CN104764332A - 铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法 - Google Patents

Abstract

铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：铁合金炉烟气由炉内排出，经水冷烟道混入冷风，燃烧一氧化碳气体后进沉降室，再进入热管蒸发器，经换热后再进入塑烧板除尘器，经除尘后进入均流换热室中，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，吸收汽水混合物的热量，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R152a为循环有机工质。本发明方法可实现铁合金炉高含尘烟气余热梯级利用，将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29～32％，还能达到好的环保效果。

Description

铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法

所属技术领域

本发明涉及一种铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，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，属于烟气余热利用及除尘技术领域。

背景技术

铁合金炉烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在700℃左右，粉尘浓度达15g／Nm³，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：

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℃，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。

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。

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

针对上述问题，本发明提供了铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，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，并且不影响铁合金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／Nm³。

本发明所采用的技术方案如下：

铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：本发明铁合金炉烟气由炉内排出，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，通过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，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换热室中，烟气放出热量，温度降至80℃，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换热室内的等流速一次表面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185℃，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125℃，然后进入中压级蒸发器中放出热量，水温降至95℃，再进入低压级蒸发器中放出热量，水温降至60℃，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℃，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。

其进一步特征在于：采用R152a为循环有机工质。

由于铁合金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，进入中低温均流换热室，经过等流速一次表面换热器换热，再通过多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收铁合金炉中低温烟气的余热，实现铁合金炉烟气余热梯级利用。

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95℃，出口60℃)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125℃，出口95℃)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185℃，出口125℃)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29～32％，降低了烟气的排放温度，减少了热污染，达到好的环保要求。

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／Nm³成为洁净烟气，解决了等流速一次表面换热器由于灰尘的堵塞而带来的清灰问题。

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换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，也延长了等流速一次表面换热器的使用寿命，粉尘排放浓度更低。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1.采用高温热管蒸发器来回收铁合金炉高温烟气的余热、多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收铁合金炉中低温烟气的余热，实现铁合金炉烟气余热梯级利用；

2.通过溴化锂吸收式制冷机冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求；

3.等流速一次表面换热器不积灰，不堵塞，换热效率提高8～9倍；

4.省掉了等流速一次表面换热器的吹灰系统，从而降低了造价及运行费用；

5.采用塑烧板除尘器，排放浓度3mg／Nm³；

6.应用范围广，铁合金炉除尘余热发电都可采用。

附图说明

图1是实现本发明的工艺流程图。

图中：1.铁合金炉，2.水冷烟道，3.燃烧沉降室，4.高温热管蒸发器，5.蒸汽汽包，6.蒸汽蓄热器，7.塑烧板除尘器，8.中低温均流换热室，9.等流速一次表面换热器，10.主风机，11.排气筒，12.换热器给水泵，13.循环水池，14.低压级蒸发器，15.中压级蒸发器，16.高压级蒸发器，17.低压级工质加压泵，18.中压级工质加压泵，19.高压级工质加压泵，20.储液罐，21.带补汽口有机透平，22.三相发电机，23.循环水泵，24.管壳式冷凝器，25.溴化锂吸收式制冷机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示：本发明铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法步骤如下：

30000KVA铁合金炉排烟量28×10⁴／Nm³／h，温度700℃，含尘浓度35g／Nm³由炉内排出，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出来的烟气进入高温热管蒸发器4，蒸汽汽包5中的水在高温热管蒸发器4中吸收高温烟气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包5，蒸汽汽包5中的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄热器6，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，通过高温热管蒸发器4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，再进入塑烧板除尘器7，经除尘后粉尘浓度3mg／Nm³，然后进入中低温均流换热室8中，烟气放出热量，温度降至80℃，由主风机10压入排气筒11排入大气，同时，循环水通过换热器给水泵12驱动，进入安装于中低温均流换热室8内的等流速一次表面换热器9中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度185℃，汽水混合物在自然循环力推动下进入高压级蒸发器16中放出热量，温度降至125℃，然后进入中压级蒸发器15中放出热量，水温降至95℃，再进入低压级蒸发器14中放出热量，水温降至60℃，变成低温水，低温水流入循环水池13，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17的驱动，先在低压级蒸发器14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21的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵18加压后，进入中压级蒸发器15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21的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵19加压后，进入高压级蒸发器16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21的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平21内膨胀做功，并带动三相发电机22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21排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器24冷凝为饱和液体，进入储液罐20，储液罐20可确保低压级工质加压泵17连续加压，再由低压级工质加压泵17将工质液体加压后送入低压级蒸发器14中，开始新一轮循环，从管壳式冷凝器24出来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机25冷却，冷却水的温度降至10～15℃，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23送入管壳式冷凝器24中，开始新一轮循环。

所述低沸点工质为R152a，三级蒸发，低压级蒸发压力为0.351MPa，中压级蒸发压力为0.524MPa，高压级蒸发压力为1.356MPa，膨胀做功后的工质压力为0.348MPa时，系统输出电功率为2000KW，朗肯循环效率为26.58％，系统排出的烟气温度为80℃。

本发明的最大特点是采用高温热管蒸发器来回收铁合金炉高含尘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铁合金炉中低温烟气的余热，实现铁合金炉高含尘烟气余热梯级利用。以30000KVA铁合金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：

注：按年工作330日计算。

由此可见，本发明方法可实现铁合金炉高含尘烟气余热梯级利用，最大限度地回收铁合金炉高含尘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29～32％，等流速一次表面换热器无须卸灰、清灰、输灰设施，延长了设备的使用寿命，同时可降低烟气的排放温度，并且不影响铁合金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／Nm³，装置投资低、运行能耗低。

Claims (2)

1.铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：本发明铁合金炉烟气由炉内排出，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，通过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，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换热室中，烟气放出热量，温度降至80℃，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换热室内的等流速一次表面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185℃，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125℃，然后进入中压级蒸发器中放出热量，水温降至95℃，再进入低压级蒸发器中放出热量，水温降至60℃，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℃，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所述的铁合金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：采用R152a为循环有机工质。