IPC分类号 : F01K27/00I,F01K25/10I,F01K25/00I,F27D17/00I
专利摘要
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。
权利要求
1.一种利用水泥窑余热的多级发电系统，其特征在于，包括水泥窑废气(1)、SCO
SCO
说明书
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。
本发明进一步的改进在于，SCO2透平采用向心式透平。
本发明进一步的改进在于，水蒸气透平采用向心式透平。
本发明进一步的改进在于，ORC透平采用向心式透平。
本发明进一步的改进在于，SCO2压缩机采用离心式压缩机。
本发明进一步的改进在于，ORC发电系统采用的工质为R134a、R290、R601a以及戊烷低沸点工质。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明通过成功整合多种现有技术的优势，针对传统的水泥窑余热利用系统进行了改进创新，提出了一种利用水泥窑余热的多级发电系统。传统水泥窑余热利用采用蒸汽轮机机组，利用约350℃的水泥窑废气加热水蒸气，高温高压的水蒸气在透平中做功输出电能。然而，单独的水蒸气发电循环能量利用率较低，本发明关注于提升能量利用效率，首先采用超临界二氧化碳布雷顿循环系统吸收水泥窑废气余热，作为第一级发电系统，超临界二氧化碳发电系统中的余热加热水蒸气，在第二级水蒸气发电系统中得到利用，最后，水蒸气发电系统的余热供第三级的ORC发电系统使用。如此，能够多级利用水泥窑废气余热的能量，大幅提升发电效率。
超临界二氧化碳循环主要由热源、透平、冷却器和压缩机四大设备组成。超临界二氧化碳循环具有众多的优势：超临界二氧化碳工质粘性小，系统热效率高；工质密度大，透平机械结构紧凑；系统结构简单，零部件数量少；系统属于单相循环，没有相变过程，不需使用冷凝器，所使用的阀的数量，只有朗肯循环的十分之一；系统温度较低，可以使用常规的不锈钢材料，制造成本低。超临界二氧化碳的工质特性使得整个发电系统的结构紧凑、效率高、成本低。
与传统蒸汽发电系统不同，ORC是以低沸点有机物作为工质，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大主要设备组成。ORC在利用低品位能源方面具有众多的优势：首先，ORC工质能量密度较大，例如ORC电厂使用的空冷冷凝器要比水蒸气电厂使用的空冷冷凝器的体积小得多，价格也低得多，能够确保系统结构紧凑，成本低廉；其次，因其工质沸点低，ORC发电系统适用于低温热源，尤其适用于余热利用系统中，在低温情况下，有机朗肯循环的效率明显比水作为工质的朗肯循环效率高得多，其主要原因是ORC在显热回收方面有较高的效率，因此采用ORC技术可回收较多的热量。
综上所述，本发明建立了一种利用水泥窑余热的多级发电系统，采用超临界二氧化碳、水蒸气、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。
附图说明
图1为本发明一种利用水泥窑余热的多级发电系统的系统图。
附图标记说明：
1-水泥窑废气，2-SCO2(超临界二氧化碳)加热器，3-SCO2透平，4-SCO2系统发电机，5-SCO2压缩机，6-电动机，7-蒸汽加热器，8-水蒸气透平，9-蒸汽系统发电机，10-给水泵，11-ORC加热器，12-ORC透平，13-ORC系统发电机，14-ORC冷凝器，15-增压泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明提供的一种利用水泥窑余热的多级发电系统，包括水泥窑废气1、SCO2加热器2、SCO2透平3、SCO2系统发电机4、SCO2压缩机5、电动机6、蒸汽加热器7、水蒸气透平8、蒸汽系统发电机9、给水泵10、ORC加热器11、ORC透平12、ORC系统发电机13、ORC冷凝器14和增压泵15。
本发明利用水泥窑余热的多级发电系统包含SCO2发电系统，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1加热SCO2加热器2中的SCO2工质，随后进入SCO2透平3中膨胀，带动SCO2系统发电机4转动发电，SCO2工质随后进入蒸汽加热器7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5提升压力，其中压缩机所需的电能由电动机6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7中吸收SCO2工质的剩余热量，随后进入水蒸气透平8中膨胀，带动蒸汽系统发电机9转动发电，蒸汽工质随后进入ORC加热器11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10重新泵入蒸汽加热器7中进行循环；ORC发电系统作业时，ORC工质在ORC加热器11中吸收水蒸气工质的剩余热量，随后进入ORC透平12中膨胀，带动ORC系统发电机13转动发电，随后进入ORC冷凝器14中凝结回收，经由增压泵15重新泵入ORC加热器11中循环。
综上所述，本发明针对水泥窑废气的余热利用问题，采用超临界二氧化碳、水蒸气、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。
一种利用水泥窑余热的多级发电系统专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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