本實(shí)用新型專利設(shè)計(jì)一種新型水泥窯集熱罩低溫余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)，涉及水泥窯余熱回收技術(shù)領(lǐng)域。具體是將利用水泥窯集熱罩產(chǎn)生70/100℃熱水，將熱水送入ORC系統(tǒng)(有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng))蒸發(fā)器，加熱有機(jī)工質(zhì)產(chǎn)生微過熱蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平發(fā)電。

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背景技術(shù)：
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水泥工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生產(chǎn)建設(shè)和人民生活不可缺少的基礎(chǔ)工業(yè)。但現(xiàn)今的水泥生產(chǎn)仍是一個高能耗的行業(yè)，其能源用量占我國建材工業(yè)能源用量的70％。理論上煅燒1kg水泥熟料需要消耗約1755.6～1797.4kJ的能量，但由于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料與高溫氣流間的換熱效率較低，實(shí)際需要消耗的能量可達(dá)3011kJ，能源利用率僅為59％。通過對水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的能源分析，給出了新型干法水泥生產(chǎn)線的主要熱損失：水泥窯廢氣占19.15％，冷卻機(jī)排出的熱空氣占5.61％，水泥窯筒體表面的對流及輻射熱占10.47％?？梢?，水泥生產(chǎn)工藝能量損失巨大，可利用的余熱資源豐富?，F(xiàn)有的研究表明在窯體工作時(shí)，回轉(zhuǎn)窯筒體表面溫度平均可達(dá)300℃左右，這表明筒體表面的余熱可以通過熱輻射的形式進(jìn)行收集利用。其主要利用方式是在在水泥窯筒體上方安裝弧形集熱罩，產(chǎn)生120℃左右的熱水，冬天供暖用，夏季加熱鍋爐給水。

有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)(ORC)專指以低沸點(diǎn)氟碳?xì)浠衔餅檠h(huán)工質(zhì)的熱力系統(tǒng)，ORC低溫發(fā)電技術(shù)就是基于這一工作過程的發(fā)電系統(tǒng)，也稱有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電。ORC低溫發(fā)電技術(shù)，這里低溫泛指的溫度小于150度但大于70℃的熱源，其低溫?zé)嵩词枪I(yè)過程廢熱、太陽能、海洋溫差、地?zé)岬惹鍧嵞茉础?/p>

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種水泥窯水泥窯集熱罩產(chǎn)生熱水的一種新的利用方法，是主要針對水泥窯集熱罩產(chǎn)生的未飽和熱水低溫的特點(diǎn)，只能應(yīng)用洗澡，供暖這種間斷的使用方式，使得集熱罩產(chǎn)生的低溫?zé)崴脕戆l(fā)電。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種新型水泥窯集熱罩低溫余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有水循環(huán)回路以及有機(jī)工質(zhì)回路兩條循環(huán)回路，所述水循環(huán)回路含水泥窯集熱罩，其構(gòu)成為：在水泥窯上安裝集熱罩，用來回收水泥窯筒體輻射熱，所述水泥窯集熱罩的進(jìn)口一端與給水泵的出除鹽水口相連，所述水泥窯集熱罩的出口一端與ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器的進(jìn)口一端相連，與有機(jī)工質(zhì)換熱降溫后再回到給水泵入口，形成水循環(huán)回路，所述水泥窯集熱罩由加熱器加熱管內(nèi)的水供熱。

所述集熱罩包括半弧形集熱罩，3/4扇形集熱罩，全封閉式集熱罩等。

有機(jī)工質(zhì)泵的出口端與ORC蒸發(fā)器進(jìn)口端相連，ORC蒸發(fā)器出口端送入有機(jī)透平做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，在透平中膨脹做功之后的乏汽送入冷凝器中降溫變?yōu)橐后w，通過有機(jī)工質(zhì)泵出口端再次送到ORC蒸發(fā)器的進(jìn)口端中，形成有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路。

水泥窯集熱罩產(chǎn)生低溫?zé)崴?，一般只能用于在我國南方只能用于職工洗澡，北方冬季可以用來供暖。但是，這兩種利用方式都不能使其完全利用，白白浪費(fèi)了集熱罩回收余熱的能力。將集熱罩產(chǎn)生的低溫?zé)崴腿隣RC系統(tǒng)中，作為熱源來發(fā)電，可以將集熱罩的回收余熱的能力發(fā)揮到極致，節(jié)約了水泥廠的用電成本。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢：

(1)本次專利提供了水泥窯集熱罩熱水一種新的利用方式；

(2)利用本次專利，對于5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線每年可產(chǎn)生144萬kWh電量，節(jié)約生產(chǎn)線86.4萬元；

(3)ORC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無人值守，不會增加任何人工成本；

(4)由于采用空氣冷卻器，沒有冷卻水的任何消耗損失；

(5)有機(jī)工質(zhì)可以做到零排放，對大氣無任何污染；

(6)由于集熱罩對窯筒體的散熱，可以減少窯筒體冷卻風(fēng)機(jī)的使用量。

[附圖說明]

圖1是本實(shí)用新型專利的工藝流程圖；

圖2是水循環(huán)回路示意圖

圖3是有機(jī)工質(zhì)回路示意圖

[具體實(shí)施方式]

現(xiàn)結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步闡述，相信對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是清楚的。

本專利提出的水泥窯集熱罩余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案如下：一種新型水泥窯集熱罩低溫余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)，主要包括以下兩個循環(huán)回路，如圖1-3所示，任何在窯筒體安裝各種型式集熱罩產(chǎn)生的熱水送到ORC系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電都屬于本專利范圍。

1、水循環(huán)回路：

在水泥窯上安裝集熱罩，用來回收水泥窯筒體輻射熱，加熱集熱罩管內(nèi)的水，給水泵將除鹽水送入集熱罩中，從通過集熱罩加熱后的熱水送到ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器中，與有機(jī)工質(zhì)換熱降溫的在回到給水泵入口，形成水循環(huán)回路。如圖2所示。

2、有機(jī)工質(zhì)回路

有機(jī)工質(zhì)通過有機(jī)工質(zhì)泵送入ORC蒸發(fā)器中被加熱到微過熱蒸汽，送入有機(jī)透平做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，在透平中膨脹做功之后的乏汽送入冷凝器中降溫變?yōu)橐后w，通過有機(jī)工質(zhì)泵送到ORC蒸發(fā)器中，形成有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路。如圖3所示。

3、應(yīng)用舉例

以目前國內(nèi)普遍的主流5000t/d水泥生生產(chǎn)線為參考，水泥窯筒體直徑4.8m，筒體長度72m，實(shí)際能鋪設(shè)集熱罩的筒體長度50m。水泥窯筒體內(nèi)部工況溫度為900～1700℃，在采用各種隔熱措施(主要是耐火磚和窯皮)后，窯筒體表面溫度沿軸向分布變化范圍在220～400℃，平均溫度為320℃，總熱量為4605632KJ/h。

熱力參數(shù)匯總

本實(shí)用新型專利的有益作用是：將水泥窯窯筒體的輻射散熱完全回收轉(zhuǎn)化為電能，3中應(yīng)用是窯筒體安裝半弧形集熱罩所能產(chǎn)生的發(fā)電量，如果將整個窯筒體全部用集熱罩覆蓋，發(fā)電量會增大一倍。隨著以后水泥線生產(chǎn)規(guī)模的增大，這種水泥窯集熱罩余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢會更加明顯。