CN102435077A - 一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，属于节能减排技术领域。本发明采用有机朗肯循环做为余热发电系统，其循环工质为低温有机工质。本发明克服了朗肯循环中的水介质蒸发温度高、汽化潜热大、排汽温度高，难以经济回收低温烟气热量的缺点，本发明的工艺及装备可以充分回收中低温废热气体的热量，并高效发电，其发电效率可以达到普通朗肯循环效率的2～3倍，本发明的工艺及装备结构简单，运行可靠，运行成本低廉，经济效益和社会效益显著。

Description

一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备
技术领域
本发明涉及冶金系统中低温废气余热回收发电的工艺及装备，属于节能减排技术领域。具体涉及一种采用有机朗肯循环的技术来回收冶金系统中低温废气的余热，进行高效发电的工艺和装备。
背景技术
目前，在冶金系统生产过程中，烧结工序环冷机的废热气体热量占烧结工序总能耗的32％，废热气体的温度约为200～420℃；步进式轧钢加热炉排出的烟气热量占其系统的总能耗的20～30％，烟气的温度约为220～320℃；高炉热风炉排出烟气余热占其总能耗的15％～20％，烟气温度约为180～250℃；焦炉排出的烟气的热量占焦炉加热能耗的14～18％，烟气温度约为180～240℃。以上这些废热气体，仅有烧结工序环冷机的废气得到部分利用，烧结环冷机高温一段和二段的气体，温度约为300～420℃，被用来生产蒸汽发电或外供用户。其它的废热气体由于温度较低(如采用目前通用的朗肯循环发电，则不经济)，现在均被外排，这样不仅浪费能源，而且对环境产生热污染。
发明内容
本发明的目的：就是为了充分和经济利用这部分废热气体的余热，提供一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备。本发明不仅能充分降低废热气体的排烟温度，最大回收其余热，而且还能充分利用这些热量高效率发电，从而获得显著的经济效益和社会效益。
技术方案：本发明的冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，包括热交换器、膨胀机、冷凝器、缓冲罐、循环工质加压泵，循环工质加压泵将缓冲罐中的低温液体循环工质加压后通过管道送入热交换器，低温液体循环工质在热交换器中与来自冶金系统的废热气体进行热交换，吸收废气中的余热，变成高温气体，通过管道送入膨胀机进行膨胀做功，带动发电机发电，做过功的循环工质变成低温低压的气体，进入冷凝器与冷却介质进行热交换，循环工质经冷却后变成低温的液体循环工质，然后送入缓冲罐进行循环使用，冷却介质可以为空气或冷却水。若冷却介质采用冷却水，则应配冷却塔；若冷却介质采用空气，则冷凝器应采用空冷器结构。对于缺水的地方，使用本工艺及装备时冷却介质应采用空气；对于长江流域或以南的地方，使用本艺及装备时冷却介质可选用水。
本发明所述的循环工质为八氟环丁烷、五氟丙烷、五氟丁烷、六氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、R123、R124、R141B、丁烷、异丁烷、环丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷的纯工质，所述的循环工质满足国家对环境的要求，臭氧消耗值为零或很小。
本发明所述的循环工质为全氟丁烷和丁烷混合工质、全氟戊烷与正戊烷混合工质或八氟环丁烷与环丁烷混合工质。
本发明所述的全氟丁烷和丁烷混合工质按全氟丁烷的重量占总量的5％～95％进行配置，所述的全氟戊烷与正戊烷混合工质按全氟戊烷的重量占总量的5％～95％进行配置，所述的八氟环丁烷与环丁烷混合工质按八氟环丁烷的重量占总量的5％～95％进行配置。
本发明适用于回收120～350℃的中低温废气余热。
本发明所述的膨胀机为透平膨胀机或螺杆膨胀机。
本发明有益效果是：
1)可以将废热气体的温度降到80℃以下，回收50％以上的排烟热量；
2)能将所回收热量25％以上转换为电能，与普通朗肯循环蒸汽发电相比可提高发电量50％～200％。
附图说明
图1是本发明实施例1的冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备：
1、烟囱 2、热交换器排废气管 3、热交换器 4、进热交换器废气管 5、高温管道 6、膨胀机 7、发电机 8、冷凝器 9、冷却塔 10、缓冲罐 11、循环工质加压泵 12、低温管道
图2是本发明实施例2的冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备：
1、烟囱 2、热交换器排废气管 3、热交换器 4、进热交换器废气管 5、高温管道 6、膨胀机 7、发电机 8、冷凝式空冷器 9、冷却风机 10、缓冲罐 11、循环工质加压泵 12、低温管道
具体实施方式
下面结合图1对本发明作更进一步的说明。
图1为实施例1的一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备系统图
图2为实施例2的一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备系统图
如附图所示，循环工质加压泵(11)将缓冲罐(10)中的低温液体循环工质加压后，通过低温管道(12)送入的热交换器(3)中，在热交换器(3)中与来自冶金系统的热废气进行热交换后，热废气被循环工质冷却，变成低温废气经热交换器排废气管(2)和烟囱(1)排放，低温液体循环工质被热废气加热后，变成高温气体循环工质，通过高温管道(5)送入膨胀机(6)，进行做功，带动发电机(7)发电，做完功的循环介质变成低压低温的气体，送入冷凝器(8)被冷却介质冷却后，变成低温液体送入缓冲罐循环使用。
实施例1：如图1(采用六氟丙烷R236EA为循环工质、冷却介质为水，水采用冷却塔冷却)
某钢铁厂烧结工序环冷机的三段废气温度为230～250℃，流量为45万米3/小时，采用有机朗肯循环回收热量废热气体的热量，缓冲罐中液态的循环工质经过循环工质泵加压，通过管道送入热交换器中，在热交换器与烧结热废气换热后，变成高温的气体，通过管道送入膨胀机，在膨胀机的进口循环工质压力为2Mpa，温度为200℃，循环工质流量为518吨/小时，高温气体循环工质在膨胀机中膨胀做功，带动发电机发电，当冷凝器的冷却水进水温度为25℃时，输出功率为7500KW，做过功后的排出膨胀机低温循环工质，经冷凝器冷却后变成低温液体，流入缓冲罐，继续循环使用；烧结热废气在热交换器里被循环工质冷却后变成温度为80℃低温废气排空；在冷凝器用于冷却工质的循环冷却水通过冷却塔冷却后，然后循环使用。本发明的有机朗肯循环的发电机输出功率为7500KW，如采用朗肯循环蒸汽发电系统，这部分热废气仅能输出3650KW电能。本发明的发电效率比朗肯循环蒸汽发电系统高106％。
实施例2：如图2(采用丁烷为循环工质、冷却介质采用空气，冷凝器采用空冷器，取消冷却塔，增加冷却风机)
某钢铁厂轧钢工序的步进式加热废气温度为320～340℃，流量为8万米3/小时，采用有机朗肯循环回收热量废热气体的热量，缓冲罐中液态的循环工质经过循环工质泵加压，通过管道送入热交换器中，在热交换器与烧结热废气换热后，变成高温的气体，通过管道送入膨胀机，在膨胀机的进口循环工质压力为2Mpa，温度为250℃，循环工质流量为48吨/小时，高温气体循环工质在膨胀机中膨胀做功，带动发电机发电，当空冷器的进气温度为25℃时，输出功率为2300KW，做过功后的排出膨胀机低温循环工质，经空凝器冷却后变成低温液体，流入缓冲罐，继续循环使用；烧结热废气在热交换器里被循环工质冷却后变成温度为100℃(为了避免烟气结露，保证排烟温度大于90℃)低温废气排空；空冷器的冷却介质为空气，采用轴流风机抽风冷却。如采用朗肯循环蒸汽发电系统，这部分热废气仅能输出1100KW电能。本发明的发电效率比朗肯循环蒸汽发电系统高130％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：包括热交换器(3)、膨胀机(6)、冷凝器(8)、缓冲罐(10)、循环工质加压泵(11)，所述的热交换器(3)用于循环工质与废热气体进行热交换，所述的循环工质加压泵出口与热交换器(3)的循环工质进口之间设低温管道(12)，热交换器(3)循环工质的出口与膨胀机(6)的进口之间设高温管道(5)，所述的膨胀机(6)的出口与冷凝器(8)循环工质的进口通过管道相连，冷凝器(8)循环工质的出口与缓冲罐(10)的进口通过管道相连，缓冲罐(10)的出口与循环工质加压泵(11)的进口通过管道相连。
2.根据权利要求1冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：所述的循环工质为八氟环丁烷、五氟丙烷、五氟丁烷、六氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、R123、R124、R141B、丁烷、异丁烷、环丁烷、正戊烷、异戊烷或新戊烷的纯工质。
3.根据权利要求1冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：所述的循环工质为全氟丁烷和丁烷混合工质、全氟戊烷与正戊烷混合工质或八氟环丁烷与环丁烷混合工质。
4.根据权利要求3冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：所述的全氟丁烷和丁烷混合工质按全氟丁烷的重量占总量的5％～95％进行配置，所述的全氟戊烷与正戊烷混合工质按全氟戊烷的重量占总量的5％～95％进行配置，所述的八氟环丁烷与环丁烷混合工质按八氟环丁烷的重量占总量的5％～95％进行配置。
5.根据权利要求1冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：适用于回收120～350℃的中低温废气余热。
6.根据权利要求1冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：所述的膨胀机(6)为透平膨胀机或螺杆膨胀机。
7.根据权利要求1冶金废热气体余热回收高效发电的工艺及装备，其特征在于：所述的热交换器(3)为蒸发器或余热锅炉。
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