CN105782994B - 一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统 - Google Patents

一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，包括焚烧系统和有机工质发电系统；所述焚烧系统包括焚烧机构、余热锅炉和烟气处理系统；所述焚烧机构的高温烟气输出口与所述余热锅炉的高温烟气输入口连接；所述有机工质发电系统包括依次连接的有机工质蒸发器、有机工质发电机、有机工质冷却系统、有机工质泵和凝结水泵；所述烟气处理系统包括依次连接的急冷塔、除尘器、引风机和烟囱。该余热发电系统可以直接回收锅炉蒸汽的热能，以加热有机工质，推动有机工质发电机做功发电，从而实现资源的综合利用，减少企业电耗，增加企业经济效益。

Description

一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统
技术领域
本发明涉及危险废物处置领域，具体涉及一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统。
背景技术
随着工业的发展，工业生产过程排放的危险废物日益增多。据估计，全世界每年的危险废物产生量为3.3亿吨。危险废物会给环境带来严重污染和潜在的影响，经过研究者长期的研究与实践，已经研发出把不同的危险废物处置方法，包括物理处理法、化学处理法、生物处理法、高温热处理法和固化处理法。其中，高温热处理法一般指焚烧法，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。
危险废物焚烧后，会产生高温烟气，高温烟气一般被引入余热锅炉进行热量回收利用。但是，工业危险废弃物焚烧机构所产生的锅炉蒸汽压力较低、蒸汽量较少，不适合配置蒸汽式汽轮发电机，目前采用的处置方式一般是空冷，即锅炉蒸汽通过空气冷却器冷却成水，循环回到锅炉。这种冷却工艺使大量的热能直接排散到空气中，不仅热能没有被有效利用，而且还需要为空气冷却器提供大量的电能，造成严重的能源浪费。
发明内容
本发明为了避免现有技术的不足之处而提供了一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，该余热发电系统可以直接回收锅炉蒸汽的热能，以加热有机工质，推动有机工质发电机做功发电，从而实现资源的综合利用，减少企业电耗，增加企业经济效益。
根据本发明所提供的一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，包括焚烧系统和有机工质发电系统；
所述焚烧系统包括焚烧机构、余热锅炉和烟气处理系统；
所述焚烧机构的高温烟气输出口与所述余热锅炉的高温烟气输入口连接；所述烟气处理系统包括急冷塔、除尘器、引风机和烟囱；所述余热锅炉的烟气输出口与所述急冷塔的输入口连接；所述急冷塔的输出口与所述除尘器的输入口连接；所述除尘器的输出口与所述引风机的输入口连接；所述引风机的输出口与所述烟囱的输入口连接；
所述有机工质发电系统包括有机工质蒸发器、有机工质发电机、有机工质冷却系统、有机工质泵和凝结水泵；所述余热锅炉的第一蒸汽输出口与所述有机工质蒸发器的第一输入口连接；所述有机工质蒸发器的第一输出口与所述有机工质发电机的有机工质输入口连接；所述有机工质发电机的有机工质输出口与所述有机工质冷却系统的输入口连接；所述有机工质冷却系统的输出口与所述有机工质泵的输入口连接；所述有机工质泵的输出口与所述有机工质蒸发器的第二输入口连接；所述有机工质蒸发器的第二输出口与所述凝结水泵的输入口连接，所述凝结水泵的输出口与所述余热锅炉的凝结水输入口连接。
优选的，所述焚烧机构包括喂料装置、焚烧炉和二燃室；所述喂料装置的输出口与所述焚烧炉的输入口连接；所述焚烧炉的输出口与所述二燃室的输入口连接；所述二燃室的高温烟气输出口与所述余热锅炉的高温烟气输入口连接。
优选的，所述焚烧机构还包括计量设备；所述计量设备设置在所述喂料装置和所述焚烧炉之间，用于计量喂入物料的数量。
优选的，所述焚烧机构还包括配风设备；所述配风设备的输出口与所述焚烧机构的空气输入口连接。
优选的，还包括除氧器和给水泵；所述凝结水泵的输出口与所述除氧器的第一输入口连接；所述除氧器的输出口与所述给水泵的输入口连接；所述给水泵的输出口与所述余热锅炉的凝结水输入口连接。
优选的，所述有机工质冷却系统包括有机工质冷凝器、循环水泵和冷却器；所述有机工质发电机的有机工质输出口与所述有机工质冷凝器的第一输入口连接；所述有机工质冷凝器的第一输出口与所述有机工质泵的输入口连接；所述冷却器的输出口与所述循环水泵的输入口连接；所述循环水泵的输出口与所述有机工质冷凝器的第二输入口连接；所述有机工质冷凝器第二输出口与所述冷却器的输入口连接。
优选的，还包括低温烟气换热系统；所述低温烟气换热系统包括低温烟气换热器、有机工质预热器和热水泵；所述除尘器的输出口与所述低温烟气换热器的第一输入口连接；所述低温烟气换热器的第一输出口与所述有机工质预热器的第一输入口连接；所述有机工质预热器的第一输出口与热水泵的输入口连接；所述热水泵的输出口与所述低温烟气换热器的第二输入口连接；所述低温烟气换热器的第二输出口与所述引风机的输入口连接；所述有机工质预热器的第二输入口与所述有机工质泵的输出口连接；所述有机工质预热器的第二输出口与所述有机工质蒸发器的第二输入口连接；所述有机工质蒸发器的第二输出口与所述有机工质预热器的第三输入口连接；所述有机工质预热器的第三输出口与所述凝结水泵的输入口连接。
优选的，所述烟气处理系统还包括干式反应器，所述急冷塔的输出口与所述干式反应器的输入口连接；所述干式反应器的输出口与所述除尘器的输入口连接。
优选的，所述急冷塔为半干式急冷塔。
优选的，还包括空气冷却器，所述空气冷却器的输入口与所述余热锅炉的第二蒸汽输出口连接；所述空气冷却器的输出口与所述除氧器的第二输入口连接。
优选地，还包括压能转换装置，所述压能转换装置设置在所述有机工质蒸发器前，以实现热电转换效率最大化。
本发明所提供的技术方案可以包括以下有益效果：
(1)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，余热锅炉利用工业危险废弃物焚烧过程中产生的高温烟气，使锅炉内的水转变成高温蒸汽，高温蒸汽对有机工质进行加热，有机工质受热膨胀，从而推动有机工质发电机做功发电。高温蒸汽在加热有机工质的同时，温度降低，凝结成水，循环回到余热锅炉。而有机工质膨胀发电后，进入有机工质冷却系统，冷却成液态，由有机工质泵泵入有机工质预热器和有机工质蒸发器，与高温蒸汽(或热水)进行热交换后，进入有机工质发电机做功发电。即该余热发电系统把危险废物焚烧产生的热能转换成电能，有效回收热能，避免热能直接排放；且避免了使用空气冷却器对高温烟气进行冷却时需要为空气冷却器提供大量电能的弊端，该余热发电系统对资源的利用率高，实现了资源的综合利用，减少了CO2排放量；减少了企业电耗，增加了企业经济效益。
(2)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，危险废物在焚烧炉进行高温分解及燃烧后，废物大幅减量，未燃尽的有机物进入二燃室内进一步燃烧，同时向二燃室喷入高热值废液(燃油/气)，确保二燃室的出口烟气温度维持在1100℃至1200℃之间，使烟气中的有机物和二噁英彻底分解，达到无害化的目的。
(3)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统设置有配风设备，配风设备能够保证焚烧炉和二燃室处于富氧运行状态下运行。
(4)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统设置有除氧器，除氧器不仅能除去锅炉给水中的溶解氧，而且能除去水中游离的CO2、NH3、H2S等腐蚀性气体，防止对锅炉给水管道和其它附属设备造成腐蚀。
(5)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统设置有低温烟气换热系统，低温烟气换热系统用于回收烟气中的低温余热，以最大限度的提高余热利用效率。低温烟气换热系统通过烟风阀进行控制，当烟风温度过高时或低温烟气换热器发生故障时，可关闭烟风阀以免影响焚烧线运行，亦可关闭供水阀门，以避免影响余热发电机组的使用。
(6)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统设置有干式反应室，高温烟气经余热锅炉后温度降500-600℃后，随即进入急冷塔进行急冷除酸，烟气温度在1s内急速降至约190℃，避免二噁英等有毒气体的再合成。经急冷后的烟气进入干式反应器，烟气在干式反应器内进一步脱酸，并对重金属及可能再产生的二噁英等物质进行吸附，再进入除尘器进行除尘，保证烟气合格排放。
(7)本发明所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，还可以设置有空气冷却器，空气冷却器与余热锅炉连接，空气冷却器在该系统正常工作时不需要开启，而当发电系统等部件出现故障时，可启用空气冷却器，保证能够正常处理危险废物。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统中焚烧系统的示意图；
图2为本发明实施例所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统中有机工质发电系统的示意图；
附图标记：
焚烧系统：
101、喂料装置；102、焚烧炉；103、二燃室；104、余热锅炉；105、空气冷却器；106、除氧器；107、给水泵；108、急冷塔；109、干式反应器；110、除尘器；111、引风机；112、烟囱；
有机工质发电系统：
201、有机工质发电机；202、有机工质蒸发器；203、有机工质预热器；204、凝结水泵；205、热水泵；206、有机工质泵；207、有机工质冷凝器；208、循环水泵；209、冷却器；210、低温烟气换热器；
管路系统：
301、余热锅炉至有机工质蒸发器的蒸汽管路；302、余热发电系统凝结水至除氧器管路；311、进低温烟气换热器烟风管路；312、出低温烟风换热器烟风管路。
此处的附图并列入说明书并构成说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
具体实施方式
下面，通过具体的实施例并结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，包括焚烧系统和有机工质发电系统；所述焚烧系统包括焚烧机构、余热锅炉104和烟气处理系统；所述焚烧机构设有高温烟气输出口；余热锅炉104设有高温烟气输入口、烟气输出口、凝结水输入口和第一蒸汽输出口；所述焚烧机构的高温烟气输出口与余热锅炉104的高温烟气输入口连接；所述烟气处理系统包括急冷塔108、除尘器110、引风机111和烟囱112；余热锅炉104的烟气输出口与急冷塔108的输入口连接；急冷塔108的输出口与除尘器110的输入口连接；除尘器110的输出口与引风机111的输入口连接；引风机111的输出口与烟囱112的输入口连接；所述有机工质发电系统包括有机工质蒸发器202、有机工质发电机201、有机工质冷却系统、有机工质泵206和凝结水泵204；余热锅炉104的第一蒸汽输出口与所述有机工质蒸发器的第一输入口连接；有机工质蒸发器202的第一输出口与有机工质发电机201的有机工质输入口连接；有机工质发电机201的有机工质输出口与所述有机工质冷却系统的输入口连接；所述有机工质冷却系统的输出口与有机工质泵206的输入口连接；有机工质泵206的输出口与有机工质蒸发器202的第二输入口连接；有机工质蒸发器202的第二输出口与凝结水泵204的输入口连接，凝结水泵204的输出口与余热锅炉104的凝结水输入口连接。
下面，对所述焚烧机构的设置方式作进一步描述。所述焚烧机构包括喂料装置101、焚烧炉102和二燃室103；喂料装置101的输出口与焚烧炉102的输入口连接；焚烧炉102的输出口与二燃室103的输入口连接；二燃室103的高温烟气输出口与余热锅炉104的高温烟气输入口连接。另外，在喂料装置101和焚烧炉102之间可以设置计量设备，用于计量喂入物料的数量。此外，所述焚烧机构还包括配风设备；所述配风设备的输出口与所述焚烧机构的空气输入口连接，配风设备能够保证焚烧炉102和二燃室103处于富氧运行状态下运行。
下面，对该余热发电系统的设置方式作进一步描述。该余热发电系统还包括除氧器106和给水泵107；凝结水泵204的输出口与除氧器106的第一输入口连接；除氧器106的输出口与给水泵107的输入口连接；给水泵107的输出口与余热锅炉104的凝结水输入口连接。
其中，所述有机工质冷却系统包括有机工质冷凝器207、循环水泵208和冷却器209；有机工质发电机201的有机工质输出口与有机工质冷凝器207的第一输入口连接；有机工质冷凝器207的第一输出口与有机工质泵206的输入口连接；冷却器209的输出口与循环水泵208的输入口连接；循环水泵208的输出口与有机工质冷凝器207的第二输入口连接；有机工质冷凝器207第二输出口与冷却器209的输入口连接。
此外，为了最大限度的提高余热利用效率，该用于工业危险废物处置行业的余热发电系统还包括低温烟气换热系统；所述低温烟气换热系统包括低温烟气换热器210、有机工质预热器203和热水泵205；除尘器110的输出口与低温烟气换热器210的第一输入口连接；低温烟气换热器210的第一输出口与有机工质预热器203的第一输入口连接；有机工质预热器203的第一输出口与热水泵205的输入口连接；热水泵205的输出口与低温烟气换热器210的第二输入口连接；低温烟气换热器210的第二输出口与引风机111的输入口连接；有机工质预热器203的第二输入口与有机工质泵206的输出口连接；有机工质预热器203的第二输出口与有机工质蒸发器202的第二输入口连接；有机工质蒸发器202的第二输出口与有机工质预热器203的第三输入口连接；有机工质预热器203的第三输出口与凝结水泵204的输入口连接。
再者，为了进一步吸收烟气中的酸气和重金属颗粒，确保烟气合格排放。所述烟气处理系统还包括干式反应器109，急冷塔108的输出口与干式反应器109的输入口连接；干式反应器109的输出口与除尘器110的输入口连接。急冷塔108优选为半干式急冷塔。
为了避免当发电系统等部件出现故障不能利用高温烟气进行发电，而出现危险废物不能正常处理的现象。该余热发电系统还可以包括空气冷却器105，此时，余热锅炉104设有第二蒸汽输出口；空气冷却器105的输入口与余热锅炉104的第二蒸汽输出口连接；空气冷却器105的输出口与除氧器106的第二输入口连接。而当发电系统等部件出现故障时，可启用空气冷却器105，保证能够正常处理危险废物。
下面，对本发明实施例所提供的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统的工作过程作进一步描述。
其中，图1和图2中，“301、302、311、312”分别代表：余热锅炉至有机工质蒸发器的蒸汽管路301；余热发电系统凝结水至除氧器管路302；进低温烟气换热器烟风管路311；出低温烟风换热器烟风管路312。
a、烟气处理系统
附图1中，危险废物通过喂料装置101进行配伍，固液搭配进入焚烧炉102，产生的烟气进入二燃室103，高热值废液或燃油(气)经计量后喷入二燃室103，再次加热烟气，以确保烟气温度达到1100℃至1200℃，充分消解烟气中的有害物质(特别是二噁英类物质)。高温烟气从二燃室103出来，进入余热锅炉104。余热锅炉104吸收烟气中的热量，产生高温蒸汽。高温烟气在余热锅炉104内降温至500℃，进入急冷塔108中急冷除酸，烟气温度在1秒内从500℃急速冷却到190℃，避免二噁英的再合成。190℃的烟气依次进入干式反应器109、除尘器110，最后通过引风机111和烟囱112，排入大气。
b、汽水管路循环系统
1)在附图1和附图2中，由余热锅炉104产生的高温蒸汽，进入有机工质蒸发器202和有机工质预热器203中与有机工质进行热交换，有机工质被加热蒸发。经热交换后的蒸汽凝结成水，由凝结水泵204打入除氧器106内进行除氧，凝结水在除氧器106中除氧后，由给水泵107泵入余热锅炉104。
2)在附图2中，由低温烟气换热器210产生的高温热水，进入有机工质预热器203，预热有机工质。热水及有机工质热交换后由热水泵205泵到低温烟气换热器210。
c、有机工质循环系统
在附图2中，有机工质在有机工质蒸发器202被加热蒸发变成气态，进入有机工质发电机201做功发电，发电后的乏气进入有机工质冷凝器207，重新变成液态。液态有机工质由有机工质泵206泵入有机工质预热器203，预热后的有机工质进入有机工质蒸发器202，蒸发膨胀发电。
d、冷却水循环系统
为使有机工质重新回到液态，则需在有机工质冷凝器207处加设循环冷却水。在附图2中，冷却水在有机工质冷凝器207中与有机工质进行热交换，冷却有机工质。热交换后的冷却水进入冷却器209进行冷却。冷却后的冷却水由循环水泵208供到有机工质冷凝器207，循环使用。
e、低温烟气换热系统
为最大限度的提高余热利用效率，本发明特别加设低温烟气换热器210，回收除尘器110出口的烟气余热。低温烟气换热器210安装在除尘器110出口的一个旁路上，以烟风阀控制。当烟风温度过高时或低温烟气换热器210故障时，可关闭烟风阀以免影响焚烧线运行，亦可关闭供水阀门，以避免影响余热发电机组的使用。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，包括焚烧系统、有机工质发电系统和低温烟气换热系统；
所述焚烧系统包括焚烧机构、余热锅炉和烟气处理系统；
所述焚烧机构的高温烟气输出口与所述余热锅炉的高温烟气输入口连接；所述烟气处理系统包括急冷塔、除尘器、引风机和烟囱；所述余热锅炉的烟气输出口与所述急冷塔的输入口连接；所述急冷塔的输出口与所述除尘器的输入口连接；所述除尘器的输出口与所述引风机的输入口连接；所述引风机的输出口与所述烟囱的输入口连接；
所述有机工质发电系统包括有机工质蒸发器、有机工质发电机、有机工质冷却系统、有机工质泵和凝结水泵；所述余热锅炉的第一蒸汽输出口与所述有机工质蒸发器的第一输入口连接；所述有机工质蒸发器的第一输出口与所述有机工质发电机的有机工质输入口连接；所述有机工质发电机的有机工质输出口与所述有机工质冷却系统的输入口连接；所述有机工质冷却系统的输出口与所述有机工质泵的输入口连接；所述有机工质泵的输出口与所述有机工质蒸发器的第二输入口连接；所述有机工质蒸发器的第二输出口与所述凝结水泵的输入口连接，所述凝结水泵的输出口与所述余热锅炉的凝结水输入口连接；
所述低温烟气换热系统包括低温烟气换热器、有机工质预热器和热水泵；所述除尘器的输出口与所述低温烟气换热器的第一输入口连接；所述低温烟气换热器的第一输出口与所述有机工质预热器的第一输入口连接；所述有机工质预热器的第一输出口与热水泵的输入口连接；所述热水泵的输出口与所述低温烟气换热器的第二输入口连接；所述低温烟气换热器的第二输出口与所述引风机的输入口连接；
所述有机工质预热器的第二输入口与所述有机工质泵的输出口连接；所述有机工质预热器的第二输出口与所述有机工质蒸发器的第二输入口连接；所述有机工质蒸发器的第二输出口与所述有机工质预热器的第三输入口连接；所述有机工质预热器的第三输出口与所述凝结水泵的输入口连接。
2.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述焚烧机构包括喂料装置、焚烧炉和二燃室；所述喂料装置的输出口与所述焚烧炉的输入口连接；所述焚烧炉的输出口与所述二燃室的输入口连接；所述二燃室的高温烟气输出口与所述余热锅炉的高温烟气输入口连接。
3.根据权利要求2所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述焚烧机构还包括计量设备；所述计量设备设置在所述喂料装置和所述焚烧炉之间，用于计量喂入物料的数量。
4.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述焚烧机构还包括配风设备；所述配风设备的输出口与所述焚烧机构的空气输入口连接。
5.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，还包括除氧器和给水泵；所述凝结水泵的输出口与所述除氧器的第一输入口连接；所述除氧器的输出口与所述给水泵的输入口连接；所述给水泵的输出口与所述余热锅炉的凝结水输入口连接。
6.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述有机工质冷却系统包括有机工质冷凝器、循环水泵和冷却器；所述有机工质发电机的有机工质输出口与所述有机工质冷凝器的第一输入口连接；所述有机工质冷凝器的第一输出口与所述有机工质泵的输入口连接；所述冷却器的输出口与所述循环水泵的输入口连接；所述循环水泵的输出口与所述有机工质冷凝器的第二输入口连接；所述有机工质冷凝器第二输出口与所述冷却器的输入口连接。
7.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述烟气处理系统还包括干式反应器，所述急冷塔的输出口与所述干式反应器的输入口连接；所述干式反应器的输出口与所述除尘器的输入口连接。
8.根据权利要求1所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，所述急冷塔为半干式急冷塔。
9.根据权利要求5所述的用于工业危险废物处置行业的余热发电系统，其特征在于，还包括空气冷却器，所述空气冷却器的输入口与所述余热锅炉的第二蒸汽输出口连接；所述空气冷却器的输出口与所述除氧器的第二输入口连接。
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