用于水泥工艺的集成系统技术方案

本发明专利技术涉及用于水泥工艺的集成系统，包括固体氧化物电解池、第一余热回收和汽化器、第二余热回收和汽化器；第一余热回收和汽化器接收水，并接收在水泥工艺中产生的具有第一温度的第一气体，产生第一蒸汽流，将第一蒸汽流送入第二余热回收和汽化器；第二余热回收和汽化器接收水，接收在水泥工艺中产生的具有比第一温度高的第二温度的第二气体，产生第二蒸汽流，混合以产生第三蒸汽流，并将第三蒸汽流送入电解池；电解池通过电解反应产生氢气和氧气；电解反应产生的氢气和氧气作为水泥工艺的绿色燃料和助燃剂，该系统利用水泥生产工艺中高温余热为固体氧化物电解池供热，提升电解池的能效并能进一步增强水泥生产工艺中节能降碳的效果。碳的效果。碳的效果。

【技术实现步骤摘要】
用于水泥工艺的集成系统


[0001]本专利技术涉及水泥工艺领域，具体涉及将固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis cell,SOEC)与水泥工艺深度结合的用于水泥工艺的集成系统。

技术介绍

[0002]水泥制备需要消耗大量能源并产生大量二氧化碳。在水泥制备中所使用的燃烧器大量使用以煤、天然气或其他化石能源为燃料，燃烧所产生的热量被提供给回转窑或煅烧器用以生产水泥熟料。目前通常通过设置多级换热、余热锅炉等回收和利用熟料生产过程中的高温余热。
[0003]SOEC是在一种在高温下将水蒸汽电解为氢气和氧气的装置，相比于如质子交换膜电解槽和碱性电解槽等其他电解水制氢装置，SOEC拥有更高的电解效率，并且能充分利用工业过程的高温余热、高温水蒸汽，优化系统整体能效。
[0004]目前，针对水泥行业的节能降碳政策，提出了多种技术措施，包括原料替代、余热回收和汽化、新能源替代等。但是，该多种技术措施的节能降碳效果不理想，存在改进的空间。
[0005]因此，本专利技术提出将水泥工艺与SOEC技术深度结合，以利用水泥工艺的高温余热和高温水蒸汽提高SOEC的电解效率，并使用SOEC电解产生的氢气和氧气进一步减少水泥工艺中使用的化石燃料，进一步增强节能降碳的效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了用于水泥工艺的集成系统，以至少解决现有技术中固体氧化物电解池的电解效率提升难，水泥工艺中节能降碳效果不理想的问题。
[0007]根据专利技术的一个方面，提供了一种用于水泥工艺的集成系统，集成系统包括余热回收和汽化单元、固体氧化物电解池，其中，余热回收和汽化单元包括第一余热回收和汽化器、设置在第一余热回收和汽化器的接收端的第一接收管道和第一进水管道、设置在第一余热回收和汽化器的输出端的第一输送管道、第二余热回收和汽化器、设置在第二余热回收和汽化器的接收端的第二接收管道和第二进水管道、设置在第二余热回收和汽化器的输出端的第二输送管道；第一余热回收和汽化器被配置为通过第一进水管道从地表接收水，并通过第一接收管道接收在水泥工艺中产生的具有第一温度的第一气体，其中，在第一余热回收和汽化器中水吸收第一气体的热量进行汽化以产生第一蒸汽流；第一余热回收和汽化器将第一蒸汽流通过第一输送管道送入第二余热回收和汽化器；第二余热回收和汽化器被配置为通过第二进水管道从地表接收水，并通过第二接收管道接收在水泥工艺中产生的具有比第一温度高的第二温度的第二气体，其中，在第二余热回收和汽化器中水吸收第二气体的热量进行汽化以产生第二蒸汽流；第二余热回收和汽化器所包括的混合器接收第一蒸汽流以与第二蒸汽流混合以产生第三蒸汽流，并将第三蒸汽流通过第二输送管道送入固体氧化物电解池；固体氧化物电解池接收第三蒸汽流并通过电力线从电源接收电力，并通
过电解反应产生氢气和氧气。
[0008]以这样的方式，本专利技术的用于水泥工艺的集成系统通过余热回收和汽化单元回收水泥生产工艺中的高温余热并产生高温蒸汽，将高温蒸汽作为电解原料送入固体氧化物电解池，提高了固体氧化物电解池的电解效率。
[0009]根据本专利技术的示例性实施例，还包括水泥生产单元，水泥生产单元执行水泥工艺，并且水泥生产单元所包括的燃烧器接收氢气、氧气和其组合中的至少一者。
[0010]以这样的方式，本专利技术的实施例的水泥生产单元中的燃烧器接收固体氧化物电解池产生的氧气或氢气，或同时接收氧气和氢气，氢气作为燃烧器的替代燃料，氧气作为燃烧器的助燃剂，通过部分替代化石燃料来帮助水泥工艺降低碳排放强度，实现了节能降碳的效果。
[0011]根据本专利技术的示例性实施例，第三蒸汽流通过第二输送管道被送到固体氧化物电解池的阴极。
[0012]以这样的方式，本专利技术的实施例的第三蒸汽流被送到固体氧化物电解池的阴极以在电力作用下高温电解为氢气和氧气。
[0013]根据本专利技术的示例性实施例，电源是蒸汽轮机，第二输送管道的子管道连接到蒸汽轮机的输入端，电力线连接到蒸汽轮机的输出端，第三蒸汽流通过第二输送管道的子管道被送到蒸汽轮机以产生电力。
[0014]以这样的方式，本专利技术的实施例的蒸汽轮机利用第三蒸汽流的热量产生电力，充分利用了水泥生成工艺中的高温余热。
[0015]根据本专利技术的示例性实施例，电源是可再生能源发电设备。
[0016]以这样的方式，本专利技术的实施例的电源除了使用蒸汽轮机之外，还可以是可再生能源发电设备，使得本专利技术的集成系统应用范围更广。
[0017]根据本专利技术的示例性实施例，还包括电加热器、设置在电加热器的输入端的空气输送管道、电力线以及设置在电加热器的输出端的第三输送管道，其中，电加热器通过空气输送管道从外界环境接收空气，电加热器通过电力线接收电力以加热空气，并将加热后的空气通过第三输送管道送入固体氧化物电解池的阳极。
[0018]以这样的方式，本专利技术的实施例的电加热器接收空气，使用从电源接收的电力加热空气，并将空气送入固体氧化物电解池的阳极。通过加热空气带动电解池的升温，即加热后的空气作为热源，在电解池启动升温阶段或电解池运行阶段需要补热时通入电解池，带动电解池升温，保证电解池始终在工作温度区间内进行电解反应，有助于提高电解池的电解效率同时延长电解池寿命。
[0019]根据本专利技术的示例性实施例，还包括设置在空气输送管道和电加热器之间并与电加热器串联连接的换热器、设置在换热器的输入端的第四接收管道、设置在换热器的输出端的第四输送管道，其中，换热器通过空气输送管道从外界环境接收空气，换热器通过第四接收管道接收具有第二温度的第二气体以加热空气，并将加热的空气通过第四输送管道送入电加热器以进行二次加热。
[0020]以这样的方式，本专利技术的实施例的换热器使用水泥生产工艺中产生的高温余热作为热源加热空气，经加热的空气又经过电加热器进而二次加热，使得空气的温度进一步提高，该二次加热的空气能更有效保证在工作温度区间内进行电解反应，进一步有助于提高
电解池的电解效率同时延长电解池寿命。
[0021]根据本专利技术的示例性实施例，可再生能源发电设备包括风力发电设备、光伏发电设备。
[0022]以这样的方式，本专利技术的实施例的电源的选择包括多种类型，并且包括环境友好型电源，有助于减少二氧化碳的排放。
[0023]根据本专利技术的示例性实施例，还包括电力变换及控制单元，电力变换及控制单元将可再生能源发电设备提供的电能转换为能由固体氧化物电解池使用的电力。
[0024]以这样的方式，本专利技术的实施例的电力变换及控制单元能根据固体氧化物电解池使用的电力对电能进行所需的转换，使得本专利技术的集成系统能应用于更多的场景。
[0025]根据本专利技术的示例性实施例，水泥生产单元还包括预热塔和冷却器，预热塔产生具有温度在300
‑
400℃之间的第一气体，冷却器产生具有温度在400
‑
500℃之间的第二气体。
[0026]以这样的方式，本专利技术的实施例的第一气体来源于预热塔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水泥工艺的集成系统(1)，其特征在于，所述集成系统(1)包括余热回收和汽化单元(11)、固体氧化物电解池(12)，其中，所述余热回收和汽化单元(11)包括第一余热回收和汽化器(111)、设置在所述第一余热回收和汽化器(111)的接收端的第一接收管道(1111)和第一进水管道(1112)、设置在所述第一余热回收和汽化器(111)的输出端的第一输送管道(1113)、第二余热回收和汽化器(112)、设置在所述第二余热回收和汽化器(112)的接收端的第二接收管道(1121)和第二进水管道(1122)、设置在所述第二余热回收和汽化器(112)的输出端的第二输送管道(1123)；所述第一余热回收和汽化器(111)被配置为通过所述第一进水管道(1112)从接收水(2002)，并通过所述第一接收管道(1111)接收在所述水泥工艺中产生的具有第一温度的第一气体(2001)，其中，在所述第一余热回收和汽化器(111)中所述水吸收所述第一气体(2001)的热量进行汽化以产生第一蒸汽流(2003)；所述第一余热回收和汽化器(111)将所述第一蒸汽流(2003)通过所述第一输送管道(1113)送入所述第二余热回收和汽化器(112)；所述第二余热回收和汽化器(112)被配置为通过所述第二进水管道(1122)从接收水(2002)，并通过所述第二接收管道(1121)接收在所述水泥工艺中产生的具有比所述第一温度高的第二温度的第二气体(2004)，其中，在所述第二余热回收和汽化器(112)中所述水吸收所述第二气体(2004)的热量进行汽化以产生第二蒸汽流；所述第二余热回收和汽化器(112)所包括的混合器接收所述第一蒸汽流(2003)以与所述第二蒸汽流混合以产生第三蒸汽流(2005)，并将所述第三蒸汽流(2005)通过所述第二输送管道(1123)送入所述固体氧化物电解池(12)；所述固体氧化物电解池(12)接收所述第三蒸汽流(2005)并通过电力线(1124)从电源接收电力(2006)，并通过电解反应产生氢气(1221)和氧气(1222)。2.根据权利要求1所述的用于水泥工艺的集成系统(1)，其特征在于，还包括水泥生产单元(13)，所述水泥生产单元(13)执行所述水泥工艺，并且所述水泥生产单元(13)所包括的燃烧器接收所述氢气(1221)、所述氧气(1222)和其组合中的至少一者。3.根据权利要求1所述的用于水泥工艺的集成系统(1)，其特征在于，所述第三蒸汽流(2005)通过所述第二输送管道(1123)被送到所述固体氧化物电解池(12)的阴极(121)。4.根据权利要求1所述的用于水泥工艺的集成系统(1)，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍萍，段瑞春，周业涛，
申请(专利权)人：西门子能源深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：