[发明专利]一种利用水泥窑余热的多级发电系统

说明书

本发明公开了一种利用水泥窑余热的多级发电系统，包括SCO₂发电系统、蒸汽发电系统和ORC发电系统，其中，水泥窑废气余热加热SCO₂发电系统中的工质进入SCO₂透平中膨胀，带动SCO₂系统发电机发电，随后进入蒸汽加热器中冷却经由SCO₂压缩机循环；蒸汽发电系统中的工质在蒸汽加热器中吸收SCO₂工质的剩余热量进入水蒸气透平中膨胀，带动蒸汽系统发电机发电，随后进入ORC加热器中冷却经由给水泵循环；ORC发电系统中的工质在ORC加热器中吸收水蒸气工质的剩余热量进入ORC透平中膨胀，带动ORC系统发电机发电，随后经冷凝器和增压泵循环。本发明利用SCO₂、水蒸气以及ORC发电系统三级利用水泥窑废气的余热，能够显著提升热能利用效率，具有较高的工程价值及经济效益。

技术领域

本发明涉及一种余热发电系统，具体涉及一种利用水泥窑余热的多级发电系统。

背景技术

在水泥窑中有大量的中、低温余热资源未能被充分利用，能源浪费的现象十分普遍。近年来新型干法水泥生产发展迅速，技术、设备、管理等方面日渐成熟。目前国内已建成运行了大量2000t/d以上的熟料生产线，新型干法生产线与其他窑型相比在热耗方面有显著的降低，但新型干法水泥生产对电能的消耗和依赖依然强劲。新型干法水泥熟料生产企业中由摇头熟料冷却机和窑尾预热器排出的废气温度约为350℃，其热能约占水泥熟料烧成系统热耗量的35％。因此，若能采用余热发电技术将此部分的热能进行回收，提高水泥企业的能源利用率，能够带来极高的经济效益。

目前我国的水泥窑余热发电技术是直接对水泥窑在熟料煅烧过程中窑头窑尾排放的余热废气进行回收，通过余热锅炉产生蒸汽带动汽轮发电机组发电，一条日产5000吨水泥熟料生产线每天可利用余热发电21-24万度，可解决约60％的熟料生产自用电，产品综合能耗可下降约18％，每年节约标准煤约2.5万吨，减排二氧化碳约6万吨。可见，水泥窑余热的利用价值极高，若能进一步提升发电效率，则能够获得更高的经济价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有水泥窑余热发电技术的不足，提供了一种利用水泥窑余热的多级发电系统，主要应用于水泥窑废气的余热利用，提升余热利用效率，实现能量梯级利用，具有重要的工程意义及广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种利用水泥窑余热的多级发电系统，包括水泥窑废气、SCO₂加热器、SCO₂透平、SCO₂系统发电机、SCO₂压缩机、电动机、蒸汽加热器、水蒸气透平、蒸汽系统发电机、给水泵、ORC加热器、ORC透平、ORC系统发电机、ORC冷凝器和增压泵；其中，

利用水泥窑余热的多级发电系统包含SCO₂发电系统、水蒸汽发电系统及ORC发电系统；SCO₂发电系统作业时，水泥窑废气加热SCO₂加热器中的SCO₂工质，随后进入SCO₂透平中膨胀，带动SCO₂系统发电机转动发电，SCO₂工质随后进入蒸汽加热器中与蒸汽发电系统中的工质进行换热得到冷却，进入SCO₂压缩机提升压力，其中压缩机所需的电能由电动机提供，如此循环；蒸汽发电系统作业时，蒸汽工质在蒸汽加热器中吸收SCO₂工质的剩余热量，随后进入水蒸气透平中膨胀，带动蒸汽系统发电机转动发电，蒸汽工质随后进入ORC加热器中与ORC发电系统中的工质进行换热得到冷却，最后由给水泵重新泵入蒸汽加热器中进行循环；ORC发电系统作业时，ORC工质在ORC加热器中吸收水蒸气工质的剩余热量，随后进入ORC透平中膨胀，带动ORC系统发电机转动发电，随后进入ORC冷凝器中凝结回收，经由增压泵重新泵入ORC加热器中循环。