本發(fā)明涉及環(huán)保裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯的窯頭高溫輻射熱量將CO₂蓄能為高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體供CO₂發(fā)電機(jī)組發(fā)電的CO₂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(guò)程中產(chǎn)生大量的廢棄余熱，既浪費(fèi)能源增加碳排放，也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生熱污染，也造成設(shè)備故障。如水泥生產(chǎn)線的窯頭罩和下部相連通的篦冷機(jī)的區(qū)域就是一個(gè)高溫空間。該空間的設(shè)備內(nèi)承接了來(lái)自回轉(zhuǎn)窯內(nèi)連續(xù)卸下的1250℃～1450℃高溫熟料流，及噴煤管后退至窯口外燃燒時(shí)的1500℃～1700℃的高溫輻射熱，并承受來(lái)自篦冷機(jī)內(nèi)高溫段200℃～1350℃的向上的熱空氣流回轉(zhuǎn)窯和三次風(fēng)管內(nèi)的高溫氣流的沖刷，以致窯頭罩內(nèi)壁耐火材料易于燒蝕損毀；同時(shí)篦冷機(jī)內(nèi)頭部的熟料落料區(qū)因高溫經(jīng)常結(jié)塊堆雪人，甚至不得不停窯清理高溫結(jié)塊，既影響窯系統(tǒng)工況、影響熟料產(chǎn)量、冷卻質(zhì)量，也浪費(fèi)能源增加碳排放，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生熱污染。

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(guò)程中的循環(huán)介質(zhì)為二氧化碳。據(jù) 中國(guó)《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(guó)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)（即釆用我國(guó)水泥企業(yè)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EPS100 8MW熱機(jī)系統(tǒng)的廢熱交換器在北美地區(qū)的投資達(dá)2000～2500萬(wàn)美元，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)8MW雙鍋爐整套余熱發(fā)電系統(tǒng)的投資總額（國(guó)內(nèi)水泥廠預(yù)熱器排出廢氣的余熱鍋爐和熟料冷卻機(jī)抽取廢氣的余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)總投資4000～6000萬(wàn)元人民幣不等），且客觀上難以適應(yīng)我國(guó)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)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(guó)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)（水工作介質(zhì)），在采用相同熱源及相同產(chǎn)出情況下，采取拆除低投資的系統(tǒng)換上高投資的系統(tǒng)，在國(guó)情下缺少現(xiàn)實(shí)性。顯然，因僅有能利用窯頭抽取的廢氣余熱和預(yù)熱器排出的廢氣余熱，沒(méi)有可利用水泥生產(chǎn)過(guò)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)尚不適合我國(guó)國(guó)情的水泥行業(yè)。

至今，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有可利用回轉(zhuǎn)窯的窯頭內(nèi)200℃～1700℃輻射熱能直接對(duì)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(wèn)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頭內(nèi)200℃～1700℃高溫輻射熱能供應(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(wèn)題是，提供一種可直接利用干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的窯頭（窯頭罩和篦冷機(jī)）內(nèi)200℃～1700℃強(qiáng)輻射熱能將CO₂蓄能為高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體供CO₂發(fā)電機(jī)組發(fā)電的二氧化碳蓄能裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案是：蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩、CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)、逆止閥、調(diào)節(jié)閥和篦冷機(jī)；所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)固定在篦冷機(jī)和窯頭罩的內(nèi)壁和/或頂部上，或嵌入內(nèi)壁耐火材料中，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的工作介質(zhì)為CO₂流體；所述逆止閥設(shè)于低溫區(qū)的篦冷機(jī)外，與篦冷機(jī)內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥設(shè)于高溫區(qū)的窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

進(jìn)一步，還設(shè)有安全閥，所述安全閥安裝在高溫區(qū)的窯頭罩外，位于調(diào)節(jié)閥與窯頭罩內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)之間。

進(jìn)一步，還設(shè)有溫壓感應(yīng)器，所述溫壓感應(yīng)器安裝在高溫區(qū)的窯頭罩外，位于安全閥與窯頭罩內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)之間。

進(jìn)一步，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)通過(guò)支吊架固定在篦冷機(jī)和窯頭罩的內(nèi)壁和/或頂部上。

進(jìn)一步，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)可為盤(pán)式空心管換熱器和/或板式換熱器和/或箱式換熱器和/或列管式換熱器等。

進(jìn)一步，所述盤(pán)式空心管換熱器或板式換熱器或箱式換熱器或列管式換熱器，可以2個(gè)以上并聯(lián)或串聯(lián)使用，或串聯(lián)+并聯(lián)使用。

本發(fā)明以送入窯頭內(nèi)置CO₂蓄能裝置的CO₂流體直接吸收篦冷機(jī)內(nèi)熟料的高溫輻射/傳導(dǎo)熱能及窯頭罩內(nèi)常態(tài)的200℃～1700℃及更高溫度的強(qiáng)輻射熱能，將窯頭高溫設(shè)備內(nèi)的強(qiáng)輻射熱能直接轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體能量，作為超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的能源，能解決高溫強(qiáng)輻射對(duì)篦冷機(jī)內(nèi)熟料的熔結(jié)堆雪人影響窯況運(yùn)行及窯頭罩耐火材料、金屬殼體的燒蝕問(wèn)題，延長(zhǎng)篦冷機(jī)與窯頭罩的使用壽命，降低維修費(fèi)用，提高熟料的冷卻速度與冷卻質(zhì)量，并大幅降低高溫強(qiáng)輻射造成的環(huán)境熱污染危害，改善生產(chǎn)線巡查工作環(huán)境，且對(duì)入窯二次風(fēng)溫和入爐三次風(fēng)溫?zé)o明顯可見(jiàn)影響。

附圖說(shuō)明

圖1a 為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b 為圖1 a所示實(shí)施例1的側(cè)視圖；

圖2a 為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b 為圖2a所示實(shí)施例2的側(cè)視圖；

圖3a 為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b 為圖3a所示實(shí)施例3的側(cè)視圖；

圖4a 為本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b 為圖4a所示實(shí)施例4的側(cè)視圖；

圖5a 為本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b 為圖5a所示實(shí)施例5的側(cè)視圖；

圖中：1-窯頭罩，2-CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)，2a-盤(pán)式空心管換熱器，2b-板式換熱器，2c-箱式換熱器，3-支吊架，4-逆止閥，5-調(diào)節(jié)閥，6-安全閥，7-篦冷機(jī)、8-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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1a-圖1b，一種蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩1、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、篦冷機(jī)7和溫壓感應(yīng)器8，所述CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2通過(guò)支吊架3固定在篦冷機(jī)7和窯頭罩1的內(nèi)壁上，所述逆止閥4設(shè)于篦冷機(jī)7低溫區(qū)外，與篦冷機(jī)7內(nèi)的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器8設(shè)于窯頭罩1外，與窯頭罩1高溫區(qū)內(nèi)的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2的出口相連通；所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2為盤(pán)式空心管換熱器2a，工作介質(zhì)為CO₂流體。

當(dāng)然，所述CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2也可嵌入內(nèi)壁耐火材料中。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D2a-圖2b，一種蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩1、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、篦冷機(jī)7和溫壓感應(yīng)器8，所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2通過(guò)支吊架3固定在窯頭高溫空間的內(nèi)端部（靠近回轉(zhuǎn)窯）的側(cè)壁和頂部，所述逆止閥4設(shè)于低溫區(qū)的篦冷機(jī)7外，與篦冷機(jī)內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器8設(shè)于高溫區(qū)的窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的出口相連通；所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2為板式換熱器2b，工作介質(zhì)為CO₂流體。

實(shí)施例3

參照?qǐng)D3a-圖3b，一種蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩1、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、篦冷機(jī)7和溫壓感應(yīng)器8，所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2通過(guò)支吊架3固定在窯頭高溫空間的內(nèi)端部（靠近回轉(zhuǎn)窯）的側(cè)壁和頂部，所述逆止閥4設(shè)于低溫區(qū)的篦冷機(jī)7外，與篦冷機(jī)7內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器8設(shè)于高溫區(qū)的窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的出口相連通；所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2為板式換熱器2b和箱式換熱器2c，所述箱式換熱器2C布置于窯頭罩1頂部和側(cè)壁，所述板式換熱器2b布置于篦冷機(jī)7內(nèi)，工作介質(zhì)為CO₂流體。

實(shí)施例4

參照?qǐng)D4a-圖4b，一種蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩1、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、篦冷機(jī)7和溫壓感應(yīng)器8，所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2通過(guò)支吊架3固定在窯頭高溫空間的內(nèi)端部（靠近回轉(zhuǎn)窯）的側(cè)壁、頂部，所述逆止閥4設(shè)于低溫區(qū)的篦冷機(jī)7外，與篦冷機(jī)7內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器8設(shè)于高溫區(qū)的窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的出口相連通；所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2為板式換熱器2b和箱式換熱器2c，所述箱式換熱器2C布置于窯頭罩1頂部和側(cè)壁，所述板式換熱器2b布置于篦冷機(jī)7及窯頭罩1內(nèi)，工作介質(zhì)為CO₂流體。

實(shí)施例5

參照?qǐng)D5a-圖5b，一種蓄集窯頭內(nèi)高溫?zé)崮艿亩趸夹钅苎b置，主要包括窯頭罩1、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、篦冷機(jī)7和溫壓感應(yīng)器8，所述CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2通過(guò)支吊架3固定在篦冷機(jī)7和窯頭罩1的內(nèi)壁和頂部上（或嵌入內(nèi)壁耐火材料中），所述逆止閥4設(shè)于低溫區(qū)的篦冷機(jī)7外，與篦冷機(jī)7內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的進(jìn)口相連通，所述調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器8設(shè)于高溫區(qū)的窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的CO₂蓄能機(jī)構(gòu)2的出口相連通；所述的CO₂流體蓄能機(jī)構(gòu)2為盤(pán)式空心管換熱器2a、板式換熱器2b和箱式換熱器2c，工作介質(zhì)為CO₂流體。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而蓄能高效、應(yīng)用安全，以送入窯頭內(nèi)置CO₂蓄能裝置的CO₂流體直接吸收篦冷機(jī)內(nèi)熟料的高溫輻射/傳導(dǎo)熱能及窯頭罩內(nèi)常態(tài)的200℃～1700℃及更高溫度的強(qiáng)輻射熱能，將窯頭高溫設(shè)備內(nèi)的強(qiáng)輻射熱能直接轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界CO₂流體能量，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)超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。本發(fā)明不僅解決了高溫強(qiáng)輻射對(duì)篦冷機(jī)內(nèi)熟料的熔結(jié)堆雪人影響窯況運(yùn)行及窯頭罩耐火材料、金屬殼體的燒蝕問(wèn)題，延長(zhǎng)篦冷機(jī)與窯頭罩的使用壽命，降低維修費(fèi)用；而且提高了熟料的冷卻速度與冷卻質(zhì)量，防止篦冷機(jī)內(nèi)熟料熔結(jié)成塊影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，并降低頭排廢氣風(fēng)溫，延長(zhǎng)頭排風(fēng)機(jī)和頭排收塵器的使用壽命。同時(shí)并大幅降低高溫強(qiáng)輻射造成的環(huán)境熱污染危害，改善生產(chǎn)線巡查工作環(huán)境，減少環(huán)境熱污染危害，有效增加水泥廠的余熱發(fā)電量，大幅減少對(duì)外的電能需求，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)。且對(duì)入窯二次風(fēng)溫和入爐三次風(fēng)溫?zé)o明顯可見(jiàn)影響。