CN103244210A - 焦炉烟道气余热发电系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焦炉烟道气余热发电系统和方法，主要包括氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；烟气循环通道的两端分别连通焦炉烟道气进口管路与焦炉烟道气出口管路；焦炉烟道气出口管路与放散烟囱连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水出口管路，冷却水进口管路和冷却水出口管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中并行；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中并行；氨水循环系统的高温蒸汽管路通往发电机。结构简单，可以高效率地回收焦炉烟道气余热；换热效率高且不会使排出烟气发生露点腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉烟道气余热回收领域，具体涉及一种采用氨水混合工质动力循环实现焦炉烟道气余热回收发电的系统和方法。
背景技术
焦炉是将煤在隔绝空气的条件加热使之干馏炭化的装置，通常燃烧高炉煤气或者混合煤气提供干馏的能量，燃烧后的废气经过上升立火道、顶部跨越孔进入下降立火道，再经蓄热室，把废气的部分显热回收后，经过小烟道、分烟道、总烟道、烟囱排入大气，排放烟气的温度在300℃左右，通常不加以回收利用。我国的焦炭产量世界首位，焦炉烟道气的回收利用还处在探索阶段，近年来随着煤调湿技术的发展，有学者开始研究利用烟道气余热作为煤调湿能量；也有用余热锅炉回收烟道气的余热而产生低压蒸汽。随着我国节能减排力度的加大，焦炉烟道气余热回收利用已经提上日程。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种焦炉烟道气余热发电系统和方法，能够高效率地回收焦炉烟道气余热。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
焦炉烟道气余热发电系统，其特征在于主要包括氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；烟气循环通道的两端分别连通焦炉烟道气进口管路与焦炉烟道气出口管路；焦炉烟道气出口管路与放散烟囱连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水出口管路，冷却水进口管路和冷却水出口管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中并行；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中逆流换热；氨水循环系统输出动力带动发电机发电。
按上述技术方案，氨水循环系统主要包括由蒸发器、膨胀机、低压回热器、闪蒸器、高压回热器、低压冷凝器、低压泵、高压冷凝器、高压泵；蒸发器内烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路连通，出口端与高温蒸汽管路连通；高温蒸汽管路与膨胀机进口端连通，膨胀机的乏汽出口通过乏汽管路通过低压回热器并与低压基础溶液管路连通；低压基础溶液管路通过低压冷凝器与低压泵的进口连通，低压泵的出口分别连通第一高压基础溶液管路和第二高压基础溶液管路，第二高压基础溶液管路依次通过高压回热器和低压回热器后与闪蒸器的进口端连通；闪蒸器出口端的富氨蒸汽管路与第一高压基础溶液管路汇合并通过高压冷凝器与高压泵的进口端连通，高压泵的出口端连通高压工作溶液管路；闪蒸器出口端的稀氨溶液管路经过高压回热器后汇合在低压冷凝器外的低压基础溶液管路进口端上。
按上述技术方案，稀氨溶液管路与低压基础溶液管路进口端汇合点间设置节流阀。
按上述技术方案，冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器和高压冷凝器中并分别与低压基础溶液管路和低压工作溶液管路逆流换热；且冷却水循环通道上分别设置冷却水进口管路和冷却水出口管路，冷却水进口管路和冷却水出口管路分别与外部冷却塔连通。
采用上述焦炉烟道气余热发电系统进行发电的方法，其特征在于：在蒸发器内，焦炉烟道气通过烟气循环通道将热量传递给高压工作溶液管路中的氨水溶液，使氨水溶液发生相变产生蒸汽，蒸汽推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机对外发电；
做功乏汽在低压回热器内将热量传递到第二高压基础溶液管路中的高压基础溶液中，高压基础溶液在闪蒸器内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液，浓氨蒸汽从富氨蒸汽管路输出；稀氨溶液从稀氨溶液管路输出后经过高压回热器换热将部分热量传递给第二高压基础溶液管路中的高压基础溶液，然后稀氨溶液通过节流阀减压后再和乏汽管路中的做功乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液经过低压基础溶液管路进入低压冷凝器与冷却水换热，然后经过低压泵后变成高压基础溶液；
高压基础溶液分成两部分：一部分通过第二高压基础溶液管路依次进入高压回热器、低压回热器换热后返回闪蒸器闪蒸；另一部分通过第一高压基础溶液管路和富氨蒸汽管路中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液在低压工作溶液管路中经过高压冷凝器与冷却水换热后进入高压泵成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路输往蒸发器与焦炉烟道气进行换热后输出给膨胀机使发电机发电，完成一个循环。
按上述技术方案，低压冷凝器和高压冷凝器用相同的冷却水源；低压冷凝器和高压冷凝器的进口水温为常温，出口水温控制在50℃以下，通过冷却塔冷却后循环使用。
按上述技术方案，焦炉烟道气进口管路输入的烟气温度在氨水混合工质动力循环系统进口处温度控制在270-320℃，，最后经换热后从焦炉烟道气出口管路排出的烟气在出口处温度控制在145℃以上，烟气经焦炉烟道气出口管路排入放散烟囱。
按上述技术方案，氨水工质在不同管路段浓度不同，高压工作溶液管路、低压工作溶液管路、乏汽管路、高温蒸汽管路内的氨水浓度为70-85%质量浓度；低压基础溶液管路、第一高压基础溶液管路和第二高压基础溶液管路内氨水浓度40-50%质量浓度，稀氨溶液管路内溶液浓度25-35%质量浓度，富氨蒸汽管路内氨气浓度为90-95%质量浓度。
相对于现有技术，本发明设计了结构简单的氨水混合工质动力循环系统，利用氨水混合工质动力循环实现焦炉烟道气余热回收发电；可以高效率地回收焦炉烟道气余热；同时，由于氨水工质循环利用，氨水混合工质动力循环系统的经济性和环保性均得到保证，最后，由于严格控制温度，换热效率高且不会使排出烟气发生露点腐蚀，同时由于浓度得到严格控制，可以保证氨水工质的利用率最大化。
附图说明
图1是本发明的焦炉烟道气余热发电系统结构和工艺示意图。
图2是本发明的氨水混合工质动力循环系统示意图。
图1和2中附图标记如下：1-蒸发器；2-膨胀机；3-低压回热器；4-闪蒸器；5-节流阀；6-高压回热器；7-低压冷凝器；8-低压泵；9-高压冷凝器；10-高压泵；11-焦炉烟道气进口管路；12-焦炉烟道气出口管路；13-高压工作溶液管路；14-低压工作溶液管路；15-冷却水进口管路；16- 冷却水出口管路；17-低压基础溶液管路；18-第一高压基础溶液管路；19-第二高压基础溶液管路；20-乏汽管路；21-稀氨溶液管路；22-富氨蒸汽管路；23-高温蒸汽管路；24-发电机；25-焦炉；26-氨水混合工质动力循环系统；27-冷却塔；28-放散烟囱；29-配合煤；30-焦炭；31-煤气管路；32-助燃空气管路。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
如图1和2所示，焦炉烟道气余热发电系统是通过以氨水为工质的动力循环回收余热的发电系统。
焦炉25中输入的配合煤29经加热成为焦炭30输出，输入的煤气经煤气管路31进入焦炉25加热配合煤29后以烟道气的形式排出并通过焦炉烟道气进口管路11进入氨水混合工质动力循环系统26；氨水混合工质动力循环系统26中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；烟气循环通道的两端分别连通焦炉烟道气进口管路11与焦炉烟道气出口管路12；焦炉烟道气出口管路12与放散烟囱28连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路15和冷却水出口管路16，冷却水进口管路15和冷却水出口管路16分别与外部冷却塔27连通；
氨水循环系统在氨水混合工质动力循环系统26中的分布如图2所示：蒸发器1内烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路13连通，出口端与高温蒸汽管路23连通；高温蒸汽管路23与膨胀机2进口端连通，膨胀机2与发电机24相连，膨胀机2的乏汽出口通过乏汽管路20通过低压回热器3并与低压基础溶液管路17连通；低压基础溶液管路17通过低压冷凝器7与低压泵8的进口连通，低压泵8的出口分别连通第一高压基础溶液管路18和第二高压基础溶液管路19，第二高压基础溶液管路19依次通过高压回热器6和低压回热器3后与闪蒸器4的进口端连通；闪蒸器4出口端的富氨蒸汽管路22与第一高压基础溶液管路18汇合并通过高压冷凝器9与高压泵10的进口端连通，高压泵10的出口端连通高压工作溶液管路13；闪蒸器4出口端的稀氨溶液管路21经过高压回热器6后汇合在低压冷凝器7外的低压基础溶液管路17进口端上，稀氨溶液管路21与低压基础溶液管路17进口端汇合点间设置节流阀5；
冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器7和高压冷凝器9中并分别与低压基础溶液管路17和低压工作溶液管路14逆流换热，且冷却水循环通道上分别设置冷却水进口管路15和冷却水出口管路16，冷却水进口管路15和冷却水出口管路16分别与外部冷却塔27连通。
整个氨水混合工质动力循环系统26由管路相连接，氨水工质在不同段其浓度不同，工作溶液管路（高压工作溶液管路13、低压工作溶液管路14、乏汽管路20、高温蒸汽管路23）内的氨水浓度为70-85%（质量浓度，以下同），基础溶液管路（低压基础溶液管路17、第一高压基础溶液管路18和第二高压基础溶液管路19）内氨水浓度40-50%，稀氨溶液管路21内溶液浓度25-35%，富氨蒸汽管路22内氨气浓度为90-95%；
焦炉烟道气进口管路11输入的烟气温度在进口处温度控制在270-320℃，以便获取足够的热源；由于焦炉烟道气有一定的含硫量，为了防止换热后排出的烟气发生露点腐蚀，最后经换热后从焦炉烟道气出口管路12排出的烟气在出口处温度控制在145℃以上，最好为145-170℃，烟气经焦炉烟道气出口管路12排入放散烟囱28。
在蒸发器1内，焦炉烟道气通过烟气循环通道将热量传递给高压工作溶液管路13中的氨水溶液，使之发生相变产生蒸汽，蒸汽推动膨胀机2做功，膨胀机2带动发电机24对外发电，做功乏汽在低压回热器3内将热量传递到第二高压基础溶液管路19中的高压基础溶液中，高压基础溶液在闪蒸器4内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液，浓氨蒸汽从富氨蒸汽管路22输出；稀氨溶液从稀氨溶液管路21输出后经过高压回热器6换热将部分热量传递给第二高压基础溶液管路19中的高压基础溶液，然后稀氨溶液通过节流阀5减压后再和乏汽管路20中的做功乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液经过低压基础溶液管路17进入低压冷凝器7与冷却水换热，然后经过低压泵8后变成高压基础溶液，高压基础溶液分成两部分：一部分通过第二高压基础溶液管路19依次进入高压回热器6、低压回热器3换热后返回闪蒸汽4闪蒸；另一部分通过第一高压基础溶液管路18和富氨蒸汽管路22中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液在低压工作溶液管路14中经过高压冷凝器9与冷却水换热后进入高压泵10成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路13输往蒸发器1进行换热后输出给膨胀机2，完成一个循环。
低压冷凝器7和高压冷凝器9用相同的冷却水源，进口水温为常温，出口水温控制在50℃以下，通过冷却塔27冷却后循环使用。
Claims (9)
1.焦炉烟道气余热发电系统，其特征在于主要包括氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；烟气循环通道的两端分别连通焦炉烟道气进口管路与焦炉烟道气出口管路；焦炉烟道气出口管路与放散烟囱连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水出口管路，冷却水进口管路和冷却水出口管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中逆流换热；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中逆流换热；氨水循环系统输出动力带动发电机发电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：氨水循环系统主要包括由蒸发器、膨胀机、低压回热器、闪蒸器、高压回热器、低压冷凝器、低压泵、高压冷凝器、高压泵；蒸发器内烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路连通，出口端与高温蒸汽管路连通；高温蒸汽管路与膨胀机进口端连通，膨胀机的主蒸汽出口与发电机连通，膨胀机的乏汽出口通过乏汽管路通过低压回热器并与低压基础溶液管路连通；低压基础溶液管路通过低压冷凝器与低压泵的进口连通，低压泵的出口分别连通第一高压基础溶液管路和第二高压基础溶液管路，第二高压基础溶液管路依次通过高压回热器和低压回热器后与闪蒸器的进口端连通；闪蒸器出口端的富氨蒸汽管路与第一高压基础溶液管路汇合并通过高压冷凝器与高压泵的进口端连通，高压泵的出口端连通高压工作溶液管路；闪蒸器出口端的稀氨溶液管路经过高压回热器后汇合在低压冷凝器外的低压基础溶液管路进口端上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：稀氨溶液管路与低压基础溶液管路进口端汇合点间设置节流阀。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器和高压冷凝器中并分别与低压基础溶液管路和低压工作溶液管路逆流换热；且冷却水循环通道上分别设置冷却水进口管路和冷却水出口管路，冷却水进口管路和冷却水出口管路分别与外部冷却塔连通。
5.采用权利要求4所述焦炉烟道气余热发电系统进行发电的方法，其特征在于：在蒸发器内，焦炉烟道气通过烟气循环通道将热量传递给高压工作溶液管路中的氨水溶液，使氨水溶液发生相变产生蒸汽，蒸汽推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机对外发电；
做功乏汽在低压回热器内将热量传递到第二高压基础溶液管路中的高压基础溶液中，高压基础溶液在闪蒸器内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液，浓氨蒸汽从富氨蒸汽管路输出；稀氨溶液从稀氨溶液管路输出后经过高压回热器换热将部分热量传递给第二高压基础溶液管路中的高压基础溶液，然后稀氨溶液通过节流阀减压后再和乏汽管路中的做功乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液经过低压基础溶液管路进入低压冷凝器与冷却水换热，然后经过低压泵后变成高压基础溶液；
高压基础溶液分成两部分：一部分通过第二高压基础溶液管路依次进入高压回热器、低压回热器换热后返回闪蒸汽闪蒸；另一部分通过第一高压基础溶液管路和富氨蒸汽管路中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液在低压工作溶液管路中经过高压冷凝器与冷却水换热后进入高压泵成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路输往蒸发器与焦炉烟道气进行换热后输出给膨胀机带动发电机发电，完成一个循环。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：低压冷凝器和高压冷凝器用相同的冷却水源；低压冷凝器和高压冷凝器的进口水温为常温，出口水温控制在50℃以下，通过冷却塔冷却后循环使用。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：焦炉烟道气进口管路输入的烟气温度在氨水混合工质动力循环系统进口处温度控制在270-320℃，，最后经换热后从焦炉烟道气出口管路排出的烟气在出口处温度控制在145℃以上，烟气经焦炉烟道气出口管路排入放散烟囱。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：氨水工质在不同管路段浓度不同，高压工作溶液管路、低压工作溶液管路、乏汽管路、高温蒸汽管路内的氨水浓度为70-85%质量浓度；低压基础溶液管路、第一高压基础溶液管路和第二高压基础溶液管路内氨水浓度40-50%质量浓度，稀氨溶液管路内溶液浓度25-35%质量浓度，富氨蒸汽管路内氨气浓度为90-95%质量浓度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：氨水工质在不同管路段浓度不同，高压工作溶液管路、低压工作溶液管路、乏汽管路、高温蒸汽管路内的氨水浓度为70-85%质量浓度；低压基础溶液管路、第一高压基础溶液管路和第二高压基础溶液管路内氨水浓度40-50%质量浓度，稀氨溶液管路内溶液浓度25-35%质量浓度，富氨蒸汽管路内氨气浓度为90-95%质量浓度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130814 |