利用水泥工艺余热的集成系统技术方案

本发明专利技术涉及利用水泥工艺余热的集成系统，集成系统包括固体氧化物电解池、第一加热路径和第二加热路径。提供了利用水泥工艺产生的高温余热为分段固体氧化物电解池提供高温热源和高温水蒸汽以及为固体氧化物电解池提供水泥工艺产生的二氧化碳的技术方案，以解决水泥工艺的高温余热利用不充分、固体氧化物电解池的电解效率提升难以及水泥工艺的碳利用率低的技术问题，实现了充分利用水泥工艺的高温余热、提高电解池的电解效率并减少碳排放、提升碳利用效率的技术效果。碳利用效率的技术效果。碳利用效率的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
利用水泥工艺余热的集成系统


[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与水泥工艺深度结合的利用水泥工艺余热的集成系统。

技术介绍

[0002]水泥行业是高能耗、高排放的行业。在水泥行业中，提高能效和减碳是未来可持续发展的重要条件。
[0003]目前针对水泥行业节能减碳，余热利用技术主要是采用余热锅炉和蒸汽轮机对回转窑和熟料冷却器等工段的余热进行回收发电。而碳捕捉和碳利用则主要是开发碳利用的技术，包括将捕捉的二氧化碳提纯用于食品行业以及用于制砖工业。
[0004]然而，上述手段和技术均不能充分利用水泥生产工艺中的高温余热，也不能使碳利用更有效。
[0005]此外，固体氧化物电解池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的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。
[0006]因此，本专利技术提出将水泥工艺与SOEC技术深度结合，以充分利用水泥工艺的高温余热、提高SOEC的电解效率并使碳利用更有效。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供了利用水泥工艺余热的集成系统，以至少解决现有技术中水泥工艺产生的高温余热利用不充分、固体氧化物电解池电解效率不高以及碳利用不充分的问题。
[0008]根据专利技术实施例的一个方面，提供了一种利用水泥工艺余热的集成系统，集成系统包括固体氧化物电解池，固体氧化物电解池包括阳极和阴极，第一加热路径，第一加热路径包括：第一换热器，被配置为使流经第一换热器的第一余热气体和第一换热气体交换热量以得到已加热的第一换热气体，第一换热气体接收管道，设置在第一换热器的输入端，被配置为将第一换热气体输入第一换热器，第一余热气体接收管道，设置在第一换热器的输入端，被配置为将第一余热气体输入第一换热器，和第一输送管道，设置在第一换热器的输出端，被配置为输出已加热的第一换热气体，以及第二加热路径，第二加热路径包括：第二换热器，第二换热器被配置为使流经第二换热器的第二余热气体和第二换热气体交换热量以得到已加热的第二换热气体，已加热的第二换热气体的温度高于已加热的第一换热气体；第二换热气体接收管道，设置在第二换热器的输入端，被配置为将第二换热气体输入第二换热器，第二余热气体接收管道，设置在第二换热器的输入端，被配置为将第二余热气体输入第二换热器，和第二输送管道，设置在第二换热器的输出端，被配置为输出已加热的第二换热气体，其中，所述第一输送管道与第二输送管道选择性地连接到固体氧化物电解池的阳极。
[0009]以这样的方式，本专利技术的集成系统使得第一输送管道与第二输送管道选择性地连接到固体氧化物电解池的阳极，能够使得利用第一余热气体加热的第一换热气体向电解池供热，然后利用第二余热气体加热的具有更高温度的第二换热气体向电解池供热，实现了利用水泥工艺的高温余热分级或分段向电解池提供高温热源，使得水泥工艺的高温余热被充分利用。
[0010]根据本专利技术的示例性实施例，第一余热气体接收管道设置有第一开断阀，所述第一开断阀被配置为将第一余热气体接收管道与第一换热器的输入端接通或者断开，第二余热气体接收管道设置有第二开断阀，第二开断阀被配置为将第二余热气体接收管道与第二换热器的输入端接通或者断开。
[0011]以这样的方式，本专利技术的第一开断阀和第二开断阀控制了第一余热气体和第二余热气体向第一换热器和第二换热器的供应，使得可以根据需要控制余热气体的利用。
[0012]根据本专利技术的示例性实施例，在第一输送管道与第二输送管道之间设置有第一调节阀，第一调节阀被配置为选择性地将第一输送管道或第二输送管道连接到固体氧化物电解池的阳极。
[0013]以这样的方式，本专利技术的调节阀使得可以根据需要选择第一输送管道和第二输送管道，进一步便于分级或分段向电解池提供高温热源。
[0014]根据本专利技术的示例性实施例，当第一开断阀处于打开位置时，第一余热气体接收管道与第一换热器的输入端接通，并且当第一调节阀处于第一选择位置时，第一输送管道连接到固体氧化物电解池的阳极，第二输送管道与固体氧化物电解池的阳极断开。
[0015]以这样的方式，本专利技术的实施例实现了向电解池提供第一级高温热源的路径。
[0016]根据本专利技术的示例性实施例，当第二开断阀处于打开位置时，第二余热气体接收管道与第二换热器的输入端接通，并且当第一调节阀处于第二选择位置时，第二输送管道连接到固体氧化物电解池的阳极，第一输送管道与固体氧化物电解池的阳极断开。
[0017]以这样的方式，本专利技术的实施例实现了向电解池提供第二级高温热源的路径。
[0018]根据本专利技术的示例性实施例，集成系统还包括设置在固体氧化物电解池的阳极与第一换热器或第二换热器之间的回路管道，回路管道包括位于阳极侧的第三开断阀和位于换热器侧的第二调节阀。
[0019]以这样的方式，本专利技术的回路管道能够将电解池产生的氧气输送到第一换热器或第二换热器，使得能够控制阀动作和回路中氧气流量来保证电解池的均匀缓慢升温，提高电解池的使用寿命。
[0020]根据本专利技术的示例性实施例，当第三开断阀打开并且第二调节阀处于第一选择位置时，回路管道设置在固体氧化物电解池的阳极与第一换热器之间，并且固体氧化物电解池的阳极产生的氧气经由回路管道流向第一换热器的输入端。
[0021]以这样的方式，本专利技术的实施例实现了通过第二调节阀使回路管道与第一换热器连通的路径，能够进一步实现在使用第一换热器为电解池提供高温热源的情况下通过回路管道的设置，保证电解池的均匀缓慢升温。
[0022]根据本专利技术的示例性实施例，当第三开断阀打开并且第二调节阀处于第二选择位置时，回路管道设置在固体氧化物电解池的阳极与第二换热器之间，并且固体氧化物电解池的阳极产生的氧气经由回路管道流向第二换热器的输入端。
[0023]以这样的方式，本专利技术的实施例实现了通过第二调节阀使回路管道与第二换热器连通的路径，能够进一步实现在使用第二换热器为电解池提供高温热源的情况下通过回路管道的设置，保证电解池的均匀缓慢升温。
[0024]根据本专利技术的示例性实施例，还包括：第一锅炉；第一进气管道和第一进水管道，设置在第一锅炉的输入端，以分别向第一锅炉供应第三余热气体和供水，其中，第三余热气体对水进行加热以产生第一蒸汽流，第三余热气体的温度低于第一余热气体的温度；第一蒸汽流管道，设置在第一锅炉的输出端，以输送第一蒸汽流；第二锅炉；第二进气管道和第二进水管道，设置在第二锅炉的输入端，以分别向第二锅炉供应第一余热气体和供水，其中，第一余热气体对水进行加热以产生第二蒸汽流；第二蒸汽流管道，设置在第二锅炉的输出端，以输送第二蒸汽流；混合器，连接在第一蒸汽流管道和第二蒸汽流管道之间以混合第一蒸汽流和第二蒸汽流以产生混合蒸汽流；混合蒸汽流管道，设置在混合器的输出端，以向固体氧化物电解池的阴极输送混合蒸汽流。
[0025]以这样的方式，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用水泥工艺余热的集成系统(1)，其特征在于，所述集成系统(1)包括：固体氧化物电解池(10)，包括阳极(101)和阴极(102)，第一加热路径，所述第一加热路径包括：第一换热器(111)，被配置为使流经所述第一换热器(111)的第一换热气体和第一余热气体交换热量以得到已加热的第一换热气体，第一换热气体接收管道(112)，设置在所述第一换热器(111)的输入端，被配置为将所述第一换热气体输入所述第一换热器(111)，第一余热气体接收管道(113)，设置在所述第一换热器(111)的输入端，被配置为将所述第一余热气体输入所述第一换热器(111)，和第一输送管道(114)，设置在所述第一换热器(111)的输出端，被配置为输出所述已加热的第一换热气体，以及第二加热路径，所述第二加热路径包括：第二换热器(121)，所述第二换热器被配置为使流经所述第二换热器(121)的第二换热气体和第二余热气体交换热量以得到已加热的第二换热气体，所述第二余热气体的温度高于所述第一余热气体的温度并且所述已加热的第二换热气体的温度高于所述已加热的第一换热气体；第二换热气体接收管道(122)，设置在所述第二换热器(121)的输入端，被配置为将所述第二换热气体输入所述第二换热器(121)，第二余热气体接收管道(123)，设置在所述第二换热器(121)的输入端，被配置为将所述第二余热气体输入所述第二换热器(121)，和第二输送管道(124)，设置在所述第二换热器(121)的输出端，被配置为输出所述已加热的第二换热气体，其中，所述第一输送管道(114)与所述第二输送管道(124)选择性地连接到所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)。2.根据权利要求1所述的利用水泥工艺余热的集成系统(1)，其特征在于，所述第一余热气体接收管道(113)设置有第一开断阀(1131)，所述第一开断阀(1131)被配置为将所述第一余热气体接收管道(113)与所述第一换热器(111)的输入端接通或者断开，所述第二余热气体接收管道(123)设置有第二开断阀(1231)，所述第二开断阀(1231)被配置为将所述第二余热气体接收管道(123)与所述第二换热器(121)的输入端接通或者断开。3.根据权利要求2所述的利用水泥工艺余热的集成系统(1)，其特征在于，在所述第一输送管道(114)与所述第二输送管道(124)之间设置有第一调节阀(13)，所述第一调节阀被配置为选择性地将所述第一输送管道(114)或所述第二输送管道(124)连接到所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)。4.根据权利要求3所述的利用水泥工艺余热的集成系统，其特征在于，当所述第一开断阀(1131)处于打开位置时，所述第一余热气体接收管道(113)与所述第一换热器(111)的输入端接通，并且当所述第一调节阀(13)处于第一选择位置时，所述第一输送管道(114)连接到所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)，所述第二输送管道(124)与所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)断开。5.根据权利要求3所述的利用水泥工艺余热的集成系统(1)，其特征在于，当所述第二
开断阀(1231)处于打开位置时，所述第二余热气体接收管道(123)与所述第二换热器(121)的输入端接通，并且当所述第一调节阀(13)处于第二选择位置时，所述第二输送管道(124)连接到所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)，所述第一输送管道(114)与所述固体氧化物电解池(10)的阳极(101)断开。6.根据权利要求1所述的利用水泥工艺余热的集成系统(1)，其特征在于，所述集成系统还包括连接在所述固体氧化物电解池(10)的所述阳极(101)与所述第一换热器(111)和所述第二换热器(121)之间的回路管道(14)，所述回路管道(14)包括位于阳极侧的第三开断阀(141)和位于换热器侧的第二调节阀(142)。7.根据权利要求6所述的利用水泥工艺余热的集成系统(1)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段瑞春，李萍萍，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：