一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，屬于建材工業(yè)低溫余熱回收發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。主要包括有機工質(zhì)余熱鍋爐、有機工質(zhì)汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、冷卻塔、有機工質(zhì)泵。利用有機工質(zhì)沸點低，而且在低溫下具有比水蒸氣更高壓力的熱力特性，在不影響現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線或常規(guī)余熱發(fā)電裝置的正常運行基礎(chǔ)上，回收低品位余熱為高品質(zhì)電能，實現(xiàn)能源梯級利用。
【專利說明】一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實用新型涉及一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水泥生產(chǎn)工藝，簡單來說就是“兩磨一燒”，即把石灰石等原料組成的生料先進行初步粉磨，然后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行煅燒，燒成的熟料再添加復(fù)合材料進行粉磨，形成水泥。中國的水泥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界上最大的水泥生產(chǎn)和消耗國，水泥產(chǎn)量占全球近50%，中國建材行業(yè)能耗占工業(yè)總能耗的7%，水泥行業(yè)能耗占建材行業(yè)總能耗的75%，是一個高能耗和高電耗的產(chǎn)業(yè)。隨著新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝技術(shù)水平的不斷提高，我國水泥工業(yè)節(jié)能技術(shù)水平有了長足的進步，高溫余熱已在水泥生產(chǎn)過程中被回收利用，水泥燃料熱耗也由原來的4600-6700kJ/kg降低到2900-3200kJ/kg。但是在水泥生產(chǎn)過程中窯頭篦冷機尾部排出300°C左右的廢氣，其熱量約占水泥窯頭熟料總熱量的1/3以上，沒有得到有效的利用而造成能源嚴(yán)重的浪費。
[0003]現(xiàn)階段的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是利用水泥窯頭篦冷機產(chǎn)生的380-420°C的廢氣余熱，及窯尾分解爐產(chǎn)生的280-320°C的煙氣余熱(Cl筒出口)資源，而水泥生產(chǎn)線特別是窯頭仍有大量的150-200°C的廢氣余熱資源沒有能夠回收利用而排放浪費。而且常規(guī)水蒸氣動力循環(huán)很難有效地回收200°C以下的余熱資源。而目前新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝其生產(chǎn)電耗仍居高不下，大約為105-110kWh/t，水泥生產(chǎn)成本僅電費一項就達40-50元/t，約占總成本的1/3。因此，充分回收水泥生產(chǎn)工藝過程中的余熱，用來發(fā)電并且回用于水泥生產(chǎn)本身，具有很現(xiàn)實的節(jié)能 意義。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型提供一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，解決常規(guī)水蒸氣動力循環(huán)無法有效回收利用150-300°C的低溫余熱資源的難題，利用有機工質(zhì)沸點低，而且在低溫下具有比水蒸氣更高壓力的熱力特性，實現(xiàn)能源梯級利用。
[0005]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括有機工質(zhì)余熱鍋爐、有機工質(zhì)汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、冷卻塔和有機工質(zhì)泵。
[0006]所述有機工質(zhì)余熱鍋爐由預(yù)熱器、蒸發(fā)器和汽包組成，所述預(yù)熱器的出口與汽包入口相連，汽包出口與蒸發(fā)器入口相連；所述有機工質(zhì)余熱鍋爐的蒸發(fā)器出口與有機工質(zhì)汽輪機主汽門相連，有機工質(zhì)汽輪機乏汽出口與冷凝器有機工質(zhì)入口相連，冷凝器有機工質(zhì)出口與有機工質(zhì)儲罐相連接，有機工質(zhì)儲罐與有機工質(zhì)泵入口相連接，有機工質(zhì)泵出口與預(yù)熱器入口連接；冷凝器冷卻水出口與冷卻塔上部相連，冷卻塔下部水池與循環(huán)冷卻水泵入口相連，循環(huán)冷卻水泵出口與冷凝器冷卻水入口連接；其中所述有機工質(zhì)汽輪機通過聯(lián)軸器與發(fā)電機同軸連接；
[0007]其中對于未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，篦冷機余風(fēng)出口通過風(fēng)管與電動蝶閥Vi入口相連，電動蝶閥Vi出口與有機工質(zhì)余熱鍋爐廢氣入口相連，有機工質(zhì)余熱鍋爐廢氣出口與電動蝶閥Vo入口相連，電動蝶閥Vo出口通過余風(fēng)管與靜電除塵器入口連接，所述靜電除塵器出口與引風(fēng)機入口相連，引風(fēng)機出口與煙囪底部入口連接；
[0008]其中對于已安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，中溫余熱出口與電動蝶閥Vi’入口相連，電動蝶閥Vi’出口與AQC余熱鍋爐入口相連，AQC余熱鍋爐出口與電動蝶閥Vo’入口相連，電動蝶閥Vo’出口和余風(fēng)出口相連至電動蝶閥Vi入口，其他連接方式與上述未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)的相同。
[0009]本實用新型操作時:對于未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，在正常工況下，保持電動蝶閥V常閉，電動蝶閥V1、電動蝶閥Vo常啟，所述的低溫余風(fēng)從篦冷機余風(fēng)出口由風(fēng)管進入有機工質(zhì)余熱鍋爐上部入口，從上到下依此通過蒸發(fā)器、預(yù)熱器充分熱交換后，從有機工質(zhì)余熱鍋爐下部出口，由風(fēng)管進入水泥窯頭靜電除塵器凈化后，由引風(fēng)機送至煙?排出；液態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)過預(yù)熱器、蒸發(fā)器加熱后產(chǎn)生具有一定壓力的干飽和蒸汽，蒸汽推動有機工質(zhì)汽輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)換為高品位的電能；做功后的有機乏汽通過冷凝器冷卻為液態(tài)并回到有機工質(zhì)儲罐中，再由有機工質(zhì)泵送至預(yù)熱器這樣完成一個熱力循環(huán)；
[0010]其中所述冷凝器的冷卻水通過冷卻塔實現(xiàn)循環(huán)冷卻，在有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)處于檢修或者異常工況下，打開電動蝶閥V，關(guān)閉電動蝶閥Vi和電動蝶閥Vo，保證水泥生產(chǎn)線正常運行；
[0011]對于已安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，與上述不同之處在于低溫余風(fēng)的取風(fēng)方式，來自AQC余熱鍋爐出口的廢氣與篦冷機余風(fēng)出口的廢氣一并匯入風(fēng)管送至有機工質(zhì)余熱鍋爐入口。
[0012]其中所述有機工質(zhì)余熱鍋爐、有機工質(zhì)汽輪機和有機工質(zhì)泵均為不易燃易爆、具有低溫高蒸汽壓良好熱力性能的氫氟烴類和碳氫化合物。
[0013]本實用新型的優(yōu)點如下:
[0014]1、充分回收常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)不能回收利用的低溫余熱資源，實現(xiàn)能源梯級利用；
[0015]2、不影響現(xiàn)有的水泥窯生產(chǎn)線以及常規(guī)的余熱發(fā)電裝置正常運行；
[0016]3、做功介質(zhì)為有機工質(zhì)，在低溫度下比常規(guī)水蒸氣的發(fā)電效率高；
[0017]4、有機工質(zhì)全封閉循環(huán)運行，對環(huán)境友好，而且在冬季嚴(yán)寒氣溫下能夠防凍；
[0018]5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，模塊化設(shè)計，安裝高效、方便；能夠半自動或自動運行，操作運行簡單可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是未安裝余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)；
[0020]圖2是單獨安裝低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)；
[0021]圖3是單獨安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)；
[0022]圖4是同時安裝常規(guī)余熱回收裝置和低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)。[0023]其中-有機工質(zhì)余熱鍋爐，2-預(yù)熱器，3-蒸發(fā)器，4-汽包，5-有機工質(zhì)汽輪機，
6-發(fā)電機，7-冷凝器，8-有機工質(zhì)泵，9-有機工質(zhì)儲罐，10-冷卻塔，11-冷卻水循環(huán)泵，12-電動蝶閥Vo、13-電動蝶閥V1、14-電動蝶閥V，15-余風(fēng)出口，16-中溫余熱出口，17-篦冷機，18-靜電除塵器，19-引風(fēng)機，20-煙?，21-AQC余熱鍋爐，22-電動蝶閥Vo’、23-電動蝶閥Vi’。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述:
[0025]如圖1、2、3、4所示:本實施例的一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括有機工質(zhì)余熱鍋爐1、有機工質(zhì)汽輪機5、發(fā)電機6、冷凝器7、冷卻塔10和有機工質(zhì)泵8，其中所述有機工質(zhì)余熱鍋爐1、有機工質(zhì)汽輪機5和有機工質(zhì)泵8均為不易燃易爆、具有低溫高蒸汽壓良好熱力性能的氫氟烴類和碳氫化合物。
[0026]所述有機工質(zhì)余熱鍋爐I由預(yù)熱器2、蒸發(fā)器3和汽包4組成，所述預(yù)熱器2的出口與汽包4入口相連，汽包4出口與蒸發(fā)器3入口相連；所述有機工質(zhì)余熱鍋爐I的蒸發(fā)器3出口與有機工質(zhì)汽輪機5主汽門相連，有機工質(zhì)汽輪機5乏汽出口與冷凝器7有機工質(zhì)入口相連，冷凝器7有機工質(zhì)出口與有機工質(zhì)儲罐9相連接，有機工質(zhì)儲罐9與有機工質(zhì)泵8入口相連接，有機工質(zhì)泵8出口與預(yù)熱器2入口連接；冷凝器7冷卻水出口與冷卻塔10上部相連，冷卻塔10下部水池與循環(huán)冷卻水泵11入口相連，循環(huán)冷卻水泵11出口與冷凝器7冷卻水入口連接；其中所述有機工質(zhì)汽輪機5通過聯(lián)軸器與發(fā)電機6同軸連接；
[0027]其中對于未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，篦冷機余風(fēng)出口 15通過風(fēng)管與電動蝶閥Vi 13入口相連，電動蝶閥Vi 13出口與有機工質(zhì)余熱鍋爐I廢氣入口相連，有機工質(zhì)余熱鍋爐I廢氣出口與電動蝶閥Vol2入口相連，電動蝶閥Vol2出口通過余風(fēng)管與靜電除塵器18入口連接，所述靜電除塵器18出口與引風(fēng)機19入口相連，引風(fēng)機19出口與煙囪20底部入口連接；
[0028]其中對于已安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，中溫余熱出口16與電動蝶閥Vi’ 23入口相連，電動蝶閥Vi’ 13出口與AQC余熱鍋爐21入口相連，AQC余熱鍋爐21出口與電動蝶閥Vo’22入口相連，電動蝶閥Vo’22出口和余風(fēng)出口 15相連至電動蝶閥Vil3入口，其他連接方式與上述未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)的相同。
[0029]本實施例操作時對于未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，在正常工況下，保持電動蝶閥V14常閉，電動蝶閥Vil3、電動蝶閥Vol2常啟，所述的低溫余風(fēng)從篦冷機余風(fēng)出口 15由風(fēng)管進入有機工質(zhì)余熱鍋爐I上部入口，從上到下依此通過蒸發(fā)器
3、預(yù)熱器2充分熱交換后，從有機工質(zhì)余熱鍋爐I下部出口，由風(fēng)管進入水泥窯頭靜電除塵器18凈化后，由引風(fēng)機送至煙? 20排出；液態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)過預(yù)熱器2、蒸發(fā)器3加熱后產(chǎn)生具有一定壓力的干飽和蒸汽，蒸汽推動有機工質(zhì)汽輪機5帶動發(fā)電機6轉(zhuǎn)換為高品位的電能；做功后的有機乏汽通過冷凝器2冷卻為液態(tài)并回到有機工質(zhì)儲罐9中，再由有機工質(zhì)泵8送至預(yù)熱器2這樣完成一個熱力循環(huán)；
[0030]其中所述冷凝器2的冷卻水通過冷卻塔10實現(xiàn)循環(huán)冷卻。在有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)處于檢修或者異常工況下，打開電動蝶閥V14，關(guān)閉電動蝶閥Vil3和電動蝶閥Vol2，保證水泥生產(chǎn)線正常運行；
[0031]對于已安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，與上述不同之處在于低溫余風(fēng)的取風(fēng)方式，來自AQC余熱鍋爐21出口的廢氣與篦冷機余風(fēng)出口 15的廢氣一并匯入風(fēng)管送至有機工質(zhì)余熱鍋爐I入口。
[0032]本實施例的基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，利用有機工質(zhì)沸點低，而且在低溫下具有比水蒸氣更高壓力的熱力特性，回收利用水泥窯頭篦冷機尾部150-300°C的低溫廢氣余熱，通過有機工質(zhì)汽輪發(fā)電機組，將低品位的廢氣余熱轉(zhuǎn)換為高品位的電能。
[0033]為了便于對本實用新型的進一步理解，下面以一條5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)為例，進一步對本實用新型進行描述，但不限于實施例。
[0034]1、未安裝常規(guī)余熱回收裝置的有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
[0035]入口余風(fēng)流量:28X104 Nm3/h，溫度:280°C
[0036]出口風(fēng)溫:60°C
[0037]有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的凈發(fā)電量為2700kW。
[0038]2、已安裝常規(guī)余熱回收裝置的有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
[0039]余風(fēng)流量:10X104Nm3/h,余風(fēng)溫度:150°C
[0040]AQC余熱鍋爐出口廢氣流量:18X 104 Nm3/h，廢氣溫度:150°C
[0041]出口風(fēng)溫:60°C
[0042]有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的凈發(fā)電量為600kW。
[0043]注:以上案例采用的有機工質(zhì)均為R245fa，兩種的工況冷卻方式均為水冷，循環(huán)冷卻水進出口溫度分別為25°C /35°C。
[0044]以上所述僅為本實用新型所述基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及方法的一個優(yōu)選例實施方式，并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)、有機工質(zhì)汽輪機(5 )、發(fā)電機(6 )、冷凝器(7 )、冷卻塔(10 )和有機工質(zhì)泵(8 )，其特征在于:所述有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)由預(yù)熱器(2 )、蒸發(fā)器(3 )和汽包(4)組成，所述預(yù)熱器(2 )的出口與汽包(4)入口相連，汽包(4)出口與蒸發(fā)器(3)入口相連；所述有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)的蒸發(fā)器(3 )出口與有機工質(zhì)汽輪機(5 )主汽門相連，有機工質(zhì)汽輪機(5 )乏汽出口與冷凝器(7 )有機工質(zhì)入口相連，冷凝器(7 )有機工質(zhì)出口與有機工質(zhì)儲罐(9 )相連接，有機工質(zhì)儲罐(9)與有機工質(zhì)泵(8)入口相連接，有機工質(zhì)泵(8)出口與預(yù)熱器(2)入口連接；冷凝器(7 )冷卻水出口與冷卻塔(10 )上部相連，冷卻塔(10 )下部水池與循環(huán)冷卻水泵(11)入口相連，循環(huán)冷卻水泵(11)出口與冷凝器(7)冷卻水入口連接；其中所述有機工質(zhì)汽輪機(5)通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(6)同軸連接； 其中對于未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，篦冷機余風(fēng)出口(15)通過風(fēng)管與電動蝶閥Vi (13)入口相連，電動蝶閥Vi (13)出口與有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)廢氣入口相連，有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)廢氣出口與電動蝶閥Vo (12)入口相連，電動蝶閥Vo (12)出口通過余風(fēng)管與靜電除塵器(18)入口連接，所述靜電除塵器(18)出口與引風(fēng)機(19)入口相連，引風(fēng)機(19)出口與煙囪(20)底部入口連接； 其中對于已安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)而言，中溫余熱出口( 16)與電動蝶閥Vi’(23)入口相連，電動蝶閥Vi’(13)出口與AQC余熱鍋爐(21)入口相連，AQC余熱鍋爐(21)出口與電動蝶閥Vo’(22)入口相連，電動蝶閥Vo’(22)出口和余風(fēng)出口( 15)相連至電動蝶閥Vi (13)入口，其他連接方式與上述未安裝常規(guī)余熱回收裝置的水泥窯篦冷機冷卻系統(tǒng)的相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機朗肯循環(huán)的水泥窯頭低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:有機工質(zhì)余熱鍋爐(I)、有機工質(zhì)汽輪機(5)和有機工質(zhì)泵(8)均為不易燃易爆、具有低溫高蒸汽壓良好熱力性能的氫氟烴類和碳氫化合物。
【文檔編號】F01K25/10GK203758293SQ201420150675
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】何張陳, 魯加明, 李常, 余于仿, 翟歡樂 申請人:中國能建集團裝備有限公司南京技術(shù)中心