CN105066719B - 废气综合利用余热发电系统 - Google Patents

Abstract

废气综合利用余热发电系统，包括余热锅炉、汽轮机和发电机，余热锅炉在竖向烟道内设置有低温换热器和高温蒸发器，下低温联箱的蒸汽出口连接低压汽缸后与汽轮机的补汽口连通，高温联箱的蒸汽出口与汽轮机的主蒸汽口，汽轮机的输出轴与发电机连接；余热锅炉的烟道入口连接外部的高温废气，竖向烟道的出口经过除尘器后与气水型溴化锂制冷机组的进气口连通，溴化锂制冷机组的出气口连接废气烟囱；溴化锂制冷机组的进水口连接高温水罐的出水口，其出水口连接低温水罐的进水口，低温水罐的出水口经过外部的用冷单元后连接高温水罐的进水口。本发明结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用简便，同时还具有较好的废气综合处理和利用的优点。

Description

废气综合利用余热发电系统

技术领域

本发明涉及一种焦化炉高温烟气利用装置，属于节能技术领域，尤其涉及一种能够回收烟气中含有的热能以及烟气净化作用的废气综合利用余热发电系统。

背景技术

目前，对焦化炉产生的高温废气，多采用焦化炉余热锅炉来回收废气中的热能，生产中温中压蒸汽或者再送入汽轮发电机组后以电能输出。因为焦化炉余热锅炉排出的废气温度也高达160℃左右，因此，依然有大部分的低温余热被无法利用，而作为厂区办公的冬季供暖或者夏天制冷，依然要消耗热能或电能，可以将该部分低温余热进行供暖或制取冷水后作为中央空调冷媒使用；另外，废气中含有的大量硫化物、氮化物气体，如果不进行清除而直接排放，将极大的造成大气环境的污染，采用现有的脱硫脱硝工艺和设备，投资较高，工艺较复杂，不太适合在焦化炉废气净化中使用，急需一种结构简单、投资少的废气净化设备。

中国专利(申请号201210462517.3、申请公布日2014.05.21)公开了“一种焦化炉热管余热锅炉”，包括蒸汽过热器、热管式蒸发器、蒸汽聚集器和热管式省煤器；蒸汽过热器、热管式蒸发器和热管式省煤器依次连接，20℃软水进入热管式省煤器的进水管，热管式省煤器的出水管与蒸汽聚集器的进口连接，蒸汽聚集器与热管式蒸发器之间通过上升管和下降管形成连接回路，同时，蒸汽聚集器的出口与过热器连接，过热器输出蒸汽。本发明投资省而能效高，可解决焦化炉大量燃烧废气直接排放，造成能源巨大浪费和环境污染问题。该发明提高了焦化炉余热锅炉的热利用效率，但依然没解决废气低温余热及烟气净化的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于焦化炉的废气综合利用余热发电系统。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

废气综合利用余热发电系统，包括余热锅炉、汽轮机和发电机，所述余热锅炉包括设置在竖向烟道内的低温换热器和高温蒸发器，低温换热器设置在高温蒸发器的下方，由低温换热管排、下低温联箱和上低温联箱构成，所述高温蒸发器由高温换热管排和高温联箱构成，下低温联箱的蒸汽出口连接低压汽缸后与汽轮机的补汽口连通，下低温联箱的出水口连接高温换热管排的入水口，所述高温联箱的蒸汽出口与汽轮机的主蒸汽口，汽轮机的输出轴与发电机连接；所述余热锅炉的烟道入口连接外部的高温废气，竖向烟道的出口经过除尘器后与气水型溴化锂制冷机组的进气口连通，溴化锂制冷机组的出气口连接废气烟囱；所述溴化锂制冷机组的进水口连接高温水罐的出水口，其出水口连接低温水罐的进水口，低温水罐的出水口经过外部的用冷单元后连接高温水罐的进水口。

为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案：

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述溴化锂制冷机组的出气口与废气烟囱之间安装有废气净化处理装置，所述废气净化处理装置包括包括反应釜，反应釜的内部安装第一石墨网和第二石墨网，第一石墨网和第二石墨网相互平行，第一石墨网和第二石墨网之间安装耐高温海绵，第一石墨网所在平面与水平面的夹角α为35°，反应釜的外部一侧安装高压发生装置，高压发生装置的正负极分别连接第一石墨网和第二石墨网，反应釜的内侧上部竖直安装数个第一导流板，第一导流板的侧部平行安装数个第二导流板，第二导流板所在平面与竖向平面的夹角b为40°，反应釜的上部分别安装控制装置和第一U形管，第一U形管的一端连接第一连接管，第一连接管的内部安装数个喷头，第一连接管的上端连接第一U形管，所述第一U形管的一端与反应釜的内部连通，其另一端连接第一连接管，第二U形管的内侧下部安装PH检测探头，第二U形管的下部安装第二连接管，第二连接管上安装电磁阀，反应釜的下部安装废气进气管和空气进气管，控制装置通过导线分别连接高压发生装置、PH检测探头和电磁阀；所述废气进气管进口与溴化锂制冷机组出气口连通，第二U形管的出口连接废气烟囱。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述反应釜的下部安装电机，电机的输出轴安装转轴，转轴的侧部安装数个搅动板，搅动板的下部安装数个排成一排的固定板。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述第一导流板和第二导流板由抗腐蚀材料制成。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述第一石墨网和第二石墨网均是细石墨棒制成的网状结构。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述竖向烟道的低温换热器、高温蒸发器的上方以及除尘器内分别设置有激波吹灰器。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述溴化锂制冷机组在气体侧设有相变换热器，所述相变换热器由密封隔板分隔成上换热段和下换热段，密封隔板上设有多个垂直的换热管，换热管为微正压的密封结构，其内部填充有相变换热介质，所述溴化锂制冷机组的进气口、出气口分别与下换热段两侧连通，所述上换热段作为溴化锂制冷机组的发生器，填充有溴化锂溶液。

如上所述的废气综合利用余热发电系统，所述上低温联箱内设有汽水分离器，所述汽水分离器是丝网吸附式汽水分离器。

本发明的有益效果是：

1、本发明余热锅炉含有低温换热器和高温蒸发器，高温蒸发器产生的中温中压蒸汽作为汽轮机的主蒸汽，低温换热器能够产生低温低压蒸汽，作为汽轮机的补充蒸汽，这样就能够梯度利用废气余热，尤其是将废气余热低温段热能预先经过低温换热器加热软化水和产生低温低压蒸汽，有利于提高高温蒸发器的蒸汽品质，从而能较好的提高废气余热的利用效率；同时，上低温联箱作为高温蒸发器的下联箱，可较好的减少管内软化水的流动阻力，有效提高余热利用效率，相比较于现有的余热锅炉，至少能提高余热利用效率2-5％。

2、经过发电利用的废气从余热锅炉高温蒸发器引出，再通入气水型溴化锂制冷机组，能够将废气温度从160降低至120左右，并保持在烟气露点以上，避免管道或设备腐蚀，而为了进一步保证溴化锂制冷机组的安全性和效率，可以在其气侧设置相变换热器，利用换热管内填充的相变介质来控制废气接触面的壁温，从而确保设备不会产生低温腐蚀现象，延长使用寿命和质量。溴化锂制冷机组可制取低温水，可将20度左右的常温水降低至10度左右，作为中央空调的冷源，为厂区和生活区夏季供冷使用；另外，考虑到冬季供暖，可在余热锅炉高温段出气口配置气水换热器，以制取供暖的热水。

3、溴化锂制冷机组的出气口与废气烟囱之间安装有废气净化处理装置，废气净化处理装置通过将第一石墨网、第二石墨网、高压发生装置和耐高温海绵有效组合，大幅度地提高了空气中的氧气转化为臭氧的效率，使大量的臭氧可以将废气中未完全氧化的氮氧化物和硫化物完全氧化，方便氮氧化物和硫化物转化为易被水吸收的氮元素和硫元素；同时，第一石墨网、第二石墨网、高压发生装置和耐高温海绵组合可以使空气中的氧气和氮气大量结合，生成二氧化氮，大幅度提高废气中的氮含量，使废气中的物质可以更为有效地被利用。增加耐高温海绵后，使工业废气可以在第一石墨网和第二石墨网有一段时间滞留，从而提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物完全氧化效率。

4、废气净化处理装置中的喷头可以向经过第一连接管的废气喷射水雾，使完全氧化的氮氧化物和硫化物快速与水结合，从而使气态的氮元素和硫元素转化为液态，方便生产废料。由于氮氧化物和硫化物与水结合后会呈酸性，本发明的PH检测探头可以监测第二U形管内的PH值，当第二U形管内的PH值足够低时，PH检测探头能向控制装置发送电信号，控制装置根据电信号开启电磁阀，使第二U形管内氮氧化物、硫化物和水生成的酸性液体排出，方便生产肥料。

5、经过实验验证当第一石墨网所在平面与水平面的夹角a为35°时可以使废气能与耐高温海绵充分接触，从而大幅度提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物的完全氧化效率。第二导流板所在平面与水平面的夹角b为40°可以使经过第二导流板的废气能产生较大的涡流，从而使废气中的氮氧化物和硫化物可以和臭氧充分接触，从而大幅度提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物的完全氧化效率。

6、本发明结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用简便，除了具备较好的余热利用发电、供暖或制冷的综合利用外，还具有较好的废气净化处理的效果，且采用的废气净化处理装置投资少、工艺简单。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中所述废气净化处理装置的结构示意图。

图3是图1中所述相变换热器的结构示意图。

图4是图2中I局部放大结构示意图。

附图标记：1-余热锅炉，2-汽轮机，3-发电机，4-低温换热器，5-高温蒸发器，6-除尘器，7-溴化锂制冷机组，8-进气口，9-出气口，10-废气烟囱，11-高温水罐，12-低温水罐，13-用冷单元，14-相变换热器，15-密封隔板，16-上换热段，17-下换热段，18-换热管，19-废气净化处理装置，21-第一U形管，22-第一连接管，23-喷头，24-第二U形管，25-PH检测探头，26-第二连接管，27-电磁阀，28-控制装置，29-反应釜，30-第一石墨网，31-耐高温海绵，32-第二石墨网，33-高压发生装置，34-搅动板，35-固定板，36-转轴，37-废气进气管，38-电机，39-空气进气管，40-第一导流板，41-第二导流板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本实施例一种废气综合利用余热发电系统，包括余热锅炉1、汽轮机和发电机3，所述余热锅炉1包括设置在竖向烟道内的低温换热器4和高温蒸发器，低温换热器4设置在高温蒸发器5的下方，由低温换热管排、下低温联箱和上低温联箱构成，所述高温蒸发器5由高温换热管排和高温联箱构成，下低温联箱的蒸汽出口连接低压汽缸后与汽轮机的补汽口连通，下低温联箱的出水口连接高温换热管排的入水口，所述高温联箱的蒸汽出口与汽轮机的主蒸汽口，汽轮机的输出轴与发电机3连接；所述余热锅炉1的烟道入口连接外部的高温废气，竖向烟道的出口经过除尘器6后与气水型溴化锂制冷机组7的进气口8连通，溴化锂制冷机组7的出气口9连接废气烟囱10；所述溴化锂制冷机组7的进水口连接高温水罐11的出水口，其出水口连接低温水罐12的进水口，低温水罐12的出水口经过外部的用冷单元13后连接高温水罐11的进水口。

具体而言，本发明公开的一种废气综合利用余热发电系统，余热锅炉1含有低温换热器4和高温蒸发器5，高温蒸发器5产生的中温中压蒸汽作为汽轮机的主蒸汽，低温换热器4能够产生低温低压蒸汽，作为汽轮机的补充蒸汽，这样就能够梯度利用废气余热，尤其是将废气余热低温段热能预先经过低温换热器4作为产汽和加热软化水，有利于提高高温蒸发器5的蒸汽品质，从而能较好的提高废气余热的利用效率，相比较于现有的余热锅炉1，至少能提高余热利用效率2-5％。溴化锂制冷机组7可制取低温水，可将20度左右的常温水降低至10度左右，用于中央空调的冷源，为厂区和生活区夏季供冷使用；另外，考虑到冬季供暖，可在余热锅炉1高温段出气口9配置气水换热器，以制取供暖的热水。

如图2、图3所示，本实施例在所述溴化锂制冷机组7的出气口9与废气烟囱10之间安装有废气净化处理装置19，所述废气净化处理装置19包括包括反应釜29，反应釜29的内部安装第一石墨网30和第二石墨网32，第一石墨网30和第二石墨网32相互平行，第一石墨网30和第二石墨网32之间安装耐高温海绵31，第一石墨网30所在平面与水平面的夹角α为35°，反应釜29的外部一侧安装高压发生装置33，高压发生装置33的正负极分别连接第一石墨网30和第二石墨网32，反应釜29的内侧上部竖直安装数个第一导流板40，第一导流板40的侧部平行安装数个第二导流板41，第二导流板41所在平面与竖向平面的夹角b为40°，反应釜29的上部分别安装控制装置28和第一U形管21，第一U形管22的一端与反应釜29的内部连通，其另一端连接连接第一连接管22，第一连接管22的内部安装数个喷头23，第一连接管22的上端连接第一U形管21，第一连接管22的下端连接第二U形管24，第二U形管24的内侧下部安装PH检测探头25，第二U形管24的下部安装第二连接管26，第二连接管26上安装电磁阀27，反应釜29的下部安装废气进气管37和空气进气管39，控制装置28通过导线分别连接压发生装置、PH检测探头25和电磁阀27；所述废气进气管37进口与溴化锂制冷机组7出气口9连通，第二U形管24的出口连接废气烟囱10。

其中，废气净化处理装置19通过将第一石墨网30、第二石墨网32、高压发生装置33和耐高温海绵31有效组合，大幅度地提高了空气中的氧气转化为臭氧的效率，使大量的臭氧可以将工业废气中未完全氧化的氮氧化物和硫化物完全氧化，方便氮氧化物和硫化物转化为易被水吸收的氮元素和硫元素；同时，第一石墨网30、第二石墨网32、高压发生装置33和耐高温海绵31组合可以使空气中的氧气和氮气大量结合，生成二氧化氮，大幅度提高废气中的氮含量，使废气中的物质可以更为有效地被利用。本发明增加耐高温海绵31后，可以使工业废气可以在第一石墨网30和第二石墨网32有一段时间滞留，从而提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物完全氧化效率，经过实验验证，氮氧化物和硫化物完全氧化的效率可以提高25％左右。本发明的喷头23可以向经过第一连接管22的废气喷射水雾，使完全氧化的氮氧化物和硫化物快速与水结合，从而使气态的氮元素和硫元素转化为液态，方便生产废料。由于氮氧化物和硫化物与水结合后会呈酸性，本发明的PH检测探头25可以监测第二U形管24内的PH值，当第二U形管24内的PH值足够低时，PH检测探头25能向控制装置28发送电信号，控制装置28根据电信号开启电磁阀27，使第二U形管24内氮氧化物、硫化物和水生成的酸性液体排出，方便生产肥料。经过实验验证当第一石墨网30所在平面与水平面的夹角a为35°时可以使废气能与耐高温海绵31充分接触，从而大幅度提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物的完全氧化效率。本发明的第二导流板41所在平面与竖向平面的夹角b为40°可以使经过第二导流板41的废气能产生较大的涡流，从而使废气中的氮氧化物和硫化物可以和臭氧充分接触，从而大幅度提高未完全氧化的氮氧化物和硫化物的完全氧化效率。

如图2所示，本实施例在所述反应釜29的下部安装电机，电机的输出轴安装转轴36，转轴36的侧部安装数个搅动板34，搅动板34的下部安装数个排成一排的固定板35。该电机可以带动搅动板34和固定板35快速旋转，从而使废气进气管37进口通入的废气和由废气进气管37进入的空气可以充分混合。

如图3所示，本实施例的所述第一导流板40和第二导流板41由抗腐蚀材料制成。第一导流板40、第二导流板41均采用抗腐蚀材料制成，可以避免废气中的酸性气体使第一导流板40和第二导流板41腐蚀。

如图1所示，为了提高臭氧转化率，降低第一石墨网30、第二石墨网32的制造成本，本实施例的所述第一石墨网30和第二石墨网32均是细石墨棒制成的网状结构。

进一步的，为了提高余热锅炉1及废气烟道内的吹灰效果，避免积灰降低换热效果，本实施例在所述竖向烟道的低温换热器4、高温蒸发器5的上方以及除尘器6内分别设置有激波吹灰器。

如图4所示，本实施例的所述溴化锂制冷机组7在气体侧设有相变换热器14，所述相变换热器14由密封隔板15分隔成上换热段16和下换热段17，密封隔板15上设有多个垂直的换热管18，换热管18为微正压的密封结构，其内部填充有相变换热介质，所述溴化锂制冷机组7的进气口8、出气口9分别与下换热段17两侧连通，所述上换热段16作为溴化锂机制的发生器，填充有溴化锂溶液。经过发电利用的废气从余热锅炉1高温蒸发器5引出，再通入溴化锂制冷机组7，能够将废气温度从160降低至120左右，并保持露点以上，避免管道或设备腐蚀；其气侧设置相变换热器14，利用换热管18内填充的相变介质来控制废气接触面的壁温，可以进一步保证溴化锂制冷机组7的安全性和效率，延长使用寿命和质量。

更进一步的，为了提高上低温联箱为汽轮机补汽的品质，保持较高的低温低压蒸汽干度，本实施例在所述上低温联箱内设有汽水分离器，所述汽水分离器是丝网吸附式汽水分离器。

本发明结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用简便，除了具备较好的余热利用发电、供暖或制冷的综合利用外，还具有较好的废气净化处理的效果，且采用的废气净化处理装置投资少、工艺简单。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (7)

1.废气综合利用余热发电系统，包括余热锅炉、汽轮机和发电机，其特征在于，所述余热锅炉包括设置在竖向烟道内的低温换热器和高温蒸发器，低温换热器设置在高温换热器的下方，由低温换热管排、下低温联箱和上低温联箱构成，所述高温蒸发器由高温换热管排和高温联箱构成，下低温联箱的蒸汽出口连接低压汽缸后与汽轮机的补汽口连通，下低温联箱的出水口连接高温换热管排的入水口，所述高温联箱的蒸汽出口与汽轮机的主蒸汽口，汽轮机的输出轴与发电机连接；所述余热锅炉的烟道入口连接外部的高温废气，竖向烟道的出口经过除尘器后与气水型溴化锂制冷机组的进气口连通，溴化锂制冷机组的出气口连接废气烟囱；所述溴化锂制冷机组的进水口连接高温水罐的出水口，其出水口连接低温水罐的进水口，低温水罐的出水口经过外部的用冷单元后连接高温水罐的进水口；所属溴化锂制冷机组的出气口与废气烟囱之间安装有废气净化处理装置，所述废气净化处理装置包括包括反应釜，反应釜的内部安装第一石墨网和第二石墨网，第一石墨网和第二石墨网相互平行，第一石墨网和第二石墨网之间安装耐高温海绵，第一石墨网所在平面与水平面的夹角α为35°，反应釜的外部一侧安装高压发生装置，高压发生装置的正负极分别连接第一石墨网和第二石墨网，反应釜的内侧上部竖直安装数个第一导流板，第一导流板的侧部平行安装数个第二导流板，第二导流板所在平面与竖向平面的夹角b为40°，反应釜的上部分别安装控制装置和第一U形管，所述第一U形管的一端与反应釜的内部连通，其另一端连接第一连接管，第一连接管的内部安装多效脱硝催化剂和数个喷头，所述多效脱硝催化剂设在喷头的上方，第一连接管的上端连接第一U形管，第一连接管的下端连接第二U形管，第二U形管的内侧下部安装PH检测探头，第二U形管的下部安装第二连接管，第二连接管上安装电磁阀，反应釜的下部安装废气进气管和空气进气管，控制装置通过导线分别连接高压发生装置、PH检测探头和电磁阀；所述废气进气管进口与溴化锂制冷机组出气口连通，第二U形管的出口连接废气烟囱。

2.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述反应釜的下部安装电机，电机的输出轴安装转轴，转轴的侧部安装数个搅动板，搅动板的下部安装数个排成一排的固定板。

3.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述第一导流板和第二导流板由抗腐蚀材料制成。

4.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述第一石墨网和第二石墨网均是细石墨棒制成的网状结构。

5.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述竖向烟道的低温换热器、高温蒸发器的上方以及除尘器内分别设置有激波吹灰器。

6.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述溴化锂制冷机组在气体侧设有相变换热器，所述相变换热器由密封隔板分隔成上换热段和下换热段，密封隔板上设有多个垂直的换热管，换热管为微正压的密封结构，其内部填充有相变换热介质，所述溴化锂制冷机组的进气口、出气口分别与下换热段两侧连通，所述上换热段作为溴化锂机制的发生器，填充有溴化锂溶液。

7.根据权利要求1所述的废气综合利用余热发电系统，其特征在于，所述上低温联箱内设有汽水分离器，所述汽水分离器是丝网吸附式汽水分离器。