CN102787874A - 高炉渣余热发电装置及发电方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉渣余热发电装置及发电方法，属于炼铁高炉渣的余热利用技术领域。该包括水泵、热水池、换热器、热水贮槽、给水泵、高压氮气源、高炉渣、热力除氧器、高温水贮罐、闪蒸罐、汽轮机、发电机、凝汽器、凝液泵。在不影响高炉渣自由流动、不影响原来的水冲渣工艺条件的情况下，回收高炉渣过热度的部分余热，用来产生蒸汽并发电，经济适用、技术可靠。

Description

高炉渣余热发电装置及发电方法

技术领域

本发明属于炼铁高炉渣的余热利用技术领域，特别是提供了一种高炉渣余热发电装置及发电方法，适用于高温铁水的余热回收。

背景技术

钢铁工业是耗能大户。回收生产中的余热是降低能耗的主要措施。高炉生产中每一吨铁大约产生0.3～0.4吨渣。高炉渣具有很高的温度约～1500℃，高炉渣的热焓约为1700MJ/T渣，具有很高的回收价值，按我国每年生铁产量4亿吨计算，每年约产生1.4亿吨高炉渣，每年高炉渣带走的热量相当于1130万吨标煤。虽然各国都在研发高炉渣的余热回收装置，但由于高炉排渣不连续，余热回收难度大，工艺装置复杂，至今尚未研发成功高炉渣的余热回收装置。

我国目前多采用水冲渣等方法，回收高炉渣的余热，产生80℃左右的热水，用于冬季采暖，热能利用率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉渣余热发电装置，克服了上述热能利用率低的缺点，并且经济适用、技术可靠。

高炉渣能自由流动的温度为熔化性温度，其温度约为1360℃，在生产中高炉渣的温度约～1500℃，具有一定的过热度。本发明是在不影响高炉渣自由流动、不影响原来的水冲渣工艺条件的情况下，回收高炉渣过热度的部分余热，用来产生蒸汽并发电。

本发明的高炉渣余热发电装置包括第一水泵1、热水池2、第一换热器3、热水贮槽4、第二水泵5、给水泵6、高压氮气源7、第二换热器8、高炉渣9、热力除氧器10、高温水贮罐11、第一闪蒸罐12、第二闪蒸罐13、汽轮机14、发电机15、凝汽器16、凝液泵17、冷却塔18等。第一换热器3浸没在热水池2中，第一水泵1将除盐水送入第一换热器3中进行换热，常温的除盐水温度升高，流入热水贮槽4中，第二水泵5的入口与位于热水贮槽4下部的出口管用法兰连接，第二水泵5的出口管与热力除氧器10的入口管用法兰相连，第二水泵5将热水贮槽4中的热水送入热力除氧器10中进行除氧，它们之间依靠法兰连接。给水泵6与热力除氧器10的出口管用法兰连接，给水泵6将除氧水送入第二换热器8中，在此除氧水吸收高炉渣9的辐射热后成为高温水，第二换热器8放在高炉出铁场的渣沟19上，由第二换热器8排出的高温水进入高温水贮罐11中，高温水贮罐11置于渣沟19的上方。高压氮气源7中的高压氮气用管道与高温水贮罐11的气空间相连接。从高温水贮罐11的出水管排出的高温水进入位于下方的第一闪蒸罐12中，在此高温水进行第一次闪蒸，其产生的第一次闪蒸汽经管道进入汽轮机14的主蒸汽入口，第一闪蒸汽罐12中的饱和水则由位于其下方的排水口流出，经管道流入第二闪蒸罐13的进口管中，并在第二次闪蒸罐13中进行第二次闪蒸，第二次闪蒸产生的闪蒸汽作为补汽进入汽轮机14，由第二次闪蒸罐13下方排出的饱和水则作为热源进入除氧器的入口。第二次闪蒸罐13位于第一次闪蒸罐12的下方，凝汽器16位于汽轮机14的下方，用于冷凝从汽轮机排出的乏汽，由凝汽器16产生的冷凝水则由位于凝汽器16下方的凝液泵17送至第一换热器3的入口与除盐水17送至第一换热器3的入口与除盐水混合后进入换热器3中进行换热。冷却塔18的冷却水用于冷凝从汽轮机14排出的乏汽。发电机15将汽轮机14输出的机械能转化为电能。图1中涉及的设备与管道之间以及图6中第二换热器，各个单元之间均采用法兰连接。

本发明所述的第二换热器8是由5～10个换热器组合而成。

本发明所述的第二换热器8有两种结构形式，见图2～图5：图4为平板型，具有加工方便的特点；图2为圆弧形，在单位长度上可以布置较多的换热面积。

本发明的工艺流程如下：

第一水泵1将常温除盐水经过第一换热器3与热水池2中约80℃的冲渣水进行热交换，除盐水被加热到大约70℃后进入热水贮槽4中，再由第二水泵5送入除氧器10进行除氧，经过除氧的除盐水由给水泵6加压送入第二换热器8中，除盐水在第二换热器8中吸收高炉渣9的辐射热后成为高温水进入高温水贮罐11中，高压氮气源7向高温水贮罐11提供高压氮气。除盐水在第二换热器8和高温水贮罐11中均保持5℃～10℃的欠热度，始终为液态。

高温除盐水从高温水贮罐11的下端进入第一闪蒸罐12中进行扩容闪蒸，产生压力约1.0MPa的饱和蒸汽由第一闪蒸罐12的上端经管道送至汽轮机14的主蒸汽入口，第一闪蒸罐12中闪蒸后产生的压力约1.0MPa的饱和水则由第一闪蒸罐12的下端进入第一闪蒸罐13进行第二次扩容闪蒸，产生低压约0.3MPa的饱和蒸汽由第二闪蒸罐13的上端经管道送至汽轮机14的补气入口，在高低压蒸汽的共同驱动下，汽轮机14带动发电机15发电。第一闪蒸罐13中闪蒸后产生的压力约0.3MPa的饱和水由第二闪蒸罐13的下端进入除氧器10中。汽轮机14出口的气液两相流入凝汽器16中被冷凝为水，并由凝液泵17送至第一换热器3进行换热，冷却塔18为凝汽器16提供冷却水进行冷凝。

本发明的优点、积极效果如下：

1、利用第二换热器8回收高炉渣9的辐射热，使第二换热器8出口处的高炉渣的温度高于高炉渣9的熔化性温度，从而不影响高炉渣的流动，不影响原来的水冲渣工艺。

2、利用第一换热器3将常温除盐水加热，以回收热水池中冲渣水的余热。

3、利用给水泵6给除盐水加压，使除盐水在第二换热器8中保持一定的欠热度，并以液态进入高温水贮罐11中。

4、由于高炉排出的高炉渣9是不连续的，导致高炉渣9的余热回收也是不连续的。为了向汽轮机14提供连续的高低压蒸汽，高温水贮罐11为实现这一目的提供了保证。

5、由于高炉渣9余热回收是不连续的，在高温水贮罐11中的高温水的液位也是不稳定的，为了保障高温水贮罐11的高温水保持一定的欠热度，高压氮气源7向高温水贮罐11提供高压氮气，使高温水贮罐11中保持稳定的压力。

6、第二换热器8的两种结构形式，见图2～图5。

7、在实际生产中高炉渣9的温度是不稳定的，第二换热器8是由多个换热器组合而成。在余热回收过程中，应视高炉渣9的温度高低，通过调节第二换热器8的组合方式进行余热回收。见图6。

8、对高炉渣9的余热进行梯级利用，提高了能源利用率。

当高炉渣9的温度符合设计温度1450℃～1550℃时，阀门组N1-Nn、P1开启，M1-Mn、 P2关闭，这时除盐水在给水泵6作用下，经过第二换热器8各个单元进行换热后进入高温水贮罐11中。

当高炉渣9的温度低于设计温度时，阀门组则视高炉渣9的温度进行调节。例如：当第二换热器8中的H3-Hn工作时，阀门组M1、M3 、N3、Nn 、P1开启，其余关闭，这时除盐水在经过第二换热器8中的H3-Hn单元换热后进入高温水贮罐11中。余类推。

附图说明

图1为本发明的高炉渣余热发电装置的工艺流程图。其中，第一水泵1、热水池2、第一换热器3、热水贮槽4、第二水泵5、给水泵6、高压氮气源7、第二换热器8、高炉渣9、热力除氧器10、高温水贮罐11、第一闪蒸罐12、第二闪蒸罐13、汽轮机14、发电机15、凝汽器16、凝液泵17、冷却塔18。

图2为第二换热器8的一种结构的主视图。其中，第二换热器8、高炉渣9、渣沟19。

图3为第二换热器8的一种结构的俯视图。其中，高炉渣9。

图4为第二换热器8的另一种结构的主视图。其中，第二换热器8、高炉渣9、渣沟19。

图5为第二换热器8的另一种结构的俯视图。其中，高炉渣9。

图6为第二换热器的组合方式示意图。其中，热水贮槽4、给水泵6、高炉渣9、高温水贮罐11。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，高炉渣余热发电装置包括第一水泵1、热水池2、第一换热器3、热水贮槽4、第二水泵5、给水泵6、高压氮气源7、第二换热器8、高炉渣9、热力除氧器10、高温水贮罐11、第一闪蒸罐12、第二闪蒸罐13、汽轮机14、发电机15、凝汽器16、凝液泵17、冷却塔18等构成。具体工艺步骤及参数为：

第一水泵1将常温除盐水经过第一换热器3与热水池2中约80℃的冲渣水进行热交换，除盐水被加热到大约70℃后进入热水贮槽4中，再由第二水泵5送入除氧器10进行除氧，经过除氧的除盐水由给水泵6加压送入第二换热器8中，除盐水在第二换热器8中吸收高炉渣9的辐射热后成为高温水进入高温水贮罐11中，高压氮气源7向高温水贮罐11提供高压氮气。除盐水在第二换热器8和高温水贮罐11中均保持5℃～10℃的欠热度，始终为液态。

高温除盐水从高温水贮罐11的下端进入第一闪蒸罐12中进行扩容闪蒸，产生压力约1.0MPa的饱和蒸汽由第一闪蒸罐12的上端经管道送至汽轮机14的主蒸汽入口，第一闪蒸罐12中闪蒸后产生的压力约1.0MPa的饱和水则由第一闪蒸罐12的下端进入第一闪蒸罐13进行第二次扩容闪蒸，产生低压约0.3MPa的饱和蒸汽由第二闪蒸罐13的上端经管道送至汽轮机14的补气入口，在高低压蒸汽的共同驱动下，汽轮机14带动发电机15发电。第一闪蒸罐13中闪蒸后产生的压力约0.3MPa的饱和水由第二闪蒸罐13的下端进入除氧器10中。汽轮机14出口的气液两相流入凝汽器16中被冷凝为水，并由凝液泵17送至第一换热器3进行换热，冷却塔18为凝汽器16提供冷却水进行冷凝。

Claims (6)

1.一种高炉渣余热发电装置，包括水泵、热水池、换热器、热水贮槽、给水泵、高压氮气源、高炉渣、热力除氧器、高温水贮罐、闪蒸罐、汽轮机、发电机、凝汽器、凝液泵、冷却塔；其特征在于，第一换热器（3）浸没在热水池（2）中，第一水泵（1）将除盐水送入第一换热器（3）中进行换热，常温的除盐水温度升高，流入热水贮槽（4）中，第二水泵（5）的入口与位于热水贮槽（4）下部的出口管用法兰连接，第二水泵（5）的出口管与热力除氧器(10)的入口管用法兰相连，第二水泵(5)将热水贮槽(4)中的热水送入热力除氧器(10)中进行除氧，它们之间依靠法兰连接；给水泵(6)与热力除氧器(10)的出口管用法兰连接，给水泵(6)将除氧水送入第二换热器(8)中，在此除氧水吸收高炉渣(9)的辐射热后成为高温水，第二换热器(8)放在高炉出铁场的渣沟（19）上，由第二换热器（8）排出的高温水进入高温水贮罐（11）中，高温水贮罐（11）置于渣沟（19）的上方；高压氮气源(7)中的高压氮气用管道与高温水贮罐(11)的气空间相连接；从高温水贮罐（11）的出水管排出的高温水进入位于下方的第一闪蒸罐（12）中，在此高温水进行第一次闪蒸，其产生的第一次闪蒸汽经管道进入汽轮机（14）的主蒸汽入口，第一闪蒸汽罐（12）中的饱和水则由位于其下方的排水口流出，经管道流入第二闪蒸罐（13）的进口管中，并在第二次闪蒸罐（13）中进行第二次闪蒸，第二次闪蒸产生的闪蒸汽作为补汽进入汽轮机（14），由第二次闪蒸罐（13）下方排出的饱和水则作为热源进入除氧器的入口；第二次闪蒸罐（13）位于第一次闪蒸罐（12）的下方，凝汽器（16）位于汽轮机（14）的下方，用于冷凝从汽轮机排出的乏汽，由凝汽器（16）产生的冷凝水则由位于凝汽器（16）下方的凝液泵（17）送至第一换热器3的入口与除盐水（17）送至第一换热器（3）的入口与除盐水混合后进入换热器（3）中进行换热。冷却塔（18）的冷却水用于冷凝从汽轮机（14）排出的乏汽；发电机（15）将汽轮机（14）输出的机械能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的高炉渣余热发电装置，其特征在于，所述的第二换热器（8）是由5～10个换热器组合而成。

3.根据权利要求1所述的高炉渣余热发电装置，其特征在于，所述的第二换热器（8）有两种结构形式：一种为平板型；另一种为圆弧形，在单位长度上布置较多的换热面积。

4.一种采用权要求1所述装置的高炉渣余热发电方法，其特征在于，工艺流程如下：

第一水泵（1）将常温除盐水经过第一换热器（3）与热水池（2）中约80℃的冲渣水进行热交换，除盐水被加热到大约70℃后进入热水贮槽（4）中，再由第二水泵（5）送入除氧器（10）进行除氧，经过除氧的除盐水由给水泵（6）加压送入第二换热器（8）中，除盐水在第二换热器（8）中吸收高炉渣（9）的辐射热后成为高温水进入高温水贮罐（11）中，高压氮气源（7）向高温水贮罐（11）提供高压氮气；除盐水在第二换热器（8）和高温水贮罐（11）中均保持5℃～10℃的欠热度，始终为液态；

高温除盐水从高温水贮罐（11）的下端进入第一闪蒸罐（12）中进行扩容闪蒸，产生压力约1.0MPa的饱和蒸汽由第一闪蒸罐（12）的上端经管道送至汽轮机（14）的主蒸汽入口，第一闪蒸罐（12）中闪蒸后产生的压力1.0MPa的饱和水则由第一闪蒸罐（12）的下端进入第一闪蒸罐（13）进行第二次扩容闪蒸，产生低压0.3MPa的饱和蒸汽由第二闪蒸罐（13）的上端经管道送至汽轮机（14）的补气入口，在高低压蒸汽的共同驱动下，汽轮机（14）带动发电机（15）发电；第一闪蒸罐（13）中闪蒸后产生的压力0.3MPa的饱和水由第二闪蒸罐（13）的下端进入除氧器（10）中；汽轮机（14）出口的气液两相流入凝汽器（16）中被冷凝为水，并由凝液泵（17）送至第一换热器（3）进行换热，冷却塔（18）为凝汽器（16）提供冷却水进行冷凝。

5.根据权利要求4所述的高炉渣余热发电方法，其特征在于，当高炉渣（9）的温度符合设计温度1450℃～1550℃时，阀门组N1-Nn、 P1开启，M1-Mn、 P2关闭，这时除盐水在给水泵（6）作用下，经过第二换热器（8）各个单元进行换热后进入高温水贮罐（11）中。

6.根据权利要求4所述的高炉渣余热发电方法，其特征在于，当高炉渣（9）的温度低于设计温度时，阀门组则视高炉渣（9）的温度进行调节；当第二换热器（8）中的H3-Hn工作时，阀门组M1、M3 、N3、Nn、P1开启，其余关闭，这时除盐水在经过第二换热器（8）中的H3-Hn单元换热后进入高温水贮罐（11）中。

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