本發(fā)明涉及環(huán)保裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種蓄集窯頭罩內(nèi)高溫輻射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(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，如回轉(zhuǎn)窯的高溫窯頭罩，窯頭罩內(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)200℃～1200℃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，甚至窯頭罩金屬殼體經(jīng)常被燒蝕。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)熱器排出的280℃～380℃廢氣余熱和窯頭篦冷機(jī)內(nèi)中溫段抽取的280℃～400℃廢氣余熱，導(dǎo)致余熱發(fā)電系統(tǒng)大多熱能不足，主蒸汽壓力偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)的額定發(fā)電量。zl201420382011.6公開了一種“利用干法回轉(zhuǎn)窯窯頭罩余熱供余熱發(fā)電的裝置”，但所涉的裝置因只能用來(lái)預(yù)熱鍋爐用水和預(yù)熱空氣，不能有效解決高溫設(shè)備的輻射熱利用和熱污染，而不能普及推廣應(yīng)用。

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)，即釆用的是我國(guó)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(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(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)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(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)（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(guó)情下難以實(shí)現(xiàn)。顯然，因僅有能利用窯頭篦冷機(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的中溫廢氣余熱利用裝置，沒有可利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中其他高溫?zé)崮艿难b置，使得現(xiàn)有的超臨界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)外尚未見有利用回轉(zhuǎn)窯的窯頭罩內(nèi)800℃～1450℃高溫輻射熱能直接對(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罩內(nèi)800℃～1450℃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，克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種蓄集窯頭罩內(nèi)高溫輻射熱能的二氧化碳蓄能裝置，既可解決高溫強(qiáng)輻射熱能對(duì)窯頭罩的高溫?zé)g問(wèn)題，減少環(huán)境熱污染危害；又可利用窯頭罩內(nèi)的強(qiáng)輻射熱能發(fā)電。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，一種蓄集窯頭罩內(nèi)高溫輻射熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括窯頭罩，所述窯頭罩內(nèi)壁或外壁設(shè)有co2流體蓄能機(jī)構(gòu)，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口設(shè)有介質(zhì)進(jìn)入管路，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口設(shè)有介質(zhì)排出管路。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器、板式熱交換器、箱式熱交換器中的一種或幾種；所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的工作介質(zhì)為co2流體。

進(jìn)一步，所述介質(zhì)進(jìn)入管路上設(shè)有逆止閥。

進(jìn)一步，所述介質(zhì)排出管路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥、安全閥和溫壓感應(yīng)器。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體，所述窯頭罩內(nèi)壁設(shè)有耐火材料，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)固定于窯頭罩的內(nèi)側(cè)壁上，并嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中；所述介質(zhì)進(jìn)入管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通；所述介質(zhì)排出管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為板式熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)固定于窯頭罩的內(nèi)頂部，所述介質(zhì)進(jìn)入管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通；所述介質(zhì)排出管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)包括盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器和箱式熱交換器，所述盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器和箱式熱交換器的工作介質(zhì)為co2流體；所述窯頭罩內(nèi)壁設(shè)有耐火材料，所述盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器固定于窯頭罩的內(nèi)側(cè)壁上，并嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中；所述箱式熱交換器固定于窯頭罩的內(nèi)頂部；所述介質(zhì)進(jìn)入管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通；所述介質(zhì)排出管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)固定于窯頭罩的外側(cè)壁和外頂部，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)上覆蓋有保溫材料；所述介質(zhì)進(jìn)入管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通；所述介質(zhì)排出管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

進(jìn)一步，所述co2流體蓄能機(jī)構(gòu)包括盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器和板式熱交換器，所述盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器和板式熱交換器的工作介質(zhì)為co2流體，所述窯頭罩內(nèi)壁設(shè)有耐火材料，盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器固定于窯頭罩的外側(cè)壁、外頂部和內(nèi)側(cè)壁上，所述窯頭罩內(nèi)側(cè)壁的盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中，所述窯頭罩外側(cè)壁和外頂部的盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器上覆蓋有保溫材料；所述板式熱交換器固定于窯頭罩（1）的內(nèi)頂部；所述介質(zhì)進(jìn)入管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通；所述介質(zhì)排出管路設(shè)于窯頭罩外，與窯頭罩內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：直接利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中窯頭罩內(nèi)800℃～1450℃強(qiáng)輻射熱能，以co2蓄能機(jī)構(gòu)中的co2流體為工作介質(zhì)，吸收窯頭罩內(nèi)的熱能，既可解決高溫強(qiáng)輻射熱能對(duì)窯頭罩內(nèi)耐火材料及窯頭罩外金屬殼體的高溫?zé)g問(wèn)題，且對(duì)入窯二次風(fēng)溫和入爐三次風(fēng)溫?zé)o明顯影響，可延長(zhǎng)窯頭罩的壽命，降低維修費(fèi)用，并因降低窯頭罩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；又可利用窯頭罩內(nèi)的強(qiáng)輻射熱能發(fā)電，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(duì)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)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而蓄能高效、應(yīng)用安全。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—窯頭罩，2—co2流體蓄能機(jī)構(gòu)，2a—盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器，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—篦冷機(jī)，8—回轉(zhuǎn)窯，9—三次風(fēng)管，10—燃燒器，11—溫壓感應(yīng)器，12—介質(zhì)進(jìn)入管路，13—介質(zhì)排出管路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括窯頭罩1、co2流體蓄能機(jī)構(gòu)、支吊架3、逆止閥4、調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器11、介質(zhì)進(jìn)入管路12和介質(zhì)排出管路13；窯頭罩1內(nèi)壁設(shè)有耐火材料，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的內(nèi)側(cè)壁上，并嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中；介質(zhì)進(jìn)入管路12設(shè)于窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口相連通，逆止閥4設(shè)于介質(zhì)進(jìn)入管路12上；介質(zhì)排出管路13設(shè)于窯頭罩1外，與窯頭罩1內(nèi)的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)的出口相連通；調(diào)節(jié)閥5、安全閥6、溫壓感應(yīng)器11設(shè)于介質(zhì)排出管路13上。本實(shí)施例的co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a，工作介質(zhì)為co2流體。

窯頭罩1為水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)還包括篦冷機(jī)7、回轉(zhuǎn)窯8、三次風(fēng)管9、燃燒器10，篦冷機(jī)7設(shè)于窯頭罩1的底部，回轉(zhuǎn)窯8與窯頭罩1連接，燃燒器10、三次風(fēng)管9設(shè)于窯頭罩1內(nèi)。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D2，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：co2流體蓄能機(jī)構(gòu)通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的內(nèi)頂部，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)為板式熱交換器2b，工作介質(zhì)為co2流體。其余同實(shí)施例1。

實(shí)施例3

參照?qǐng)D3，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：co2流體蓄能機(jī)構(gòu)包括盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a和箱式熱交換器2c，盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的內(nèi)側(cè)壁上，并嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中；箱式熱交換器2c通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的內(nèi)頂部，盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a和箱式熱交換器2c的工作介質(zhì)為co2流體。其余同實(shí)施例1。

實(shí)施例4

參照?qǐng)D4，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：co2流體蓄能機(jī)構(gòu)通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的外側(cè)壁和外頂部，co2流體蓄能機(jī)構(gòu)上覆蓋有保溫材料。其余同實(shí)施例1。

實(shí)施例5

參照?qǐng)D5，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：co2流體蓄能機(jī)構(gòu)包括盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a和板式熱交換器2b，盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的外側(cè)壁、外頂部和內(nèi)側(cè)壁上，窯頭罩1內(nèi)側(cè)壁的盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a嵌入內(nèi)側(cè)壁耐火材料中，窯頭罩1外側(cè)壁和外頂部的盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a上覆蓋有保溫材料；板式熱交換器2b通過(guò)支吊架3固定于窯頭罩1的內(nèi)頂部，盤式/螺旋繞管式/列管式空心管熱交換器2a和板式熱交換器2b的工作介質(zhì)為co2流體。其余同實(shí)施例1。

本發(fā)明中，窯頭罩1的內(nèi)壁包括內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)頂部，窯頭罩1的外壁包括外側(cè)壁和外頂部。

本發(fā)明工作原理如下：

通過(guò)介質(zhì)進(jìn)入管路12向co2蓄能機(jī)構(gòu)內(nèi)充入氣態(tài)或液態(tài)的co2，co2蓄能機(jī)構(gòu)的熱交換器直接以co2為工作介質(zhì)吸收窯頭罩內(nèi)800℃～1450℃的強(qiáng)輻射熱能，co2吸收強(qiáng)輻射熱能后轉(zhuǎn)化為高能量、高密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體，超臨界co2流體經(jīng)co2蓄能機(jī)構(gòu)出口的介質(zhì)排出管路13排出，供應(yīng)超臨界co2發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。調(diào)節(jié)閥6用于控制超臨界co2流體的流量。

本發(fā)明直接利用水泥生產(chǎn)過(guò)程中窯頭罩內(nèi)800℃～1450℃強(qiáng)輻射熱能，以co2蓄能機(jī)構(gòu)中的co2流體為工作介質(zhì)，吸收窯頭罩內(nèi)的熱能，既可解決高溫強(qiáng)輻射熱能對(duì)窯頭罩內(nèi)耐火材料及窯頭罩外金屬殼體的高溫?zé)g問(wèn)題，且對(duì)入窯二次風(fēng)溫和入爐三次風(fēng)溫?zé)o明顯影響，可延長(zhǎng)窯頭罩的壽命，降低維修費(fèi)用，并因降低窯頭罩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；又可利用窯頭罩內(nèi)的強(qiáng)輻射熱能發(fā)電，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(duì)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)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而蓄能高效、應(yīng)用安全。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說(shuō)明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。