CN104344738A - 矿热炉烟气余热发电方法 - Google Patents

矿热炉烟气余热发电方法 Download PDF

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Abstract

矿热炉烟气余热发电方法,其特征在于:矿热炉烟气由炉内排出,经水冷烟道混入冷风,燃烧一氧化碳气体后进沉降室,进入蓄热均温器,再进入高温热管蒸发器,经换热后再进入塑烧板除尘器,经除尘后进入均流蓄热室中,再由主风机压入排气筒排入大气,同时,循环水从换热器中吸收烟气的热量,形成汽水混合物进入蒸发器内,放出热量,有机工质液体,在低压级蒸发器、中压级蒸发器、高压级蒸发器中吸收烟气余热载体的热量,变成工质蒸汽,在带补汽口有机透平内膨胀做功,并带动发电机发电,其特征在于:采用R413a为循环有机工质。本发明能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能,又能改善除尘能力,达到好的环保效果。

Description

矿热炉烟气余热发电方法 所属技术领域

[0001] 本发明涉及一种矿热炉烟气余热发电方法,具体地说是能最大限度地回收烟气中 的热能转化为高品位电能,又能改善除尘能力,属于矿热炉烟气余热利用及除尘技术领域。

背景技术

[0002] 矿热炉烟气温度很高,经捕集后进入管道的温度一般在700°C左右,粉尘浓度达 15g/Nm 3,小于5um的灰占粉尘总量的90 %以上,粉尘量大,并且粘而细。目前通常采用先换 热降温(换热降温方式有:机力冷却器换热、喷雾冷却换热等)后除尘的方法。上述方法存 在诸多缺点:

[0003] 1、机力冷却器换热后除尘:降温效果差,进口烟气温度不宜大于450°C,降温范围 有限,机冷器管壁容易堵灰,造成烧布袋,系统无法正常运行。

[0004] 2、喷雾冷却换热后除尘:增加烟气中水的含量,不仅使布袋板结,还容易造成水与 粉尘粘结,造成系统设备堵塞。

[0005] 由于以上缺点,工程中采用许多吹灰方法:如激波吹灰、蒸汽吹灰、落丸清灰等,但 由于粉尘细而粘,并且粉尘量大,每生产1吨钢就会产生35kg粉尘,这些清灰方式收效甚 微,无法从根本上解决积灰、堵塞问题。

发明内容

[0006] 针对上述问题,本发明提供了矿热炉烟气余热发电方法,通过该方法不仅能最大 限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能,拖动除尘风机,同时可降低烟气的排放温度, 达到好的环保效果,并且不影响矿热炉生产的稳定和连续,还能得到很好的除尘效果,排放 的粉尘浓度3mg/Nm 3。

[0007] 本发明所采用的技术方案如下:

[0008] 矿热炉烟气余热发电方法,其特征在于:本发明矿热炉烟气由炉内排出,经水冷烟 道混入冷风,燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室,燃烧沉降室的作用是:降低烟气流速, 使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降,并适当混入冷风,最终燃烬一氧化碳气体,由燃烧沉降室 出来的烟气进入蓄热均温器,所述蓄热均温器包括碳硅复合材料蓄热体、激波清灰装置和 灰斗,所述激波清灰装置分段布置于碳硅复合材料蓄热体之间,通过蓄热均温器中碳硅复 合材料蓄热体对高温烟气的蓄热均温作用后,烟气进入高温热管蒸发器,蒸汽汽包中的水 在高温热管蒸发器中吸收高温烟气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包,蒸汽汽包中的蒸汽通过 管道进入蒸汽蓄热器,经调节后外供稳定、连续、参数符合用户要求的蒸汽用于发电,高温 烟气经高温热管蒸发器换热后,烟气温度波动幅度可以大为减少,同时也降低了烟气温度 的峰值,变为中低温烟气,再进入塑烧板除尘器,经除尘后粉尘浓度3mg/Nm 3,然后进入中 低温均流蓄热室中,烟气放出热量,温度降至80°C,由主风机压入排气筒排入大气,同时, 循环水通过换热器给水泵驱动,进入安装于中低温均流蓄热室内的不锈钢薄板压制成型换 热器中吸收烟气的热量,形成汽水混合物,汽水混合物的温度170°C,汽水混合物在自然循 环力推动下进入高压级蒸发器中放出热量,温度降至112°C,然后进入中压级蒸发器中放 出热量,水温降至82°C,再进入低压级蒸发器中放出热量,水温降至52°C,变成低温水,低 温水流入循环水池,开始新一轮循环,同时,经过冷凝的有机工质液体,经过低压级工质加 压泵的驱动,先在低压级蒸发器中吸收余热载体的热量,变成低压级工质蒸汽,一路经管道 进入带补汽口有机透平的低压补汽口,另一路经中压级工质加压泵加压后,进入中压级蒸 发器中吸收余热载体的热量,变成中压级工质蒸汽,一路经管道进入带补汽口有机透平的 中压补汽口,另一路经高压级工质加压泵加压后,进入高压级蒸发器中吸收余热载体的热 量,变成高压级工质蒸汽,经管道进入带补汽口有机透平的高压进汽缸,工质蒸汽在带补汽 口有机透平内膨胀做功,并带动三相发电机发电,系统发出的电能为三相交流电,额定电压 为380V,可经过调压后并入厂内电网,或直接送给用电设备使用,从带补汽口有机透平排 出的工质蒸汽由管壳式冷凝器冷凝为饱和液体,进入储液罐,储液罐可确保低压级工质加 压泵连续加压,再由低压级工质加压泵将工质液体加压后送入低压级蒸发器中,开始新一 轮循环,从管壳式冷凝器出来的循环水,通过溴化锂吸收式制冷机冷却,冷却水的温度降至 10〜15°C,满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求,经循环水泵送入管壳式冷凝器 中,开始新一轮循环。

[0009] 其进一步特征在于:采用R413a为循环有机工质。

[0010] 由于矿热炉烟气温度波动剧烈,烟气温度峰值高,当烟气经过本发明的高温热管 蒸发器换热后,烟气温度波动幅度可以大为减少,同时也降低了烟气温度的峰值,烟气由高 温变为中低温烟气,进入中低温均流蓄热室,经过不锈钢薄板压制成型换热器换热,再通过 多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收矿热炉中低温烟气的余热,实现矿热炉烟气余热梯 级利用。

[0011] 本发明与单级单压有机朗肯循环最大的区别在于,本发明在有机工质高、中、低蒸 发器里采用多级蒸发的措施,利用热水的低温段(进口 82°C,出口 52°C )加热工质产生低 压工质蒸汽,进入有机透平的低压补汽口膨胀做功;利用热水的中温段(进口 112°C,出口 82°C )加热工质产生中压工质蒸汽,进入有机透平的中压补汽口膨胀做功;利用饱和水蒸 汽的高温段(进口 170°C,出口 112°C)加热工质产生高压工质蒸汽,进入有机透平的高压 缸膨胀做功;实现余热流对有机工质的梯级分压加热,这样就在各级受热面中减少了余热 流与工质间的传热温差的不均衡性,降低了由于温差传热不可逆损失带来的熵增,其热效 率可比单级蒸发有机朗肯循环提高22〜27%,降低了烟气的排放温度,减少了热污染,达 到好的环保要求。

[0012] 采用先除尘后余热发电装置,即先将高含尘烟气进入塑烧板除尘器净化,净化后 的粉尘浓度降至3mg/Nm 3成为洁净烟气,不需要处理灰尘的堵塞、清灰等问题。

[0013] 由于本发明余热发电设备放置在塑烧板除尘器后,热源烟气含尘量低,因此可以 将中低温均流蓄热室内的换热核心单元翅片间距设计很小;而且无须卸灰、清灰、输灰设 施;体积减小,同时维护量减小,也延长了不锈钢薄板压制成型换热器的使用寿命,粉尘排 放浓度更低。

[0014] 本发明与已有技术相比具有以下优点:

[0015] 1.蓄热均温器可对烟气温度削峰填谷,降低烟气的最高温度、减小烟气温度的波 动幅度,缓解烟气温度的骤升骤降,解决热胀冷缩问题;

[0016] 2.采用高温热管蒸发器来回收矿热炉高温烟气的余热、多级蒸发有机朗肯循环余 热发电来回收矿热炉中低温烟气的余热,实现矿热炉烟气余热梯级利用;

[0017] 3.通过溴化锂吸收式制冷机冷却,冷却水的温度降至10〜15°C,满足工质蒸汽冷 凝为饱和液体对冷却水的要求;

[0018] 4.不锈钢薄板压制成型换热器不积灰,不堵塞;

[0019] 5.提高余热发电装置效率;

[0020] 6.减少余热发电装置投资。

附图说明

[0021] 图1是实现本发明的工艺流程图。

[0022] 图中:1.矿热炉,2.水冷烟道,3.燃烧沉降室,4.蓄热均温器,5.碳硅复合材料蓄 热体,6.激波清灰装置,7.灰斗,8.高温热管蒸发器,9.蒸汽汽包,10.蒸汽蓄热器,11.塑 烧板除尘器,12.中低温均流蓄热室,13.不锈钢薄板压制成型换热器,14.主风机,15.排气 筒,16.换热器给水泵,17.循环水池,18.低压级蒸发器,19.中压级蒸发器,20.高压级蒸 发器,21.低压级工质加压泵,22.中压级工质加压泵,23.高压级工质加压泵,24.储液罐, 25.带补汽口有机透平,26.三相发电机,27.循环水泵,28.管壳式冷凝器,29.溴化锂吸收 式制冷机。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的描述:

[0024] 如图1所示:本发明矿热炉烟气余热发电方法步骤如下:

[0025] 35000KVA矿热炉1烟气流量32X IO4NmVh,温度1250°C,含尘浓度18g/Nm3由第四 孔排出,经水冷烟道2混入冷风,燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室3 ;燃烧沉降室3的 作用是:降低烟气流速,使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降,并适当混入冷风,最终燃烬一氧 化碳气体,由燃烧沉降室3出来的烟气进入蓄热均温器4,所述蓄热均温器4包括碳硅复合 材料蓄热体5、激波清灰装置6和灰斗7,所述激波清灰装置6分段布置于碳硅复合材料蓄 热体5之间,通过蓄热均温器4中碳硅复合材料蓄热体5对高温烟气的蓄热均温作用后,烟 气进入高温热管蒸发器8,蒸汽汽包9中的水在高温热管蒸发器8中吸收高温烟气余热后 产生蒸汽进入蒸汽汽包9,蒸汽汽包9中的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄热器10,经调节后外供 稳定、连续、参数符合用户要求的蒸汽用于发电。高温烟气经高温热管蒸发器8换热后,烟 气温度波动幅度可以大为减少,同时也降低了烟气温度的峰值,变为中低温烟气,再进入塑 烧板除尘器11,经除尘后粉尘浓度3mg/Nm 3,然后进入中低温均流蓄热室12中,烟气放出热 量,温度降至80°C,由主风机14压入排气筒15排入大气。同时,循环水通过换热器给水泵 16驱动,进入安装于中低温均流蓄热室12内的不锈钢薄板压制成型换热器13中吸收烟气 的热量,形成汽水混合物,汽水混合物的温度170°C,汽水混合物在自然循环力推动下进入 高压级蒸发器20中放出热量,温度降至112°C,然后进入中压级蒸发器19中放出热量,水 温降至82°C,再进入低压级蒸发器18中放出热量,水温降至52°C,变成低温水,低温水流 入循环水池17,开始新一轮循环,同时,经过冷凝的有机工质液体,经过低压级工质加压泵 21的驱动,先在低压级蒸发器18中吸收余热载体的热量,变成低压级工质蒸汽,一路经管 道进入带补汽口有机透平25的低压补汽口,另一路经中压级工质加压泵22加压后,进入中 压级蒸发器19中吸收余热载体的热量,变成中压级工质蒸汽,一路经管道进入带补汽口有 机透平25的中压补汽口,另一路经高压级工质加压泵23加压后,进入高压级蒸发器20中 吸收余热载体的热量,变成高压级工质蒸汽,经管道进入带补汽口有机透平25的高压进汽 缸,工质蒸汽在带补汽口有机透平25内膨胀做功,并带动三相发电机26发电,系统发出的 电能为三相交流电,额定电压为380V,可经过调压后并入厂内电网,或直接送给用电设备使 用,从带补汽口有机透平25排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器28冷凝为饱和液体,进入储液 罐24,储液罐24可确保低压级工质加压泵21连续加压,再由低压级工质加压泵21将工质 液体加压后送入低压级蒸发器18中,开始新一轮循环,从管壳式冷凝器28出来的循环水, 通过溴化锂吸收式制冷机29冷却,冷却水的温度降至10〜15°C,满足工质蒸汽冷凝为饱和 液体对冷却水的要求,经循环水泵27送入管壳式冷凝器28中,开始新一轮循环。

[0026] 所述低沸点工质为R413a,三级蒸发,低压级蒸发压力为0· 281MPa,中压级蒸发压 力为0· 474MPa,高压级蒸发压力为I. 186MPa,膨胀做功后的工质压力为0· 278MPa时,系统 输出电功率为30001(1,朗肯循环效率为25.88(%,系统排出的烟气温度为801:。

[0027] 本发明的最大特点是采用高温热管蒸发器来回收矿热炉高温烟气的余热产生蒸 汽发电、再采用先除尘后多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收矿热炉中低温烟气的余 热,实现矿热炉高含尘烟气余热梯级利用。以35000KVA矿热炉余热回收及除尘工艺为例, 本发明方法与常规方法比较,说明如下:

[0028]

Figure CN104344738AD00061

[0029] 注:按年工作330日计算。

[0030] 由此可见,本发明方法可实现矿热炉烟气余热梯级利用,最大限度地回收矿热炉 烟气中的热能转化为高品位电能,其热效率可比单级蒸发有机朗肯循环提高22〜27 %, 不锈钢薄板压制成型换热器无须卸灰、清灰、输灰设施,延长了设备的使用寿命,可降低烟 气的排放温度,不影响矿热炉生产的稳定和连续,还能得到好的环保效果,排放的粉尘浓度 3mg/Nm 3,装置投资低、运行能耗低。

Claims (2)

1. 矿热炉烟气余热发电方法,其特征在于:本发明矿热炉烟气由炉内排出,经水冷烟 道混入冷风,燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室,燃烧沉降室的作用是:降低烟气流速, 使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降,并适当混入冷风,最终燃烬一氧化碳气体,由燃烧沉降室 出来的烟气进入蓄热均温器,所述蓄热均温器包括碳硅复合材料蓄热体、激波清灰装置和 灰斗,所述激波清灰装置分段布置于碳硅复合材料蓄热体之间,通过蓄热均温器中碳硅复 合材料蓄热体对高温烟气的蓄热均温作用后,烟气进入高温热管蒸发器,蒸汽汽包中的水 在高温热管蒸发器中吸收高温烟气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包,蒸汽汽包中的蒸汽通过 管道进入蒸汽蓄热器,经调节后外供稳定、连续、参数符合用户要求的蒸汽用于发电,高温 烟气经高温热管蒸发器换热后,烟气温度波动幅度可以大为减少,同时也降低了烟气温度 的峰值,变为中低温烟气,再进入塑烧板除尘器,经除尘后粉尘浓度3mg/Nm3,然后进入中 低温均流蓄热室中,烟气放出热量,温度降至80°C,由主风机压入排气筒排入大气,同时, 循环水通过换热器给水泵驱动,进入安装于中低温均流蓄热室内的不锈钢薄板压制成型换 热器中吸收烟气的热量,形成汽水混合物,汽水混合物的温度170°C,汽水混合物在自然循 环力推动下进入高压级蒸发器中放出热量,温度降至112°C,然后进入中压级蒸发器中放 出热量,水温降至82°C,再进入低压级蒸发器中放出热量,水温降至52°C,变成低温水,低 温水流入循环水池,开始新一轮循环,同时,经过冷凝的有机工质液体,经过低压级工质加 压泵的驱动,先在低压级蒸发器中吸收余热载体的热量,变成低压级工质蒸汽,一路经管道 进入带补汽口有机透平的低压补汽口,另一路经中压级工质加压泵加压后,进入中压级蒸 发器中吸收余热载体的热量,变成中压级工质蒸汽,一路经管道进入带补汽口有机透平的 中压补汽口,另一路经高压级工质加压泵加压后,进入高压级蒸发器中吸收余热载体的热 量,变成高压级工质蒸汽,经管道进入带补汽口有机透平的高压进汽缸,工质蒸汽在带补汽 口有机透平内膨胀做功,并带动三相发电机发电,系统发出的电能为三相交流电,额定电压 为380V,可经过调压后并入厂内电网,或直接送给用电设备使用,从带补汽口有机透平排 出的工质蒸汽由管壳式冷凝器冷凝为饱和液体,进入储液罐,储液罐可确保低压级工质加 压泵连续加压,再由低压级工质加压泵将工质液体加压后送入低压级蒸发器中,开始新一 轮循环,从管壳式冷凝器出来的循环水,通过溴化锂吸收式制冷机冷却,冷却水的温度降至 10〜15°C,满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求,经循环水泵送入管壳式冷凝器 中,开始新一轮循环。
2. 根据权利要求1所述的矿热炉烟气余热发电方法,其特征在于:采用R413a为循环 有机工质。
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