【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建材领域，具体涉及绿能水泥窑炉替代化石燃料水泥窑炉。
技术介绍
1、建材工业中二氧化碳排放量最大的是水泥工业，水泥工业是世界第三大能源消耗行业，占据工业能源消耗的7％，也是世界第二大二氧化碳排放行业，占全球二氧化碳排放的7％。我国水泥工业2020年碳排放约13.2亿吨，约占煅烧工业的80％，约占全国的13.5％。水泥工业的碳排放主要来源是生产电耗、燃料燃烧和原材料碳酸盐分解。按照相关现行国家标准计算，每吨水泥的二氧化碳排放约为675千克；其中，生产电耗间接排放约占11％，燃料燃烧直接排放约占31％，原材料碳酸盐分解直接排放约占58％[齐冬有，张标，罗宁.煅烧工业碳中和[j].中国煅烧，2021，(7)：92-97]。
2、氢气作为一种价值丰富的商品气体和化学原料，可以成为可再生能源转换的能量储存载体。将电解水技术与可再生能源发电相结合，可将多余的电能以化学能的方式储存在氢气中，平抑可再生能源波动，提高消纳水平，推进能源清洁化替代[赵雪莹，李根蒂，孙晓彤，等.“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展[j].全球能源互联网，2021，4(5)：436-446]。利用可再生能源制取的“绿氢”还可直接应用于煅烧工业替代化石燃料，为实现深度碳减排提供有效途径。
3、风电和光伏发电为可再生的清洁能源，但具有来源不稳定的特点。利用水电解制氢，将富裕的绿电用氢气存储。绿电为风电或光伏产生的电，绿电电解水产生的氢气为绿氢，绿电和绿氢统称为绿能。窑炉在生产过程中，在绿电丰富时采用绿电，在绿电较少时使用氢气，实
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，同已有技术方案相比，本方法能提高绿能利用效率，提高窑炉系统稳定性，节约生产成本；并能显著降低碳排放，具有显著的经济效益和社会效益。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，包括绿电、水电解池、储氢罐、储氧罐、窑炉；其特征在于，所述窑炉由预热器、喷腾炉、鹅颈管、回转窑和篦冷机组成，预热器由3-8个竖直互相串联的旋风筒组成，喷腾炉中部设有2-6个缩口，喷腾炉的炉壁安装有燃烧器和绿电发热体；所述绿电发热体由发热元件、保护管、母板和盖板组成，发热元件的材料为铁铬铝合金、镍铬合金中的一种，保护管的材料为莫来石、堇青石中的一种，母板和盖板的材料为碳化硅、氮化硅、硅酸锆、石英混合后烧结制备的复合陶瓷。
3、所述绿电为风电、光伏发电中的一种。
4、所述水电解池为碱性水电解池、质子交换膜电解池、固体氧化物电解池中的一种。
5、所述储氢罐的内胆为铝合金、聚酰胺塑料中的一种。
6、所述燃烧器采用的燃料为电解水产生的氢气，助燃气体为电解水产生的氧气。
7、相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：
8、绿电来源于风电、光伏发电中的一种，绿电通过稳压站、配电站为水电解池、储氢罐、储氧罐、窑炉、中央控制室提供各种高/低频交流电源、直流电源，确保各设备及仪表用电稳定。绿电电解水产生的氢，通过燃料电池发电，作为绿电的辅助电源，也可为系统提供用电需求。
9、水电解池为碱性水电解池、质子交换膜电解池、固体氧化物电解池中的一种，这些电解水装备为常见的电解池，具有运行稳定、性能可靠的特点，均能实现专利技术目的。
10、储氢罐配套有控制阀组。储氢罐的内胆为铝合金、聚酰胺塑料中的一种，具有成本低、质量轻的特点，均能实现专利技术目的。聚酰胺塑料用碳纤维增强。储氢罐内胆的外面用玻璃纤维增强的树脂复合材料，可降低储氢罐的成本，有利于绿氢的推广应用。控制阀组用于控制氢气的流量，可以输出多路氢气，满足不同燃烧器的需求，确保窑炉所用燃料稳定供应。
11、储氧罐配套有控制阀组，储氧罐的材质为不锈钢、铝合金中的一种，均能实现专利技术目的。控制阀组用于控制氧气的流量，可以输出多路氧气，满足不同燃烧器的需求；根据燃料燃烧需要提供氧气，确保窑炉系统燃烧稳定。
12、窑炉由预热器、喷腾炉、鹅颈管、回转窑和篦冷机组成，预热器由3-8个竖直互相串联的旋风筒组成，喷腾炉中部设有2-6个缩口，喷腾炉的炉壁安装有2-10个燃烧器和布满的绿电发热体。
13、预热器的旋风筒为史密斯型低阻旋风筒，采用270度蜗壳进风，较普通设计，本专利技术进风口为大口设计，进口面积增加3-5％，降低系统阻力5-10％。
14、喷腾炉位于窑尾与鹅颈管之间，工作温度为800-1000℃，根据绿电发热体的功率或氢气供应量调节，均能实现专利技术目的。喷腾炉为史密斯型，即两端有缩口的空心圆柱体，喷腾炉具有结构简单，系统阻力低的特点；在喷腾炉中部设有2-6个缩口，有利于气流和物料混合，还有利于控制单段柱体内的气氛；喷腾炉的高度与预热器旋风筒1的出风管的高度一致，增加喷腾炉的高度可增加喷腾炉的容积，增加物料在喷腾炉的停留时间，保障了物料反应，如水泥生料中石灰石的分解率可达100％，有利于提高单套设备的产量，降低单位产量能耗。
15、喷腾炉使用绿电工作时，喷腾炉中通入一定量预热尾气，保障喷腾炉的气体量与其使用氢气燃烧时产生的水蒸气的量一致，有利于物料在喷腾炉中停留的时间相同，确保生产稳定运行；其中尾气的预热，采用绿电热风炉。另外，当控制喷腾炉末段柱体为还原气氛时，即与鹅颈管入口连接的喷腾炉柱体段，本窑炉可用于金属氧化物粉末还原，用于生产金属粉。
16、绿电发热体由发热元件、保护管，母板和盖板组成。发热元件的材料为铁铬铝合金、镍铬合金中的一种，具有抗氧化、耐腐蚀，使用寿命长的特点，均能实现专利技术目的。发热元件为螺旋状，置于保护管内，发热元件的工作温度为800-1000℃。
17、保护管的材料为莫来石、堇青石中的一种，具有膨胀系数低、耐热震的特点，均能实现专利技术目的。发热元件位于保护管中，当发热元件表面氧化后，在保护管中通入高炉煤气，可对氧化物进行还原，实现发热元件再生，延长其使用寿命50-100％，降低成本。
18、母板、盖板、t型杆采用的材料均为碳化硅(15-33％)、氮化硅(4-12％)、硅酸锆(20-50％)、石英(10-15％)混合烧结制备的复合陶瓷，具有强度高、耐高温、抗腐蚀、防结皮的特点；不同配方复合陶瓷的三点弯曲强度均能大于800mpa；复合陶瓷抗热震性能好，加热到750℃后立即水冷均能循环20次不破坏。发热元件装入保护管后放置于母板和盖板间的空腔内，避免窑炉物料与保护管接触产生腐蚀，延长保护管和电热元件的寿命，即对电热元件进行两层保护。
19、绿电发热体的母板为前后开有槽的长方体，砌筑于喷腾炉内。t型杆的t型头为燕尾状，t型杆的尾部有圆孔，t型杆采用的材料与母板相同，避免工作中材料不同引起的破坏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，包括绿电、水电解池、储氢罐、储氧罐、窑炉；其特征在于，所述窑炉由预热器、喷腾炉、鹅颈管、回转窑和篦冷机组成，预热器由3-8个竖直互相串联的旋风筒组成，喷腾炉中部设有2-6个缩口，喷腾炉的炉壁安装有燃烧器和绿电发热体；所述绿电发热体由发热元件、保护管、母板和盖板组成，发热元件的材料为铁铬铝合金、镍铬合金中的一种，保护管的材料为莫来石、堇青石中的一种，母板和盖板的材料为碳化硅、氮化硅、硅酸锆、石英混合后烧结制备的复合陶瓷，母板有燕尾凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，其特征在于，所述绿电为风电、光伏发电中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，其特征在于，所述水电解池为碱性水电解池、质子交换膜电解池、固体氧化物电解池中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，其特征在于，所述储氢罐的内胆为铝合金、聚酰胺塑料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，其特征在于，所述燃烧器采用的燃料为电解水产生的氢气，
...【技术特征摘要】
1.一种绿能替代建材窑炉碳中和系统，包括绿电、水电解池、储氢罐、储氧罐、窑炉；其特征在于，所述窑炉由预热器、喷腾炉、鹅颈管、回转窑和篦冷机组成，预热器由3-8个竖直互相串联的旋风筒组成，喷腾炉中部设有2-6个缩口，喷腾炉的炉壁安装有燃烧器和绿电发热体；所述绿电发热体由发热元件、保护管、母板和盖板组成，发热元件的材料为铁铬铝合金、镍铬合金中的一种，保护管的材料为莫来石、堇青石中的一种，母板和盖板的材料为碳化硅、氮化硅、硅酸锆、石英混合后烧结制备的复合陶瓷，母板有燕尾凹槽。
2.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭宏斌，马小玲，马娇媚，陈红霞，杨飞华，董发勤，陈奇，陈仙辉，周红，张吉秀，马明，侯雄，刘昌荣，王方流，贺小春，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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