CN102776326A - 氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，属于转炉余热利用技术领域。其包括第一背压式汽轮机、三相无刷感应式异步发电机、低沸点冷却装置、工质加热器、工质蒸发器、水蒸发器、热水集箱、省煤器、第二背压式汽轮机和双介质锅炉，所述双介质锅炉中设有热水集箱，热水集箱一端连接省煤器，另一端连接水蒸发器。所述水蒸发器通过水蒸汽管道连接第一背压式汽轮机。所述低沸点冷却装置连接工质加热器，工质加热器一端连接工质蒸发器，工质蒸发器通过R245fa蒸汽管道连接第二背压式汽轮机。本发明结构简单、紧凑，合理；采用双介质余热发电，余热的利用率高；除尘器的使用寿命大大加长；对环境的污染小；投资成本少；降低了能量损失。

Description

氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统

技术领域

本发明涉及一种氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，属于转炉余热利用技术领域。 

背景技术

工业生产中会产生大量的余热。特别是在钢铁、有色、化工、水泥、建材、石油与石化、轻工、煤炭等行业，这些余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，余热资料的回收率可达60%。

目前我国的余热资源利用比例低。据统计，我国大中型企业工业生产中产生的余热总量为8.44GJ，约占能源消耗的37%，其最终产品和中间产品所携带的显热约占余热总量的39%，各种熔渣的显热约占9%，各种废(烟)气占37%，冷却水携带的物理热约占15%，余热资源十分丰富。但是我国大型钢铁企业余热利用率只有约为30%~50%，大中型钢铁企业余热资源的利用率大约30%~50%，其他中小型钢铁厂的余热资源的利用率更低。而国外先进企业余热利用率却可达90%，如日本新日铁高达92%。因此我国的余热资源的利用的提升空间很大。

AOD转炉也叫氩氧脱碳转炉，用于冶炼不锈钢，其产生的余热能够用来发电，一般余热发电设备包括锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵。工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩四个过程，使热能不断转化为机械能，进而带动发电机组发电。在我国，高温废气余热的利用情况较好，如干熄焦余热回收、烧结矿显热余热回收、高炉煤气余压透平发电等。中低温废气余热的回收利用率则较低，纯低温余热发电技术可以充分利用钢铁工业余热，目前也是国内重点发展的方向。纯低温余热发电技术采用水为工质，低于300℃的烟气的热量很难回收。

由于余热发电的废气中含有很多粉尘，因此需要对废气进行除尘，目前国内转炉除尘有干法除尘和湿法除尘两种。其中干法除尘技术不是很成熟，主要问题在于废气进入除尘器的温度高、对设备的要求高。湿法除尘技术相对比较成熟，但投资成本高，维护费用高，排放污染较高。

传统余热发电系统将热能转换为电能，然后再将电能转换为动能，在转化过程中会损失能量，降低了热能的利用率，增加了企业成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，利用氩氧脱碳转炉废气的余热全部转换为电能利用，同时除去转炉废气中的粉尘，实现余热资源的高效利用。

按照本发明提供的技术方案，氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统主要包括变流式屋顶烟罩、火花捕集式低压脉冲布袋除尘器、排气筒、电动小车、水冷密排管吸口罩、烟气导流板排烟罩、燃烧沉降室、第一背压式汽轮机、R245fa锅筒、三相无刷感应式异步发电机、变速箱、低沸点冷却装置、工质加热器、工质蒸发器、水锅筒、水蒸发器、热水集箱、省煤器、增压风机、排风机、第二背压式汽轮机和双介质锅炉。

变流式屋顶烟罩通过多个围挡形成一个棱锥体，锥体壁板倾角范围为45~60℃。

所述变流式屋顶烟罩通过低温钢管道连接火花捕集式低压脉冲布袋除尘器，在火花捕集式低压脉冲布袋除尘器的进风口设有混风阀。所述低温钢管道上设有电动阀门。

所述火花捕集式低压脉冲布袋除尘器的出风口通过排烟管道连接排气筒，排烟管道上设有排风机。

在变流式屋顶烟罩下方设置烟气导流板排烟罩，所述烟气导流板排烟罩采用金属框架，内衬隔音消声材料。

所述电动小车上吊挂水冷密排管吸口罩。所述水冷密排管吸口罩内设置密集排列的多个水冷管道。

所述水冷密排管吸口罩后端连接燃烧沉降室，燃烧沉降室采用高铝砖制作成拱形。

所述燃烧沉降室通过隔热保温烟道连接双介质锅炉，双介质锅炉中设有热水集箱。所述热水集箱一端连接省煤器，另一端连接水蒸发器。所述省煤器的一端连接水泵。所述水蒸发器通过水蒸汽管道连接第一背压式汽轮机，水蒸汽管道上设有水锅筒。所述水锅筒和热水集箱之间设有水循环泵。

所述低沸点冷却装置连接工质加热器，低沸点冷却装置和工质加热器之间设有工质泵。所述工质加热器一端连接工质蒸发器，工质蒸发器通过R245fa蒸汽管道连接第二背压式汽轮机。所述R245fa蒸汽管道上设有R245fa锅筒。所述工质蒸发器与第一背压式汽轮机连接。所述第二背压式汽轮机与低沸点冷却装置连接。

所述热水集箱与工质蒸发器连接，热水集箱与工质蒸发器之间设置调节阀门。

所述第一背压式汽轮机和第二背压式汽轮机通过同一个轴连接在变速箱上，变速箱连接三相无刷感应式异步发电机。

所述双介质锅炉通过低温钢管道与火花捕集式低压脉冲布袋除尘器连接，在双介质锅炉和火花捕集式低压脉冲布袋除尘器之间设有增压风机。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构简单、紧凑，合理；采用双介质余热发电，余热的利用率高；进入除尘器的烟气温度低，除尘器的使用寿命大大加长；排放的废气中粉尘大大减少，对环境的污染小；投资成本少，使用维护量小；余热直接转换为动能，降低了能量损失。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

附图标记说明：1-变流式屋顶烟罩、2-低温钢管道、3-混风阀、4-火花捕集式低压脉冲布袋除尘器、5-排气筒、6-电动小车、7-水冷密排管吸口罩、8-烟气导流板排烟罩、9-燃烧沉降室、10-隔热保温烟道、11-水蒸汽管道、12-第一背压式汽轮机、13- R245fa蒸汽管道、14- R245fa锅筒、15-三相无刷感应式异步发电机、16-变速箱、17-低沸点冷却装置、18-工质泵、19-工质加热器、20-工质蒸发器、21-调节阀门、22-水循环泵、23-水锅筒、24-水蒸发器、25-热水集箱、26-省煤器、27-水泵、28-增压风机、29-电动阀门、30-排风机、31- AOD炉、32-第二背压式汽轮机、33-双介质锅炉。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

本发明主要包括变流式屋顶烟罩1、火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4、排气筒5、电动小车6、水冷密排管吸口罩7、烟气导流板排烟罩8、燃烧沉降室9、第一背压式汽轮机12、R245fa锅筒14、三相无刷感应式异步发电机15、变速箱16、低沸点冷却装置17、工质加热器19、工质蒸发器20、水锅筒21、水蒸发器24、热水集箱25、省煤器26、增压风机28、排风机30、第二背压式汽轮机32和双介质锅炉33。

变流式屋顶烟罩1设置在AOD炉31顶部范围内的厂房屋架上，通过多个围挡形成一个棱锥体，锥体壁板倾角以45~60℃为佳。在变流式屋顶烟罩1内设有导流增速板，在四个角上装有活动式平行连杆机构调速板，导流增速板和活动式平行连杆机构调速板用于提高变流式屋顶烟罩1断面吸捕烟尘的速度。变流式屋顶烟罩1的主要作用是贮留AOD炉在加料和出钢等过程中瞬间所产生的大量含尘热气流烟尘。

所述变流式屋顶烟罩1通过低温钢管道2连接火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4，在火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4的进风口设有混风阀3。所述低温钢管道2上设有电动阀门29，低温钢管道2表面刷上防腐蚀漆，用于保护管道。所述混风阀3根据系统设计和除尘设备对温度的要求，直接向高温烟气混入冷风，以达到烟气降温的目的，保护整个除尘系统。所述火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4专用于AOD炉、电炉、转炉、矿热炉、回转窑等的高温烟气的净化。当高温烟气进入火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4后，经过栅架板先把带有残余火花扑灭并把粗颗粒进行一次沉降到下方的灰斗里去。所述栅架板与风道隔箱体板相焊接，在经过每个进气室中对称式导流板把中等颗粒再二次沉降下来并落入灰斗里。进入的气体形成二次曲线流向，使各室流速均匀并起缓冲作用。所述对称式导流板是成波浪曲线形导流隔板，其烟气通过阻力小，有效降低烟气的温度。净化后的空气进入火花捕集式低压脉冲布袋除尘器上部的净气室内，并通过离线阀在到出风道室，最后排出火花捕集式低压脉冲布袋除尘器。当滤袋上的粉尘达到一定厚度，除尘器阻力增加到设定值时，用PLC 控制其中一个室离线阀关闭再打开脉冲阀，气包中压缩空气经喷吹管，喷嘴向滤袋作瞬间的喷射、振动并反吹滤袋，使粉尘层破碎脱落，粉尘离开滤袋，落入灰斗。这样清灰效果好，不产生逆气流。整个装置的箱体板用压形板和加强筋做成，同时每个室分离隔开，支架用三角斜撑横向力造成的框架剪刀，使其整体强度增大，特别是抗倾翻强度上符合风压要求。

所述火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4的出风口通过排烟管道连接排气筒5，排烟管道上设有排风机30，通过排风机30将经过除尘的废气排入排气筒5，然后排入大气。

在变流式屋顶烟罩1下方设置烟气导流板排烟罩8，烟气导流板排烟罩8采用金属框架加内衬隔音消声材料制作，对 AOD炉加料、出钢和熔炼等产生烟气进行导向进入变流式屋顶烟罩1，对AOD炉在冶炼时产生的弧光、噪声和辐射等进行有效吸收和遮挡。

在AOD炉31的出口上方设置能够移动的电动小车6，电动小车6上吊挂水冷密排管吸口罩7。所述水冷密排管吸口罩7内设置密集排列的多个水冷管道，其排列形状为异性管形状。这种结构使得炉口CO燃烧更充分，混入冷风增多，传热能力大，水路明确，运行稳定。

所述水冷密排管吸口罩7后端连接燃烧沉降室9，燃烧沉降室9采用高铝砖制作成拱形，在燃烧沉降室9内通过全干法燃烧烧除有毒有害气体二噁英。采用全干法产生二氧化碳含量比全湿法产生二氧化碳含量要减少25%左右，对环境的污染小。采用全干法得到是干烟尘,对设备没有腐蚀作用，延长了设备的使用寿命。

所述燃烧沉降室9通过隔热保温烟道10连接双介质锅炉33，双介质锅炉33中设有热水集箱25。所述热水集箱25一端连接省煤器26，另一端连接水蒸发器24，省煤器26和水蒸发器24中设置水平型的管-壳式热交换器。所述省煤器26的一端连接水泵27，冷水通过水泵27打入省煤器26中。进入双介质锅炉33的热烟气对省煤器26中的水进行加热，热水进入热水集箱25，然后进入水蒸发器24产生蒸汽。所述水蒸发器24通过水蒸汽管道11连接第一背压式汽轮机12，水蒸汽管道11上设有水锅筒23。所述水锅筒23和热水集箱25之间设有水循环泵22，为热水集箱25中的水提供动力。从水蒸发器24中出来的水蒸汽进入水锅筒23，水锅筒23将汽水进行分离。分离过后的汽体通过水蒸汽管道11进入第一背压式汽轮机12推动其工作。

R245fa即1，1，1，3，3-五氟丙烷，是液体碳氢氟化物，无色透明，比重大于水，具有较低的沸点和较高的蒸气压力，其蒸气导热系数高于CFC-11，R245fa没有着火点和闪点，没有燃烧极限，在空气中不能形成燃烧和爆炸。它的ODP为零，即对大气臭氧层无破坏作用，是能够替代CFC、HCFC类如R11、R12、R141b的化合物。它的温室效应值GWP为950，仅为CFC-11的20%。R245fa属于非挥发性有机化合物，挥发气体在大气层中的存在年限远低于CFC-11。毒性研究表明，R245fa实际毒性与R141b相当，甚至更低。

R245fa工质从低沸点冷却装置17中通过工质泵18进入工质加热器19中，工质加热器19一端连接工质蒸发器20。从第一背压式汽轮机12中出来的蒸汽进入工质蒸发器20，与工质蒸发器20中的R245fa工质进行热交换。所述热水集箱25中的热水通过调节阀门21进入工质蒸发器20对R245fa工质进行热交换。工质蒸发器20中的R245fa工质经过热交换后成为气态，然后经过R245fa蒸汽管道13进入第二背压式汽轮机32。R245fa蒸汽管道13上设有R245fa锅筒14，从工质蒸发器20出来的R245fa液气混合物，到R245fa锅筒14里进行液气分离，气体到第二背压式汽轮机32去，液体分离下来。从工质加热器19中出来的冷水再次通过水泵进入省煤器26，完成整个循环。

所述第一背压式汽轮机12和第二背压式汽轮机32通过同一个轴连接在变速箱16上，变速箱16连接三相无刷感应式异步发电机15。从第二背压式汽轮机32出来的R245fa工质进入低沸点冷却装置17冷却，并通过工质泵18再次进入工质加热器19中进行热交换。所述第一背压式汽轮机12和第二背压式汽轮机32采用轴流透平，转速6500r/min。透平壳体材质一般为碳钢，叶片为合金钢，轴为高级合金钢制造。采用加压润滑轴承或石墨轴承，透平内效率约70%。

在双介质锅炉33中完成热交换的废气通过设在低温钢管道2上的增压风机28排到火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4中进行除尘。增压风机采用变频工作方式。

AOD转炉31在正常冶炼时，烟气主要通过炉口上方捕集；在吹氩气、加料、出钢的时候烟气是通过变流式屋顶烟罩捕集1。

将AOD转炉31排出的热烟气在增压风机28的负压作用下与水蒸发器24和工质蒸发器20进行热交换，热交换后的低温废气通过火花捕集式低压脉冲布袋除尘器4除尘后由排气筒5排入大气。水蒸发器24和工质蒸发器20通过换热对流将热能传给密闭循环的水和有机工质R245fa，水和有机工质被加热后达沸点并汽化，然后进入第一背压式汽轮机12和第二背压式汽轮机32，进行发电。做功后的乏气从透平出口流出，进入低沸点冷却装置17内将其冷却成液体，然后再此进入循环。其过程被称为朗肯循环。以水为工质回收温度在300 ℃以上的高温尾气余热，以R245fa为工质回收温度在85℃~300 ℃范围内的低温尾气余热，余热全部得到有效利用。

Claims (10)

1.一种氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，包括变流式屋顶烟罩（1）、火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4）、排气筒（5）、电动小车（6）、水冷密排管吸口罩（7）、烟气导流板排烟罩（8）、燃烧沉降室（9）和排风机(30)，变流式屋顶烟罩(1)通过低温钢管道(2)连接火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4），在火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4）的进风口设有混风阀（3）；在变流式屋顶烟罩(1)下端设置烟气导流板排烟罩（8）；所述火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4）的出风口通过排烟管道连接排气筒（5），排烟管道上设有排风机（30）；所述电动小车（6）上吊挂水冷密排管吸口罩（7）；所述水冷密排管吸口罩（7）后端连接燃烧沉降室（9），其特征是：还包括第一背压式汽轮机（12）、R245fa锅筒（14）、三相无刷感应式异步发电机（15）、变速箱（16）、低沸点冷却装置（17）、工质加热器（19）、工质蒸发器（20）、水锅筒(21)、水蒸发器(24)、热水集箱(25)、省煤器(26)、增压风机(28)、第二背压式汽轮机(32)和双介质锅炉(33)，所述燃烧沉降室（9）通过隔热保温烟道（10）连接双介质锅炉（33），双介质锅炉（33）中设有热水集箱(25)，热水集箱(25)一端连接省煤器(26)，另一端连接水蒸发器(24)；所述省煤器(26)的一端连接水泵（27）；所述水蒸发器(24)通过水蒸汽管道（11）连接第一背压式汽轮机（12），水蒸汽管道（11）上设有水锅筒（23）； 

所述低沸点冷却装置（17）连接工质加热器（19），工质加热器（19）一端连接工质蒸发器（20），工质蒸发器（20）通过R245fa蒸汽管道（13）连接第二背压式汽轮机（33）；所述R245fa蒸汽管道（13）上设有R245fa锅筒（14）；所述工质蒸发器（20）与第一背压式汽轮机（12）连接，第二背压式汽轮机（33）与低沸点冷却装置（17）连接；所述热水集箱(25)与工质蒸发器（20）连接，热水集箱(25)与工质蒸发器（20）之间设置调节阀门（21）；所述第一背压式汽轮机（12）和第二背压式汽轮机(32)通过同一个轴连接在变速箱（16）上，变速箱（16）连接三相无刷感应式异步发电机（15）。

2.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述变流式屋顶烟罩(1)通过多个围挡形成一个棱锥体，锥体壁板倾角范围为45~60℃。

3.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述低温钢管道(2)上设有电动阀门（29）。

4.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述烟气导流板排烟罩（8）采用金属框架，内衬隔音消声材料。

5.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述水冷密排管吸口罩（7）内设置密集排列的多个水冷管道。

6.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述燃烧沉降室（9）采用高铝砖制作成拱形。

7.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述水锅筒（23）和热水集箱(25)之间设有水循环泵（22）。

8.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述低沸点冷却装置（17）和工质加热器（19）之间设有工质泵（18）。

9.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述双介质锅炉（33）通过低温钢管道（2）与火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4）连接。

10.如权利要求1所述的氩氧脱碳转炉除尘及双介质余热发电系统，其特征是：所述双介质锅炉（33）和火花捕集式低压脉冲布袋除尘器（4）之间设有增压风机（28）。

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