。

實(shí)施例6：

參照圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道上還安裝有溫壓感應(yīng)器。

其余同實(shí)施例2。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，蓄能高效、應(yīng)用安全，可有效地將co2經(jīng)逆止閥送入蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器中，直接以co2為工作介質(zhì)吸收蓄集高溫?zé)崮?，蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體后，經(jīng)co2蓄能機(jī)構(gòu)的出口調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)定排出，可供應(yīng)現(xiàn)有超臨界co2發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。本發(fā)明直接利用水泥生產(chǎn)過程中窯尾煙室850℃～1200℃強(qiáng)輻射熱能，既利用了損傷窯尾煙室耐火材料及金屬殼體的850℃～1200℃強(qiáng)輻射熱能，又可減輕煙室的結(jié)皮和縮口的結(jié)皮，大幅降低了工人清理煙室的工作強(qiáng)度，且對回轉(zhuǎn)窯工況及熟料熱耗無可見不利影響，可延長窯尾煙室澆注料的壽命，降低維修費(fèi)用，并因降低窯尾煙室外部輻射熱量而改善巡查工作環(huán)境，減少環(huán)境熱污染危害。便于水泥廠推行co2捕集減排與利用co2發(fā)電，有效增加水泥廠的余熱發(fā)電量，大幅減少水泥生產(chǎn)對外供電能的需求，利于水泥企業(yè)的節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)水泥的低碳生產(chǎn)。