[实用新型]基于CO2循环和有机朗肯循环的水泥窑余热发电系统

说明书

本实用新型公开了水泥窑炉余热利用领域的基于CO₂循环和有机朗肯循环的水泥窑余热发电系统，主要包括水泥窑烟气系统、S‑CO₂布雷顿循环系统、低温朗肯循环系统等。所述基于CO₂循环和有机朗肯循环的水泥窑余热发电系统基于“温度对口、能量梯级利用”原则将水泥窑生产过程所排放的烟气来驱动S‑CO₂布雷顿循环和有机朗肯循环，将水泥窑产生的高温烟气作为S‑CO₂布雷顿循环的热源，低温烟气作为有机朗肯循环的热源。本实用新型将S‑CO₂布雷顿循环和有机朗肯循环结合应用于水泥窑余热发电系统，高效的利用了水泥窑所排放烟气的能量。

技术领域

本实用新型属于电站节能减排、工业窑炉余热利用领域，特别涉及基于CO₂循环和有机朗肯循环的水泥窑余热发电系统。

背景技术

自2003~2015年全国近90%的新型干法窑配套建设了1700余座余热电站。由于当时全部国产的余热电站技术及装备尤其是设计思想方面的不足（仅能够正常投产发电），加之行业内配套建设余热电站速度过快，使目前绝大多数余热电站存在诸多问题。总的来说就是，余热电站设计效率不高，实际发电能力达不到应该达到的发电能力。

随着经济的发展和生活水平的提高，人们对能源的需求日益增加，能源供应缺口逐渐增大。在建材领域中，水泥行业是能源消耗大户。我国经济经过三十多年的迅猛发展，水泥产能的增加，水泥厂排放的高温余热废气越来越多。2018年，全球水泥产量约39.5亿吨，而中国的水泥产量为22.1亿吨占世界总产量的56%。

水泥生产过程包括原材料的制备、熟料煅烧和水泥的磨制，熟料的煅烧阶段是核心，也是水泥生产过程中能耗最大的一块。在生产过程中将经过研磨的生料加入旋风分离器由热空气不断加热，然后在高温的水泥回转亩内煅烧转化为熟料至冷却机中冷却。窑头冷却器和窑尾旋风预热器会产生大量的废热温度在300℃～400℃的烟气，其热量约占水泥熟料生产的35%以上，造成大量余热资源被浪费。

在工业低温余热利用方面，普通的蒸汽朗肯循环效率低，能源得不到充分综合的利用造成了较高的能耗。因此，更适合低温的超临界二氧化碳布雷顿循环和有机朗肯循环被大家逐渐重视起来。

发明内容

本实用新型的目的是提供基于CO₂循环和有机朗肯循环的水泥窑余热发电系统，其特征在于，系统主要包括水泥窑、窑头冷却器、窑尾旋风预热器、水泥窑静电除尘器、水泥窑烟囱、CO₂加热器、蒸发器、汽轮机、膨胀机、发电机、CO₂高温回热器、CO₂低温回热器、CO₂预冷器、CO₂主压气机、CO₂分压气机、冷凝器、工质泵，其特征在于，将窑头冷却器的中间做两个出烟气口，分别是靠近水泥窑的a口和远离水泥窑的b口；窑头冷却器的中间a口出来的高温烟气进入CO₂加热器作为S-CO₂布雷顿循环系统的热源，然后出口烟气与窑尾旋风预热器出口烟气、窑头冷却器的中间b口烟气汇合进入蒸发器作为有机朗肯循环的热源，再次降温后的烟气经过水泥窑静电除尘器、水泥窑烟囱排至大气中；S-CO₂布雷顿循环系统中，超临界CO₂在汽轮机中做功后流过CO₂高温回热器、CO₂低温回热器，降温后的CO₂分为两路，一路经过CO₂预冷器、CO₂主压气机、CO₂低温回热器后与另一路直接经过CO₂分压气机的CO₂汇合后在CO₂高温回热器回热后进入CO₂加热器继续升温到工作温度，最后进入汽轮机中做功；在有机朗肯循环中，膨胀机出口乏汽通过相连的冷凝器、工质泵、蒸发器后回到膨胀机做功。