CN104457297B - 一种烧结余热回收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结余热回收的方法及系统，属于工业余热回收技术领域。本发明利用烧结余热将多股相互独立的载热流体加热到不同温度，升温后的载热流体按温度从低到高将热量分段传递给蒸汽动力循环中汽轮机凝汽器排出的冷凝水，排挤汽轮机回热抽汽，增加汽轮发电机组的发电量并获得较高的发电效率，系统布置和操控灵活，且不会对蒸汽动力循环产生额外的不利影响，汽轮机抽汽与烧结余热相互补偿，克服了烧结余热温度低、温度波动大、烧结生产变化等造成的不利影响，可深度回收低温烧结余热，并能长期稳定发电，延长设备寿命，减少投资，降低投资风险。

Description

一种烧结余热回收方法及系统

技术领域

本发明涉及一种烧结余热回收方法及系统，属于工业余热利用技术领域。

背景技术

目前，烧结余热利用的主要方式是将温度在300℃~450℃的烧结机烟气或冷却机废气引入余热锅炉，通过余热锅炉来生产蒸汽以推动汽轮发电机组做功发电。这种烧结余热利用方式存在的主要问题是：

（1）余热锅炉进口烟气温度低，所产蒸汽压力和温度较低，一般蒸汽压力在3.0MPa以下，导致发电效率低，一般在25%以下；同时，蒸汽过热度也受到限制，蒸汽过热度低会造成汽轮机排汽干度下降，对汽轮机末级的安全性和经济性不利，对此，如采用双压发电系统，虽然可提高烧结余热利用率，但其系统较为复杂，投资也较大，而且余热锅炉排烟温度一般在130℃左右，温度仍较高；

（2）受烧结工艺变化影响，烟气温度波动大，主蒸汽温度不稳定，蒸汽温度过低将威胁汽轮机安全运行，造成汽轮机停机，使余热不能得到回收利用，而且频繁的启停还会降低设备的寿命；

（3）如采用补燃措施提高和稳定烟气温度，又会额外增加能源消耗；

（4）烧结设备投产后随着设备老化以及设备磨损变形，漏风率不断升高，降低了余热锅炉进口烟气的温度，使余热回收量不断减少，无法取得预想的发电收益，不能按期收回投资。

常规的蒸汽动力循环，可以通过提高蒸汽压力、温度和采用冷凝水回热来提高发电效率，发电效率可提高到40%以上，目前钢铁企业普遍配备了采用抽汽回热冷凝水的大容量高温高压蒸汽发电机组，如高温高压煤气发电机组和高温高压干熄焦发电机组等。

发明专利CN101699207A提供了一种将烧结余热发电热力循环与常规高炉煤气发电热力循环相耦合的方法，即将烧结余热锅炉作为高炉煤气锅炉的外置省煤器，将部分锅炉给水加热到饱和，外置省煤器与高炉煤气锅炉的省煤器并联，甚至也和汽轮机高压加热器并联，虽然能部分减少汽轮机抽汽，但对高炉煤气锅炉来说，烧结烟气和废气的温度波动会造成经其省煤器的工质流量的波动，影响高炉煤气锅炉尾部换热面的换热，使其偏离最佳工况，降低锅炉效率，同时，对于余热锅炉来说，其工质进出口温度较高，不利于烧结余热低温部分的回收，降低了烧结余热利用效率。

因此，需要开发一种可在采用冷凝水抽汽回热的蒸汽动力循环中，高效利用烧结余热加热从汽轮机凝汽器排出的冷凝水的方法和系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在采用冷凝水抽汽回热的蒸汽动力循环中，高效利用烧结余热加热从汽轮机凝汽器排出的冷凝水的方法和系统，以增加蒸汽动力循环的发电量，实现梯级高效利用烧结余热和节约投资的目的。

本发明所提供的烧结余热回收方法包括以下步骤：

1）至少两股相互独立的载热流体被送入并布置在余热锅炉中各自专用的换热面内；

2）烧结工序所产的温度高于200℃的烧结机烟气和/或冷却机废气被送入余热锅炉，通过换热面将热量传递给相互独立的载热流体，所述相互独立的载热流体被加热到不同温度；

3）被加热后的载热流体被送到各自换热器内将热量传递给汽轮机凝汽器流出的冷凝水，汽轮机所在蒸汽动力循环采用冷凝水抽汽回热，冷凝水按换热温度由低到高被载热流体和汽轮机抽汽加热，加热后的冷凝水作为锅炉给水送入蒸汽动力循环中的锅炉。

在本发明的一些具体实施例中，所述单股载热流体为水或导热油或熔融盐。

在本发明的一些具体实施例中，所述余热锅炉中，至少对应所述一股载热流体的换热面为热管的吸热端，所述热管的吸热端在所述余热锅炉内吸收热量，所述热管的放热端在所述换热器内加热冷凝水，所述热管内充装有所述载热流体。

本发明还提供一种实现前述方法的烧结余热回收系统，该系统包括同时加热至少两股相互独立的载热流体的余热锅炉和一个采用冷凝水抽汽回热的蒸汽动力循环系统，蒸汽动力循环系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、加热器、除氧器，所述余热锅炉具有烟气入口和烟气出口，在余热锅炉内按烟气流向顺次布置有每股载热流体专用的换热面，每股载热流体换热面的出口与和其对应的换热器载热流体入口相通，每股载热流体换热面的入口与和其对应的换热器载热流体出口相连，每个换热器具有冷凝水入口和冷凝水出口，每个换热器通过冷凝水入口和冷凝水出口接入蒸汽动力循环系统的冷凝水回热管路。所谓冷凝水回热管路是指冷凝水依次通过加热器的管路。

在前述烧结余热回收系统中，优选所述载热流体为水。余热锅炉为双压蒸汽锅炉，布置有可产生压力为1.2MPa~4.5MPa蒸汽的高温换热面和可产生压力为0.3MPa~1.2MPa蒸汽的低温换热面，高温换热面的蒸汽出口与蒸汽动力循环系统中抽汽压力相近的高压加热器蒸汽入口相连，高温换热面给水入口与高压加热器疏水出口相连，低温换热面蒸汽出口与蒸汽动力循环系统中抽汽压力相近的低压加热器蒸汽入口相连，低温换热面给水入口与低压加热器疏水出口相连。

在前述烧结余热回收系统中，优选所述余热锅炉包括一台烧结机余热锅炉和至少一台冷却机余热锅炉，将烧结机尾部200℃以上烟气引入烧结机余热锅炉加热载热流体，另将冷却机废气引入冷却机余热锅炉加热载热流体。

在前述烧结余热回收系统中，优选余热锅炉中，烟气首先通过导热油换热面。

在前述烧结余热回收系统中，优选余热锅炉中，烟气首先通过导热油换热面。

在前述烧结余热回收系统中，优选所述换热器的冷凝水入口与多个加热器冷凝水入口通过装有阀门的管路相连，换热器的冷凝水出口与多个加热器冷凝水出口通过装有阀门的管路相连。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）利用烧结余热加热多股载热流体，并按其温度高低分别加热不同温度段的冷凝水，从而高效实现烧结余热梯级回收，尤其是低温烧结余热可以得到回收，由于冷凝水从凝汽器流出时温度只有30℃~40℃，因此可将余热锅炉排烟温度降至100℃以下；

2）采用载热流体间接加热冷凝水，较之利用烧结余热直接加热冷凝水，余热锅炉和冷凝水抽汽回热系统相互独立，余热锅炉换热面布置可不考虑冷凝水压力和冷凝水压头损失，系统布置灵活，控制简便；

3）如采用水作为载热流体，通过余热锅炉产生水蒸汽，则可以兼顾发电和供热；

4）如采用导热油作为载热流体，较之水蒸汽加热冷凝水可以获得更好的传热特性，缓解水蒸气凝结放热存在的窄点温差限制，使冷凝水获得更高的温度，还可利用较低的压力获得较高温度的流体，低压系统有助于节约设备投资和简化操作，在无明火、以对流换热为主的余热锅炉内具有很高的安全性，尤其适合加热高温段冷凝水；

5）利用烧结余热加热冷凝水，可以排挤汽轮机抽汽，增加发电量，同时不但可以排挤低压加热器抽汽，还可以排挤高压加热器的抽汽，获得更多额外的发电量，且不会限制蒸汽动力循环系统的蒸汽初参数，可获得更高的发电效率；

6）省去了发电效率较低的中、低参数汽轮发电机组，节约了投资，且不存在因蒸汽初参数低而造成的汽轮机末级干度不能满足安全性和经济性要求的情况；

7）利用烧结余热加热冷凝水，烧结烟气和废气的温度波动不会影响蒸汽动力循环中锅炉的热效率，使锅炉可以始终在最佳状态下运行；

8）汽轮机回热抽汽与烧结余热相互补偿，避免以往因烧结烟气和废气温度波动而造成汽轮机频繁启停的现象，即便烧结设备停运，也可以连续、稳定的发电，延长设备寿命；

9）运行中可根据烧结余热温度变化灵活选择换热器的冷凝水接入点，保证适宜的换热温差，减少不可逆损失，确保烧结余热回收率；

10）减少了烧结余热回收项目投资，降低了投资风险。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明提供的烧结余热回收系统的一种实施例。

图2为本发明提供的烧结余热回收系统的另一种实施例，其中余热锅炉为双压蒸汽锅炉。

图中：1－锅炉；2－汽轮机；3－凝汽器；4－凝结水泵；5－低压加热器；6－除氧器；7－给水泵；8－高压加热器；9－低温换热器；10－低温循环泵；11－高温换热器；12－高温循环泵；13－余热锅炉；14－低温换热面；15－高温换热面。

具体实施方式

对于常规的蒸汽动力循环，可以通过提高蒸汽压力、温度和采用冷凝水回热来提高发电效率，发电效率可提高到40%以上，目前钢铁企业普遍配备了采用抽汽回热冷凝水的大容量高温高压蒸汽发电机组，如高温高压煤气发电机组和高温高压干熄焦发电机组等，而烧结余热的温度范围较为适宜加热冷凝水，如利用烧结余热加热冷凝水，则可减少汽轮机回热抽汽量，增加发电量，同时又比常规的烧结余热发电方法减少了汽轮发电机组的投资。

因此，本发明利用烧结余热将多股相互独立的载热流体加热到不同温度，升温后的载热流体按温度从低到高将热量分段传递给蒸汽动力循环中汽轮机凝汽器排出的冷凝水，排挤汽轮机回热抽汽，增加汽轮发电机组的发电量并获得较高的发电效率，系统布置和操控灵活，且不会对蒸汽动力循环产生额外的不利影响，汽轮机抽汽与烧结余热相互补偿，克服了烧结余热温度低、温度波动大、烧结生产变化等造成的不利影响，可深度回收低温烧结余热，并能长期稳定发电，延长设备寿命，减少投资，降低投资风险。下面结合附图详细描述采用本发明所提供烧结余热回收方法的系统。

本发明提供的一种烧结余热回收方法，所述烧结余热包括烧结机烟气余热和冷却机废气余热，包括以下步骤：

1）至少两股相互独立的载热流体被送入布置在余热锅炉中各自专用的换热面内；

2）烧结工序所产温度高于200℃的烧结机烟气和/或冷却机废气被送入所述余热锅炉，通过所述各自专用的换热面将热量传递给所述相互独立的载热流体，所述相互独立的载热流体被加热到不同温度；

3）被加热后的载热流体被送到各自对应的换热器内将热量传递给汽轮机凝汽器流出的冷凝水，汽轮机所在蒸汽动力循环系统采用冷凝水抽汽回热，冷凝水按换热温度由低到高被载热流体和汽轮机抽汽加热，加热后的冷凝水作为锅炉给水送入蒸汽动力循环系统中的锅炉。

其中，所述单股载热流体为水或导热油或熔融盐。

其中，所述余热锅炉中，至少对应所述一股载热流体的换热面为热管的吸热端，所述热管的吸热端在所述余热锅炉内吸收热量，所述热管的放热端在所述换热器内加热冷凝水，所述热管内充装有所述载热流体。

图1为本发明的烧结余热回收系统的一个实施例。该烧结余热回收系统包括一个采用抽汽回热冷凝水的蒸汽动力循环系统和余热锅炉13，该蒸汽动力循环系统主要包括锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、凝结水泵4、低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8，余热锅炉13顺着烧结烟气和废气的流动方向分别布置有高温换热面15和低温换热面14，用于分别加热两股相互独立的载热流体，高温换热面15的载热流体出口与高温换热器11的载热流体入口相连，高温换热面15的载热流体入口与高温换热器11的载热流体出口相连，在高温换热器11内温度较高的载热流体将热量传递给冷凝水，低温换热面14的载热流体出口与低温换热器9的载热流体入口相连，低温换热面14的载热流体入口与低温换热器9的载热流体出口相连，在低温换热器14内温度较低的载热流体将热量传递给冷凝水，载热流体在余热锅炉13的换热面（14、15）和换热器（11、9）之间循环流动。

载热流体并不局限于两股，可根据实际需要，增加载热流体的股数。

本发明通过按载热流体温度高低分段加热冷凝水排挤高压加热器8和低压加热器5的汽轮机抽汽，增加了汽轮发电机组的发电量，获得较高的发电效率，实现了烧结余热的梯级利用。

换热器接入冷凝水回路的方式可以是与加热器串联，也可以是与加热器并联，进一步的，如蒸汽动力循环有多级高压加热器和多级低压加热器，可根据载热流体的温度切换换热器的接入冷凝水回路的位置，使温度适宜的冷凝水流入换热器以获得较佳的换热温差，减少了不可逆损失。

本实施例提供的烧结余热回收系统可使汽轮机回热抽汽与烧结余热相互补偿，避免以往因烧结烟气和废气温度波动而造成汽轮机频繁启停的现象，即便烧结设备停运，也可以连续、稳定的发电，延长设备寿命；载热流体可以是水，也可以是导热油，还可以是熔融盐，其中导热油较适用于高温换热面，可在低压下获得较好的传热效果，该系统省去了以往烧结余热发电技术所采用的中低参数汽轮发电机组，节约了设备投资，降低了投资风险。

图2为本发明的烧结余热回收系统的另一实施例，具体是采用水为载热流体的实施例，该系统的余热锅炉13采用双压蒸汽锅炉，其直接将加热器作为换热器，将余热锅炉13产生的中压蒸汽和低压蒸汽分别引入高压加热器8和低压加热器5加热冷凝水，减少相应的汽轮机抽汽，增加汽轮发电机组的发电量，获得较高的发电效率，实现了烧结余热的梯级利用，且系统得到进一步简化，投资也可以进一步降低。进一步的，可根据需要将双压扩展到三压或更多压力，低压蒸汽压力可延伸到负压，进一步降低吸热温度和余热锅炉的排烟温度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种烧结余热回收方法，所述烧结余热包括烧结机烟气余热和冷却机废气余热，其特征在于，包括以下步骤：

1)至少两股相互独立的载热流体被送入布置在余热锅炉中各自专用的换热面内；

2)烧结工序所产温度高于200℃的烧结机烟气和/或冷却机废气被送入所述余热锅炉，通过所述各自专用的换热面将热量传递给所述相互独立的载热流体，所述相互独立的载热流体被加热到不同温度；

3)被加热后的载热流体被送到各自对应的换热器内将热量传递给汽轮机凝汽器流出的冷凝水，汽轮机所在蒸汽动力循环系统采用所述冷凝水抽汽回热，所述冷凝水按换热温度由低到高被载热流体和汽轮机抽汽加热，加热后的冷凝水作为锅炉给水送入蒸汽动力循环系统中的锅炉。

2.根据权利要求1所述的烧结余热回收方法，其特征在于：单股所述的载热流体为水或导热油或熔融盐。

3.根据权利要求1所述的烧结余热回收方法，其特征在于：所述余热锅炉中，至少对应所述一股载热流体的换热面为热管的吸热端，所述热管的吸热端在所述余热锅炉内吸收热量，所述热管的放热端在所述换热器内加热冷凝水，所述热管内充装有所述载热流体。

4.一种实现权利要求1-3所述的烧结余热回收方法的烧结余热回收系统，其特征在于，所述烧结余热回收系统包括同时加热至少两股相互独立的载热流体的余热锅炉、每股载热流体对应的换热器和一个采用冷凝水抽汽回热的蒸汽动力循环系统，所述蒸汽动力循环系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、加热器、除氧器，所述余热锅炉具有烟气入口和烟气出口，在所述余热锅炉内按烟气流向顺次布置有每股载热流体专用的换热面，每股载热流体换热面的出口和与其对应的换热器载热流体的入口相通，每股载热流体换热面的入口和与其对应的换热器载热流体的出口相连，每个换热器具有冷凝水入口和冷凝水出口，每个换热器通过所述冷凝水入口和冷凝水出口接入所述蒸汽动力循环系统的冷凝水回热管路；所述换热器为单独设置的换热器或所述加热器。

5.根据权利要求4所述的烧结余热回收系统，其特征在于：所述载热流体为水，且所述载热流体为两股；所述余热锅炉为双压蒸汽锅炉，所述余热锅炉布置有可产生压力为1.2MPa～4.5MPa蒸汽的高温换热面和可产生压力为0.3MPa～1.2MPa蒸汽的低温换热面，所述高温换热面的蒸汽出口与蒸汽动力循环系统中抽汽压力相近的高压加热器的蒸汽入口相连，所述高温换热面的给水入口与高压加热器的疏水出口相连，所述低温换热面的蒸汽出口与所述蒸汽动力循环系统中抽汽压力相近的低压加热器的蒸汽入口相连，所述低温换热面的给水入口与低压加热器的疏水出口相连。

6.根据权利要求4所述的烧结余热回收系统，其特征在于：所述余热锅炉包括一台烧结机余热锅炉和至少一台冷却机余热锅炉，将烧结机尾部200℃以上烟气引入烧结机余热锅炉加热载热流体，另将冷却机废气引入冷却机余热锅炉加热载热流体。

7.根据权利要求4所述的烧结余热回收系统，其特征在于：所述余热锅炉中，烟气首先通过导热油换热面。

8.根据权利要求4所述的烧结余热回收系统，其特征在于：所述换热器的冷凝水入口与多个加热器冷凝水入口通过装有阀门的管路相连，所述换热器的冷凝水出口与多个加热器冷凝水出口通过装有阀门的管路相连。