CN103954139A - 一种烧结余能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结余能发电系统，包括烟气可循环的烧结系统、多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统、余热发电系统和废气净化排放系统；所述烧结余能发电系统通过所述烟气可循环的烧结系统和多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统，对烧结过程中的烧结矿显热、可燃烟气显热及化学能进行充分回收利用，大幅提高余热烟气温度，通过换热产生较高品质的中温中压或高温高压蒸汽进入汽轮机做功且发电。本发明在有效降低自用电率、大幅降低烟气污染性的同时，提高了发电稳定性和能力，具有很好的社会和经济效益，工业应用及推广潜力巨大。

Description

一种烧结余能发电系统

技术领域

本发明涉及一种新型发电系统，尤其涉及一种钢铁行业烧结过程中采用可燃气体循环利用、多通道进气烧结料炉内冷却及稀薄可燃气体炉内燃烧技术的烧结余能发电系统，属于能源综合利用技术领域。

背景技术

我国是世界上最大的钢铁生产国和消费国。近年来，随着我国经济的快速发展，钢材需求日益增加。2012年我国粗钢产量约7.17亿吨，占全球钢产量的46.3%。目前，我国钢铁企业的能耗总量仅次于电力行业，占全国总能耗的15%以上，是我国节能减排潜力最大的行业，因此，钢铁企业能耗的降低对我国能源节能减排有举足轻重的意义。烧结工序的能耗大约占钢铁行业总能耗的15%左右，仅次于炼铁工序，居于第二。据热工统计，烧结工序中余能资源包括烧结矿显热、烧结机烟气显热和可燃烟气内在化学能三种，其中，烧结矿显热约占44.5%，环冷机烟气显热占烧结余热总量的29.3%，烧结矿显热回收率大约为65%；烧结机烟气显热占烧结余热总量的23.6%；可燃烟气排放损失的内在化学能约7.1%，目前基本没有回收。因此，烧结工序是钢铁行业节能的重要环节。

早期国内受低温余热技术发展的限制，烧结余热大多用于助燃空气、预热混合料或利用余热回收装置产生蒸汽，余热回收利用效率并不高。伴随着烧结机的大型化，为充分利用余热资源，实现效益的最大化，引进了烧结余热发电技术，也取得了一定的效果。但烧结机余热利用存在环冷机漏风和烟气温度低且波动大，造成余热锅炉换热效率低，汽轮机工作不稳定，发电效率低等问题，因此烧结余能资源始终得不到高效的利用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一套新型的烧结余能发电系统，对烧结工序过程中，烧结矿显热、可燃烟气显热及化学能进行全面回收利用，在提高余热烟气品质、发电稳定性和能力的同时，有效减少风机能耗、大幅降低烟气的污染。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种烧结余能发电系统，包括烟气可循环的烧结系统、多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统、余热发电系统和废气净化排放系统，所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统与所述烟气可循环的烧结系统连接，所述余热发电系统与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统连接，所述废气净化排放系统分别与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统和余热发电系统连接；所述烧结余能发电系统通过所述烟气可循环的烧结系统和多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统，对烧结余能资源进行充分回收，所得高温烟气进入所述余热发电系统，换热并产生中温中压或高温高压蒸汽做功且发电。

进一步地，所述的烟气可循环的烧结系统包括烧结机、设置于该烧结机顶部的循环通风罩以及设置于该烧结机底部的前端烟气通道和后端烟气通道；所述的烧结机通过与所述循环通风罩、前端烟气通道和后端烟气通道连接形成密闭负压运行系统，所述后端烟气通道与第一静电除尘器、第一引风机、气体混合室和循环通风罩依次相连，所述气体混合室连接有第一鼓风机以补充烧结矿所需的部分空气，所述前端烟气通道通过第二引风机与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统相连接，所述烧结机上部设置有点火器。

进一步地，所述的多通道密闭循环式烧结矿冷却系统包括冷却塔、第二鼓风机和位于该冷却塔下方的烧结料传送装置；所述冷却塔通过传送通道与所述烧结机相连接，该冷却塔下部从上至下依次设有烧结前端余热烟气进口、余热锅炉部分尾气进口和冷空气进口，该烧结前端余热烟气进口通过所述第二引风机与所述前端烟气通道相连接，该冷空气进口与所述第二鼓风机连接。

进一步地，所述的余热发电系统包括一次集尘器、余热锅炉、汽包和汽轮机；所述一次集尘器连接于所述冷却塔出口与余热锅炉之间，所述汽包与所述余热锅炉连接，所述汽轮机的蒸汽入口连接于该余热锅炉的上部，该汽轮机的蒸汽出口通过依次相连的冷凝器、除氧除盐装置和水泵与所述余热锅炉的下部连接。

进一步地，所述的余热锅炉内部自下而上地安装有一次加热器、二次加热器和蒸汽过热器，所述汽包连接该一次加热器、二次加热器和蒸汽过热器，并且该蒸汽过热器的出口连接所述汽轮机的蒸汽入口，该一次加热器的入口连接所述水泵，共同形成汽、水循环回路。

进一步地，所述的废气净化排放系统包括第二静电除尘器、第三引风机、废气净化装置和烟囱；所述第二静电除尘器连接于所述余热锅炉的下部，所述第三引风机的入口连接该第二静电除尘器，出口同时连接所述冷却塔的余热锅炉部分尾气进口和所述废气净化装置，所述烟囱连接于该废气净化装置的尾部。

本发明的主要创新点在于：一是通过对烧结余热烟气进行分段循环利用，最大化回收烧结烟气余能（包括烟气显热和可燃组分化学能），降低烟气中可燃组分及粉尘的排放污染；二是负压条件下采用多通道进气、循环密闭式烧结料塔内冷却技术对烧结矿大量显热进行深度回收；三是采用稀薄可燃气体炉内燃烧技术对烧结机前端烟气通道的可燃烟气化学能进行有效回收，并降低可燃烟气排放对环境的污染；四是余热锅炉尾气的部分循环，进一步提高烟气余热的回收利用效率。

本发明的主要优点是：对烧结工序过程中，烧结矿显热、可燃烟气显热及化学能进行了全面回收利用，在提高余热烟气品质、发电稳定性和能力的同时，有效地减少了风机能耗、大幅降低了烟气污染性。本发明是对烧结余热发电技术的重大改进，综合节能效果显著，具有很好的社会和经济效益，工业应用及推广潜力巨大。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1点火器，2烧结机，3循环通风罩，4前端烟气通道，5后端烟气通道，6第一静电除尘器，7第一引风机，8第一鼓风机，9气体混合室，10第二引风机，11传送通道，12冷却塔，13烧结料传送装置，14第二鼓风机，15一次集尘器，16余热锅炉，17一次加热器，18二次加热器，19蒸汽过热器，20第三引风机，21第二静电除尘器，22汽包，23汽轮机，24冷凝器，25除氧除盐装置，26水泵，27废气净化装置，28烟囱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。

如图1所示，所述烧结余能发电系统包括烟气可循环的烧结系统、多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统、余热发电系统和废气净化排放系统，所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统与所述烟气可循环的烧结系统连接，所述余热发电系统与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统连接，所述废气净化排放系统分别与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统和余热发电系统连接；所述烧结余能发电系统通过所述烟气可循环的烧结系统和多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统，对烧结余能资源进行充分回收，所得高温烟气进入余热发电系统的余热锅炉16换热，产生的中温中压或高温高压蒸汽进入汽轮机23做功，带动发动机发电。

所述的烟气可循环的烧结系统包括点火器1、烧结机2、循环通风罩3、前端烟气通道4、后端烟气通道5、第一静电除尘器6、第一引风机7、第一鼓风机8、第二引风机10和气体混合室9。所述点火器1和循环通风罩3设置于所述烧结机2的顶部。根据烧结机2烟气含可燃组分含量的分布，对所述烧结机2进行了尾部烟气余能利用的结构改进，根据烟气在烧结机2所处位置的不同，划分为前后两个烟气通道：设置于该烧结机2底部的前端烟气通道4和后端烟气通道5。所述的烧结机2通过与所述循环通风罩3、前端烟气通道4和后端烟气通道5连接形成密闭环境的负压运行系统。由于烟气温度（约300℃）和可燃组分含量较低，所述前端烟气通道4直接通过第二引风机10与多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统的冷却塔12相连，在对冷却塔12内烧结矿冷却换热的同时，对部分烟气内少量可燃组分化学能进行回收。由于烟气温度较高（约500℃）和可燃组分含量较高，所述后端烟气通道5与第一静电除尘器6、第一引风机7、气体混合室9和循环通风罩3依次相连，所述气体混合室9连接第一鼓风机8以补充烧结矿所需的部分空气。烟气通过第一静电除尘器6初步净化，在第一引风机7的作用下进入气体混合室9与冷空气混合后，由循环通风罩3送入烧结机2参加燃烧反应。通过烧结过程中形成的烧结烟气循环利用，不仅可以有效降低风机能耗，对烧结烟气余能进行有效回收，而且可以减少可燃气体直接排放带来的严重污染问题。

所述的多通道密闭循环式烧结矿冷却系统包括冷却塔12、第二鼓风机14和位于该冷却塔12下方的烧结料传送装置13。所述冷却塔12通过传送通道11与所述烧结机2相连接，该冷却塔12的下部从上至下依次设有烧结前端余热烟气进口、余热锅炉部分尾气进口和冷空气进口，该烧结前端余热烟气进口通过所述第二引风机10与所述前端烟气通道4相连接，该冷空气进口与所述第二鼓风机14连接。

所述的冷却塔12为新型高温烧结矿冷却装置，高温烧结矿由所述传送通道11送至冷却塔12顶部，在重力作用下，落向冷却塔12底部，并与冷却气体进行热交换。所述冷却塔12负压操作实现零泄漏，余热烟气通过一次集尘器15除尘利用，可大幅减少尾部粉尘污染物的排放，改善工作环境。此外，该技术可在有效解决传统环冷机存在的严重漏风、粉尘排放、冷却空气换热不充分、风量大、换热时间短及环冷机余热烟气温度低（约350℃左右）且不稳定等问题，大大提高余热烟气品质（约800℃左右），采用中温中压余热发电系统，进而提高余热烟气余能发电利用效率。

所述的余热发电系统包括一次集尘器15、余热锅炉16、汽包22、汽轮机23、冷凝器24、除氧除盐装置25和水泵26。所述一次集尘器15连接于所述冷却塔12的出口与余热锅炉16之间。所述余热锅炉16的内部自下而上地安装有一次加热器17、二次加热器18和蒸汽过热器19，所述汽包22连接所述余热锅炉16的一次加热器17、二次加热器18和蒸汽过热器19，并且所述汽轮机23的蒸汽入口连接于该余热锅炉16上部的蒸汽过热器19的出口，该汽轮机23的蒸汽出口通过依次相连的冷凝器24、除氧除盐装置25和水泵26与所述余热锅炉16下部的一次加热器17的入口连接，从而共同形成汽、水循环回路。

所述的废气净化排放系统包括第二静电除尘器21、第三引风机20、废气净化装置27和烟囱28。所述第二静电除尘器21连接于所述余热锅炉16的下部，所述第三引风机20的入口连接该第二静电除尘器21，该第三引风机20的出口同时连接所述冷却塔12的余热锅炉部分尾气进口和所述废气净化装置27，所述烟囱28连接于该废气净化装置27的尾部。

为了尽可能的回收烟气余能，冷却气体主要包括三个来源：烧结机2底部的前端烟气通道4的中温稀薄可燃烟气、余热锅炉16尾部部分循环低温烟气及冷空气。根据冷却介质温度的高低，从冷却塔12不同位置多通道送入，并与高温烧结料进行换热，以回收高温烧结料的大量显热。所述前端烟气通道4的稀薄可燃烟气在冷却塔12内燃烧放热，一方面可有效提高稀薄可燃烟气化学能的综合利用，另一方面可避免可燃烟气的大量排放，降低对大气环境的污染。所述余热锅炉16尾部的部分低温烟气通过循环，可对烟气内在显热进行再次回收利用，在一定程度上提高冷却塔12出口烟气温度，提高烧结余能发电系统的余能利用效率。在有效降低烧结矿温度的前提下，通过控制冷空气量的给入，有效提高冷却塔12出口余热烟气温度（约800℃左右），实现最大化余能利用。冷却塔12的出口余热烟气经一次集尘器15进入余热锅炉16，通过换热产生高参数蒸汽，并进入汽轮机23进行发电。

本发明的工作原理如下：

通过点火器1点火，烧结机2上的烧结料在循环通风罩3循环烟气的作用下进行燃烧放热。后端烟气通道5的余热烟气经第一静电除尘器6除尘后，在第一引风机7的作用下与第一鼓风机8的冷空气在气体混合室9中充分混合后，传送到循环通风罩3形成部分可燃烟气循环。烟气中的部分可燃气体在烧结高温环境燃烧放热，提高烟气余能回收效率。另外一部分烟气在前端烟气通道4汇集，在第二引风机10的作用下进入冷却塔12。

高温烧结料由传送通道11传送到冷却塔12顶部，在重力的作用下进入冷却塔12与冷却气体换热并落至冷却塔12底部，换热冷却后的烧结料由烧结料传送装置13传输至储仓。

烧结机2前端余热烟气进入冷却塔12后，与高温烧结矿进行换热。由于烟气中含有的稀薄可燃气体同样在高温作用下燃烧放出热量，因此，可有效实现烧结烟气余能的全回收。

余热锅炉16的尾气在第三引风机20的作用下，经第二静电除尘器21除尘后，部分循环进入冷却塔12，用作烧结矿冷气气体，实现余热锅炉16尾气余热的部分回收，提高烟气余热的利用效率；另外一部分尾气经废气净化装置27净化后，由烟囱28排放。为了保证烧结矿温度的有效降低及冷却塔12出口余热烟气的品质，在冷却塔12底部由第二鼓风机14适当鼓入部分冷空气对烧结矿进行进一步换热。

为了保证烧结料冷却效果，根据冷却气体温度的高低，烧结机2前端余热烟气、余热锅炉16的尾气和冷空气由冷却塔12底部的上、中和下三个不同通道分别给入。

冷却塔12出口余热烟气经一次集尘器15进入余热锅炉16，通过余热锅炉16内部一次加热器17、二次加热器18和蒸汽过热器19换热产生高参数蒸汽，并进入汽轮机23进行发电。

汽轮机23出口的低品质蒸汽通过冷凝器24冷凝，与部分补充水混合后，经除氧除盐装置25由水泵26循环泵入余热锅炉16一次加热器17进行换热。

Claims (6)

1.一种烧结余能发电系统，其特征在于：包括烟气可循环的烧结系统、多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统、余热发电系统和废气净化排放系统，所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统与所述烟气可循环的烧结系统连接，所述余热发电系统与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统连接，所述废气净化排放系统分别与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统和余热发电系统连接；所述烧结余能发电系统通过所述烟气可循环的烧结系统和多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统，对烧结余能资源进行充分回收，所得高温烟气进入所述余热发电系统，换热并产生中温中压或高温高压蒸汽做功且发电。

2.如权利要求1所述的烧结余能发电系统，其特征在于：所述的烟气可循环的烧结系统包括烧结机、设置于该烧结机顶部的循环通风罩以及设置于该烧结机底部的前端烟气通道和后端烟气通道；所述的烧结机通过与所述循环通风罩、前端烟气通道和后端烟气通道连接形成密闭负压运行系统，所述后端烟气通道与第一静电除尘器、第一引风机、气体混合室和循环通风罩依次相连，所述气体混合室连接有第一鼓风机以补充烧结矿所需的部分空气，所述前端烟气通道通过第二引风机与所述多通道进气密闭循环式烧结矿冷却系统相连接，所述烧结机上部设置有点火器。

3.如权利要求2所述的烧结余能发电系统，其特征在于：所述的多通道密闭循环式烧结矿冷却系统包括冷却塔、第二鼓风机和位于该冷却塔下方的烧结料传送装置；所述冷却塔通过传送通道与所述烧结机相连接，该冷却塔下部从上至下依次设有烧结前端余热烟气进口、余热锅炉部分尾气进口和冷空气进口，该烧结前端余热烟气进口通过所述第二引风机与所述前端烟气通道相连接，该冷空气进口与所述第二鼓风机连接。

4.如权利要求3所述的烧结余能发电系统，其特征在于：所述的余热发电系统包括一次集尘器、余热锅炉、汽包和汽轮机；所述一次集尘器连接于所述冷却塔出口与余热锅炉之间，所述汽包与所述余热锅炉连接，所述汽轮机的蒸汽入口连接于该余热锅炉的上部，该汽轮机的蒸汽出口通过依次相连的冷凝器、除氧除盐装置和水泵与所述余热锅炉的下部连接。

5.如权利要求4所述的烧结余能发电系统，其特征在于：所述的余热锅炉内部自下而上地安装有一次加热器、二次加热器和蒸汽过热器，所述汽包连接该一次加热器、二次加热器和蒸汽过热器，并且该蒸汽过热器的出口连接所述汽轮机的蒸汽入口，该一次加热器的入口连接所述水泵，共同形成汽、水循环回路。

6.如权利要求4或5所述的烧结余能发电系统，其特征在于：所述的废气净化排放系统包括第二静电除尘器、第三引风机、废气净化装置和烟囱；所述第二静电除尘器连接于所述余热锅炉的下部，所述第三引风机的入口连接该第二静电除尘器，出口同时连接所述冷却塔的余热锅炉部分尾气进口和所述废气净化装置，所述烟囱连接于该废气净化装置的尾部。