CN104764336A - 冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法 - Google Patents

Abstract

冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：冶金炉烟气由第四孔排出，经水冷滑套混入冷风，进入沉降室，再进入塑烧板除尘器，经除尘后进入蓄热均温器，通过蓄热均温作用后，烟气进入均流换热室中，高温烟气放出热量，完成热交换，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R227ea为循环有机工质。本发明方法可最大限度地回收烟气中的热能直接转化为高品位电能，其热效率比单级蒸发有机朗肯循环提高23～28％，环保效果好。

Description

冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法

技术领域

本发明涉及一种冶金炉高温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，属于冶金炉除尘技术领域。 

背景技术

钢铁工业每年消耗大量能源，冶炼过程中产生的高温烟气和设备散热带走了大量能量。由于冶金炉炼钢烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在1200℃左右，粉尘浓度达25g/Nm³，小于5um的灰占粉尘总量的70％以上，粉尘量大，并且粘而细。并且烟气温度剧烈波动，含尘量大，普通水列管余热锅炉很难运用于冶金炉烟气的余热回收。目前，热管换热器已经成功运用到冶金炉的烟气余热回收中，但由于热管的固有缺陷(造价高、不抗冻、不耐高温、使用年限短)，使得热管余热回收装置在钢铁行业的普及还面临很多问题。 

由于烟气中含有大量的粉尘，粘而细的粉尘在换热元件上出现积灰、堵塞现象，不仅影响换热效率，造成余热锅炉产汽量不足，更为严重的是由于余热锅炉堵灰，系统运行不稳定，造成冶炼生产无法正常进行，被迫停产检修。 

同时，由于冶金炉烟气温度波动剧烈，波幅大，余热回收装置就必须设计得足够大，确保高温烟气也能有效冷却。但实际蒸汽产量却远低于余热回收装置的最大蒸发量，出现大马拉小车的局面。这就相对减少了余热回收装置的经济价值，增加了余热回收装置的投资。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供了冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，通过该方法不仅能高效地冷却高温烟气，还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，改善除尘能力，并且不影响冶金炉生产的稳定和连续。 

本发明所采用的技术方案如下： 

冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：本发明冶金炉内排烟气由第四孔排出，经水冷滑套混入冷风，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，调节控制沉降室的烟气温度750℃，由燃烧沉降室出来的烟气进入塑烧板除尘器，经除尘后粉尘浓度3mg/Nm³，进入蓄热均温器，通过蓄热均温器中碳锰复合材料蓄热体对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入均流换热室中，高温烟气放出热量，完成热交换，温度降至90℃，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，进入安装于均流换热室内的翅片管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175℃，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115℃，然后进入中压级蒸发器中放出热量，水温降至85℃，再进入低压级蒸发器中放出热量，水温降至55℃，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蜂窝状铜肋板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，从蜂窝状铜肋板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，经循环水泵送入蜂窝状铜肋板式冷凝器中，开始新一轮循环。 

其进一步特征在于：采用R227ea为循环有机工质。 

本发明的有益效果是：由于冶金炉烟气温度波动剧烈，烟气温度峰值高，当烟气通过本发明的蓄热均温器处理后，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。经过蓄热均温器的烟气进换热器，由于烟气温度峰值降低，可以使余热发电装置投资减少，烟气温度波动幅度减少，则有利于提高余热发电装置的稳定性，延长使用寿命；同时，由于本发明换热器放置在除尘器后，热源烟气含尘量低，设备设计制造时可不予考虑，因此可以将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；余热利用设施体积减小，同时维护量减小，也延长了换热器的使用寿命，粉尘排放浓度更低。 

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85℃，出口55℃)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115℃，出口85℃)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175℃，出口115℃)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23～28％，降低了烟气的排放温度，降低了投资及运行费用，排放浓度低，可以确保排放粉尘浓度在3mg/Nm³。 

本发明的优点在于： 

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； 

2.采用多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收电炉烟气的余热，其热效率可比单级蒸发有机朗肯循环提高23～28％； 

3.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； 

4.工质储液罐，可确保工质循环泵连续加压； 

5.翅片管换热器不积灰，不堵塞，延长设备的使用寿命； 

6.提高余热发电装置效率； 

7.减少余热发电装置投资； 

8.运行能耗低，净化效果好。 

附图说明

图1是实现本发明的工艺流程图。 

图1中：1.冶金炉，2.水冷滑套，3.燃烧沉降室，4.塑烧板除尘器，5.蓄热均温器，6.烟气进口，7.碳锰复合材料蓄热体，8.灰斗，9.激波清灰装置，10.烟气出口，11.均流换热室，12.翅片管换热器，13.主风机，14.排气筒，15.换热器给水泵，16.循环水池，17.低压级蒸发器，18.中压级蒸发器，19.高压级蒸发器，20.低压级工质加压泵，21.中压级工质加压泵，22.高压级工质加压 泵，23.储液罐，24.带补汽口有机透平，25.三相发电机，26.循环水泵，27.蜂窝状铜肋板式冷凝器，28.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：本发明冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法步骤如下： 

80t/h冶金炉1烟气流量25×10⁴Nm³/h，温度1000℃，含尘浓度35g/Nm³由第四孔排出，经水冷滑套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，调节控制沉降室的烟气温度750℃，由燃烧沉降室3出来的烟气进入塑烧板除尘器4，经除尘后粉尘浓度3mg/Nm³，进入蓄热均温器5，通过蓄热均温器5中碳锰复合材料蓄热体7对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入集气室11中，高温烟气放出热量，完成热交换，温度降至90℃，由主风机13压入排气筒14排入大气，同时，循环水通过换热器给水泵15驱动，进入安装于均流换热室11内的翅片管换热器12中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度175℃，汽水混合物在自然循环力推动下进入高压级蒸发器19中放出热量，温度降至115℃，然后进入中压级蒸发器18中放出热量，水温降至85℃，再进入低压级蒸发器17中放出热量，水温降至55℃，变成低温水，低温水流入循环水池16，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20的驱动，先在低压级蒸发器17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24的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵21加压后，进入中压级蒸发器18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24的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵22加压后，进入高压级蒸发器19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24的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平24内膨胀做功，并带动三相发电机25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24排出的工质蒸汽由蜂窝状铜肋板式冷凝器27冷凝为饱和液体，进入储液罐23，储液罐23可确保低压级工质加压泵20连续加压，再由低压级工质加压泵20将工质液体加压后送入低压级蒸发器17中，开始新一轮循环，从蜂窝状铜肋板式冷凝器27出来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机28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26送入蜂窝状铜肋板式冷凝器27中，开始新一轮循环。 

所述低沸点有机工质为R227ea，三级蒸发，低压级蒸发压力为0.39MPa，中压级蒸发压力为1.11MPa，高压级蒸发压力为1.95MPa，膨胀做功后的工质压力为0.285MPa时，系统输出电功率为2500KW，朗肯循环效率为27.3％，系统排出的烟气温度为90℃。 

本发明的最大特点是采用先除尘后多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收冶金炉烟气的余热，通过溴化锂吸收式制冷机冷却从蜂窝状铜肋板式冷凝器出来的循环冷却水，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。 

以80t/h冶金炉余热发电及除尘工艺为例，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，本发明方法烟尘排放浓度低，装置投资低、运行能耗低，净化效果好。 

本发明方法可最大限度地回收烟气中的热能直接转化为高品位电能，其热效率比单级蒸发有机朗肯循环提高23～28％，还能达到好的环保效果。 

Claims (2)

1.冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：本发明冶金炉内排烟气由第四孔排出，经水冷滑套混入冷风，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，调节控制沉降室的烟气温度750℃，由燃烧沉降室出来的烟气进入塑烧板除尘器，经除尘后粉尘浓度3mg/Nm³，进入蓄热均温器，通过蓄热均温器中碳锰复合材料蓄热体对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入均流换热室中，高温烟气放出热量，完成热交换，温度降至90℃，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，进入安装于均流换热室内的翅片管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175℃，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115℃，然后进入中压级蒸发器中放出热量，水温降至85℃，再进入低压级蒸发器中放出热量，水温降至55℃，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蜂窝状铜肋板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，从蜂窝状铜肋板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，经循环水泵送入蜂窝状铜肋板式冷凝器中，开始新一轮循环。

2.根据权利要求1所述的冶金炉高温高含尘烟气有机朗肯余热发电方法，其特征在于：采用R227ea为循环有机工质。