CN104132541B - 一种烟气余热回收和梯级利用系统 - Google Patents

一种烟气余热回收和梯级利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气余热回收和梯级利用系统，包括：烟气余热回收装置、余热循环水采暖装置、余热发电装置和连接管道，其特征是：所述烟气余热回收装置与所述余热循环水采暖装置经一次换热器进行第一级换热，所述余热循环水采暖装置与所述余热发电装置经二次换热器进行第二级换热。本发明的有益效果是：充分利用工业废气余热节约单独采暖成本，改善环境污染。在换热量不变的前提下，通过二氧化碳循环降低了二次水的回水温度，增大了与一次换热器的温差，实现热电联供，满足了厂区多方面的能源需求，可以有效减少一次换热器的换热面积，继而减少了换热器的初投资、降低换热所需循环水流量，降低水泵的功耗，实现了能量的梯级利用。

Description

一种烟气余热回收和梯级利用系统
技术领域
本发明涉及一种烟气余热的利用，特别是涉及一种铝冶金工业在线氧化铝生产所产生的烟气余回收和热梯级热/电利用系统。
背景技术
目前，在氧化铝生产过程中，节能降耗是降低生产成本提高经济效益的有效手段。有许多相关机构对节能技术和工艺的研究作了大量工作，其中氧化铝焙烧炉烟气150℃左右的余热回收是一个重要环节，余热回收后的合理利用能够提高热利用效率。目前，已经应用的技术是采用水与烟气直接换热的方法进行余热回收，例如中国专利ZL201010266231.9，但是由于该换热设备基本在常压下进行，因此所制取的水温在70℃左右，且系统只能提供热水。又如中国专利ZL200820069478.X公开了一种有机朗肯循环系统，能够用来回收采暖炉余热发电，但是该系统仅能提供电能一种形式。因此，单独采用上述任意一种专利的做法，其换热器的初投资、换热所需循环水流量，水泵的功耗成本都是很大的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种将氧化铝生产过程中产生的烟气余热回收、并利用回收的余热实现既可供热亦能发电的能量梯级利用系统。
本发明所采用的技术方案是：一种烟气余热回收和梯级利用系统，包括：烟气余热回收装置、余热循环水采暖装置、余热发电装置和连接管道，其特征是：所述烟气余热回收装置与所述余热循环水采暖装置经一次换热器进行第一级换热，所述余热循环水采暖装置与所述余热发电装置经二次换热器进行第二级换热。
所述余热回收装置包括连接自动补水阀的储水罐，第一变频水泵，引射器，变频引风机，氧化铝焙烧炉，带有排气阀的气液分离器，带有排污阀门的过滤器；所述储水罐内的水通过第一变频水泵送入引射器上的进水口；所述氧化铝焙烧炉产生的烟气通过变频引风机进入引射器；所述引射器下端连接气液分离器的进口；所述气液分离器的出水口通过一次换热器的放热回路连接过滤器；所述过滤器连接储水罐的回水口；所述储水罐上设有连续排水阀门。
所述余热循环水采暖装置包括第二变频水泵，热用户；所述一次换热器的吸热回路通过第二变频水泵和热用户与二次换热器的放热回路连接。
所述余热发电装置包括带动发电机发电的二氧化碳汽轮机，冷却器，储液罐，二氧化碳液泵；所述二氧化碳汽轮机一端连接所述二次换热器吸热回路的二氧化碳气体管道出汽口，另一端连接用于将在二氧化碳汽轮机中受热膨胀的二氧化碳气体凝结为液体的冷却器，所述二氧化碳液体在冷却器中冷凝后进入与其相连接的所述储液罐储存，经所述二氧化碳液泵送入所述二次换热器的二氧化碳液体管道进液口进行换热。
所述储液罐设有排出二氧化碳气体的安全阀。
本发明的有益效果是：充分利用工业废气余热节约单独采暖成本，改善环境污染。在换热量不变的前提下，通过二氧化碳循环降低了二次水的回水温度，增大了与一次换热器的温差，实现热电联供，满足了厂区多方面的能源需求，可以有效减少一次换热器的换热面积，继而减少了换热器的初投资、降低换热所需循环水流量，降低水泵的功耗，实现了能量的梯级利用。
附图说明
图1是本发明烟气余热回收和梯级利用系统的结构示意图。
其中：
1、自动补水阀 2、连续排水阀门 3、储水罐
4、变频水泵 5、引射器 6、变频引风机
7、氧化铝焙烧炉 8、排气阀 9、一次换热器
10、气液分离器； 11、过滤器 12、排污阀门
13、变频水泵； 14；热用户 15、二次换热器
16、二氧化碳汽轮机 17、发电机 18、冷却器
19、储液罐； 20、二氧化碳液泵 21、安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明烟气余热回收装置将源水与烟气直接换热后进入一次水独立循环，余热循环水采暖装置内的水与所述一次换热器间接换热后进入二次水独立循环，所述余热发电装置内的二氧化碳液体与所述二次换热器间接换热后进入三次独立循环。
如图1所示，本发明烟气余热回收和梯级利用系统，包括：烟气余热回收装置、余热循环水采暖装置、余热发电装置和连接管道，所述烟气余热回收装置与所述余热循环水采暖装置经一次换热器进行第一级换热，所述余热循环水采暖装置所述余热发电装置经二次换热器进行第二级换热。
首先是烟气余热回收装置：包括连接自动补水阀1的储水罐3，第一变频水泵4，引射器5，变频引风机6，氧化铝焙烧炉7，带有排气阀8的气液分离器10，带有排污阀门12的过滤器11。软化水通过自动补水阀1进入储水罐3，当软化水达到储水罐3容积的80%时停止注水，由变频水泵4将水送入引射器5上端的进水口，在引射器5内形成高速射水流；同时，来自氧化铝焙烧炉7的烟气通过变频引风机6送入引射器5上的引射口，在引射器5内形成高的速射烟流，此时含有热量的烟气与水在引射器5内进行换热，在引射器5内烟气所含有的显热及其中的水蒸气潜热得到了回收，换热后的热水根据变频水泵4提供的压力不同可在70℃-95℃之间调节。高温热水在引射器5的下部排出，进入气液分离器10内，当气液分离器10内的压力达到设定值后，烟气由气液分离器10顶部的排气阀8排出，热水由气液分离器10的底部引出，成为一次水，经进水管道送到一次换热器9，再由一次换热器9回水管道进入过滤器11将杂质及铝粉过滤后通过排污阀门12排出回收，过滤后的洁净水返回储水罐3，烟气中的水蒸汽凝结出的多余水分由连续排水阀门2排出后回收，完成烟气余热的回收。
其次是对烟气余热的利用，所述余热循环水采暖装置包括第二变频水泵13，热用户14；所述第二变频水泵13一端连接一次换热器9的二次水管路，并将与一次换热器9换热后的二次水送入热用户14；所述热用户14的出水口连接二次换热器15一端的二次水进水管道，二次水从二次换热器15另一端的出水管道与一次换热器9的二次水管路相连接。
二次水与一次换热器9内的热水换热是间接换热，换热后的水由变频水泵13顺送到热用户14作为生活热水或者采暖使用，采暖回水温度一般在40-60℃。按照能源梯级利用的原则，40-60℃的回水还能够被二次利用。
所述余热发电装置包括带动发电机17发电的二氧化碳汽轮机16，冷却器18，储液罐19，二氧化碳液泵20；二次水在采暖使用后，在二次换热器15中与二氧化碳液体热交换，二氧化碳液体吸收采暖回水的热量后在超临界状态下膨胀作功，推动二氧化碳汽轮机16带动发电机17产生电能，所述二氧化碳汽轮机16一端连接所述二次换热器15的二氧化碳汽体管道出汽口，另一端连接用于将在二氧化碳汽轮机16中受热膨胀的二氧化碳气体凝结为液体的所述冷却器18，所述二氧化碳液体在所述冷却器18中冷凝后进入与其相连接的所述储液罐19储存，经所述二氧化碳液泵20送入所述二次换热器15的二氧化碳液体管道进液口进行换热。
当系统出现紧急情况后，储液罐19中压力急剧上升后，安全阀21打开将二氧化碳排入大气。

Claims (4)

1.一种烟气余热回收和梯级利用系统，包括：烟气余热回收装置、余热循环水采暖装置、余热发电装置和连接管道，其特征是：所述烟气余热回收装置与所述余热循环水采暖装置经一次换热器（9）进行第一级换热，所述余热循环水采暖装置与所述余热发电装置经二次换热器（15）进行第二级换热；所述余热回收装置包括连接自动补水阀（1）的储水罐（3），第一变频水泵（4），引射器（5），变频引风机（6），氧化铝焙烧炉（7），带有排气阀（8）的气液分离器（10），带有排污阀门（12）的过滤器（11）；所述储水罐（3）内的水通过第一变频水泵（4）送入引射器（5）上的进水口；所述氧化铝焙烧炉（7）产生的烟气通过变频引风机（6）进入引射器（5）；所述引射器（5）下端连接气液分离器（10）的进口；所述气液分离器（10）的出水口通过一次换热器（9）的放热回路连接过滤器（11）；所述过滤器（11）连接储水罐（3）的回水口；所述储水罐（3）上设有连续排水阀门（2）。
2.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收和梯级利用系统，其特征是：所述余热循环水采暖装置包括第二变频水泵（13），热用户（14）；所述一次换热器（9）的吸热回路通过第二变频水泵（13）和热用户（14）与二次换热器（15）的放热回路连接。
3.根据权利要求1所述的一种烟气余热回收和梯级利用系统，其特征是：所述余热发电装置包括带动发电机（17）发电的二氧化碳汽轮机（16），冷却器（18），储液罐（19），二氧化碳液泵（20）；所述二氧化碳汽轮机（16）一端连接所述二次换热器（15）吸热回路的二氧化碳气体管道出汽口，另一端连接用于将在二氧化碳汽轮机（16）中受热膨胀的二氧化碳气体凝结为液体的冷却器（18），所述二氧化碳液体在冷却器（18）中冷凝后进入与其相连接的所述储液罐（19）储存，经所述二氧化碳液泵（20）送入所述二次换热器（15）的二氧化碳液体管道进液口进行换热。
4.根据权利要求3所述的一种烟气余热回收和梯级利用系统，其特征是：所述储液罐（19）设有排出二氧化碳气体的安全阀（21）。
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