CN106091711A - 一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，包括余热锅炉、热媒泵、汽轮机、水泵、发电机以及一组多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置；余热锅炉包括热煤管路和汽水循环管路；所述多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置的热媒出口与余热锅炉的热煤管路、热媒泵依次连接，热媒泵与各间隙式高温烟道显热回收装置的热媒进口连接；所述余热锅炉的汽水循环管路、汽轮机和水泵依次连接成环；所述发电机与汽轮机连接。该设备利用间隙式高温烟道显热回收装置，采用热媒作为换热介质，与高温烟气间实行间接换热，两者在各间隙式高温烟道取热装置内顺流流动，可产生中、高压过热蒸汽，可顺利实现对高温烟气带出热的有效回收。

Description

一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备

技术领域

本发明涉及一种余热回收装置，尤其是一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，属于节能环保技术领域。

背景技术

炼钢等电炉通常都具有高温烟道，其内部通过的高温烟气温度高达1400～1600℃，通常采用水冷烟道的形式降温，即在烟气通道的外部设置一套筒、或直接在烟道内贴壁设置蛇形管，在两者的环形间隙内或烟道内贴壁蛇形管内通入大量的循环冷却水，低温冷却水进入后吸收高温烟气释放的热量，温度升高，再进入外部的空冷器降温，然后再次进入水冷烟道的环形空间。然而，这种方法不仅热量没有回收，还增加了一套空冷系统和循环水系统，耗能极大。

为了回收电炉高温烟气的余热，将水冷烟道做成汽化冷却器，即在环形间隙的下部通入冷水，上部产生低压饱和蒸汽，高温烟气的热量得到了一定的回收，但一方面由于高温烟气的量较大，产生的低压饱和蒸汽量也较大，远远超过工艺需求，另一方面，由于电炉高温烟气的间断性排放的特点，而不管是循环冷却水的水冷烟道还是汽化冷却器的结构，高温烟气的通道壁处于高温-低温-高温-低温的交变温度下工作，使得高温烟气的通道壁产生极大的疲劳应力，容易损坏，寿命极短，严重影响了这些冷却装置的使用和电炉系统的正常运行。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备。

技术方案：本发明提供的一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，包括余热锅炉、热媒泵、汽轮机、水泵、发电机以及一组多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置；余热锅炉包括热煤管路和汽水循环管路；所述多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置的热媒出口与余热锅炉的热煤管路、热媒泵依次连接，热媒泵与各间隙式高温烟道显热回收装置的热媒进口连接；所述余热锅炉的汽水循环管路、汽轮机和水泵依次连接成环；所述发电机与汽轮机连接。

作为改进，所述间隙式高温烟道显热回收装置包括烟气通道、换热管；所述烟气通道自内而外依次包括纳米黑体层、内筒壁、中间介质层、保温层和外筒壁；所述换热管螺旋设置于中间介质层内，其热媒进口设于烟气通道的外筒壁下部，其热媒出口设于烟气通道的外筒壁上部；所述烟气通道内壁上设有一组直翅片或钉头；所述烟气通道内活动设有扰流件。

作为进一步改进，所述间隙式高温烟道显热回收装置还包括联锁控制的温度传感器和第一阀门、第二阀门；所述温度传感器设于烟气通道的进口处，所述第一阀门设于热媒进口上，所述第二阀门设于热媒出口上；所述温度传感器与第一阀门、第二阀门连接并输出信号至第一阀门、第二阀门。

本发明还提供了一种多点间隙式高温烟道显热回收发电方法，利用上述设备对高温烟道显热多点间隙式回收发电，包括以下步骤：

多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置回收来自于不同位置的高温烟道的余热，在热媒进口上安装的第一阀门和热媒出口上安装的第二阀门由温度传感器根据高温烟气的进口温度联锁控制：由于高温烟道是间隙式工作，高温烟气的流通具有周期性、间断性的特点，当多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置中的任何一个烟气通道内烟气的进口温度小于等于规定数值时，各热媒进口上的第一阀门、热媒出口上的第二阀门同时关闭；当烟气通道进口温度大于规定数值时，各热媒进口上的第一阀门、热媒出口上的第二阀门同时打开，使间隙式高温烟道显热回收装置回收来自于不同位置的高温烟道的余热；

低温热媒在热媒泵的作用下由低温热媒总管分配进入每个间隙式高温烟道显热回收装置的换热管内，低温热媒在换热管内吸收由各间隙式高温烟道显热回收装置内烟气的放热量变成高温热媒，吸热后的高温热媒汇总进入高温热媒总管，再进入余热锅炉的热煤管路，在余热锅炉内放热后变成低温热媒，完成一次循环；

冷水在水泵的驱动下进入余热锅炉的汽水循环管路，在余热锅炉内吸收高温热媒放出的热量变成过热蒸汽，进入汽轮机膨胀做功放热，带动发电机发电，过热蒸汽做功放热后变成低压冷凝水，完成一次循环。

本发明还提供了一种间隙式高温烟道显热回收装置，包括烟气通道、换热管；所述烟气通道自内而外依次包括纳米黑体层、内筒壁、中间介质层、保温层和外筒壁；所述换热管螺旋设置于中间介质层内，其热媒进口设于烟气通道的外筒壁下部，其热媒出口设于烟气通道的外筒壁上部；所述烟气通道内壁上设有一组直翅片或钉头；所述烟气通道内活动设有扰流件。

作为改进，所述中间介质层的厚度为根据传热计算确定，其内部填充中间介质，所述中间介质为高导热率的均温介质。本发明选择特定的中间介质同时设定了中间介质层的厚度，其相互配合具有特定的目的：一方面该中间介质具有吸收和储存来自于烟道内的烟气放热量的作用，另一方面利用该中间介质及确定的温度可以使烟道内壁和中间介质层内的换热管之间产生一定的温度差，确保内筒壁的温度在合适的范围：如内筒壁温度过高，导致材料超过许用温度，使得使用不安全；若内筒壁温度过低，则高温烟气中所含的对内筒壁具有腐蚀性的大量物质会结露凝结，降低了设备的使用寿命；第三，本发明选择的中间介质层为固体或液体，但其在工作状态不存在相变，以保持相对固定的体积，不存在较大的热胀冷缩。

作为另一种改进，还包括联锁控制的温度传感器和第一阀门、第二阀门；所述温度传感器设于烟气通道的进口处，所述第一阀门设于热媒进口上，所述第二阀门设于热媒出口上；所述温度传感器与第一阀门、第二阀门连接并输出信号至第一阀门、第二阀门。

作为另一种改进，所述扰流件为绕花丝或麻花杆或其他具有扰流作用的部件，活动性地设置于烟气通道内，可以拆卸、更换。

作为另一种改进，所述内筒壁为耐高温、防腐蚀、高导热率的金属材质通道，其顶部设有第一膨胀节。

作为另一种改进，所述外筒壁为耐高温、防腐蚀、高导热率的金属材质通道，其中部设有第二膨胀节；其下部设有工艺小孔。

有益效果：本发明提供的多点间隙式高温烟道显热回收发电设备利用间隙式高温烟道显热回收装置，采用热媒作为换热介质，与高温烟气间实行间接换热，两者在各高温烟道取热装置内顺流流动，回收的热量可产生中、高压过热蒸汽，可顺利实现对高温烟气带出热的有效回收，达到发电、产生高品位能量的目的。

本发明提供的间隙式高温烟道显热回收装置结构简单、使用方便，在保持高效回收余热的同时，能够保证外壁温度低，使用更安全。

本发明采用以下几方面措施保证了热回收率：

第一，通过在高温烟气通道的内壁表面设置直翅片或钉头，扩展了传热面，强化了烟气与内壁间的传热；

第二，通过在高温烟气通道内设置扰流件，增强了烟气的扰动，达到强化烟气与内壁间的传热；

第三，烟气通道的内表面上设有纳米黑体层，其具有极高的热传导能力，其将吸收到的高温烟气热量传入中间介质层中；

第四，通过设置保温层作为外层保护层，可有效防止热量损失和装置受到外界的冲击。

附图说明

图1为本发明多点间隙式高温烟道显热回收发电设备的结构示意图。

图2为本发明间隙式高温烟道显热回收装置的结构示意图。

图3为直翅片或钉头的设置示意图。

图4为本发明间隙式高温烟道显热回收装置的局部放大图。

具体实施方式

下面对本发明多点间隙式高温烟道显热回收发电设备作出进一步说明。

多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，见图1，包括余热锅炉22、热媒泵23、汽轮机24、水泵25、发电机26以及一组多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置21；余热锅炉22包括热煤管路和汽水循环管路；多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置21的热媒出口10与余热锅炉22的热煤管路、热媒泵23依次连接，热媒泵23与各间隙式高温烟道显热回收装置21的热媒进口9连接；余热锅炉22的汽水循环管路、汽轮机24和水泵25依次连接成环；发电机26与汽轮机24连接。

间隙式高温烟道显热回收装置21，见图2至4，包括烟气通道1，换热管2，联锁控制的温度传感器13和第一阀门14、第二阀门15；烟气通道1自内而外依次包括纳米黑体层4、内筒壁5、中间介质层6、保温层7和外筒壁8；换热管2螺旋设置于中间介质层6内，其热媒进口9设于烟气通道1的外筒壁8下部，其热媒出口10设于烟气通道1的外筒壁8上部；烟气通道1内壁上设有一组直翅片或钉头11；烟气通道1内活动设有扰流件12；温度传感器13设于烟气通道1的进口处，第一阀门14设于热媒进口9上，第二阀门15设于热媒出口10上；温度传感器13与第一阀门14、第二阀门15连接并输出信号至第一阀门14、第二阀门15。

利用上述设备对高温烟道显热多点间隙式回收发电，包括以下步骤：

(1)多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置21回收来自于不同位置的高温烟道的余热，在热媒进口9上安装的第一阀门14和热媒出口10上安装的第二阀门15由温度传感器13根据高温烟气的进口温度联锁控制：由于高温烟道是间隙式工作，高温烟气的流通具有周期性、间断性的特点，当多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置21中的任何一个烟气通道1内烟气的进口温度小于等于规定数值时，各热媒进口9上的第一阀门14、热媒出口10上的第二阀门15同时关闭；当烟气通道1进口温度大于规定数值时，各热媒进口9上的第一阀门14、热媒出口10上的第二阀门15同时打开，使间隙式高温烟道显热回收装置21回收来自于不同位置的高温烟道的余热；

(2)低温热媒在热媒泵23的作用下由低温热媒总管分配进入每个间隙式高温烟道显热回收装置21的换热管2内，低温热媒在换热管2内吸收由各间隙式高温烟道显热回收装置21内烟气的放热量变成高温热媒，吸热后的高温热媒汇总进入高温热媒总管，再进入余热锅炉22的热煤管路，在余热锅炉22内放热后变成低温热媒，完成一次循环；

(3)冷水在水泵25的驱动下进入余热锅炉22的汽水循环管路，在余热锅炉22内吸收高温热媒放出的热量变成过热蒸汽，进入汽轮机24膨胀做功放热，带动发电机26发电，过热蒸汽做功放热后变成低压冷凝水，完成一次循环。

以某厂采用循环水冷却的60T炼钢电炉为例，其高温烟气量达70000Nm³/h，温度达1400℃，目前，经水冷烟道后的烟气温度降至800℃，此600℃的降温需要的循环水量(32℃升温至42℃)为1450T/h。

对其改造，利用本发明多点间隙式高温烟道显热回收发电设备回收余热发电，可产2.5MPa蒸汽22T/h，将产生的蒸汽用于发电，发电量2700kWH/h，经济效益相当可观。改造后，一方面生产出了高品位中压蒸汽可用于发电，另一方面减少了原有的循环冷却水系统，减少了循环水的输送、空冷塔(利用空气将42℃水冷却至32℃)及其配套装置(水泵、风机)等的电耗，减少了向空气中的排放热量，改善了环境，达到了节能减排和环保的目的。

Claims (10)

1.一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，其特征在于：包括余热锅炉(22)、热媒泵(23)、汽轮机(24)、水泵(25)、发电机(26)以及一组多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置(21)；余热锅炉(22)包括热煤管路和汽水循环管路；所述多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置(21)的热媒出口(10)与余热锅炉(22)的热煤管路、热媒泵(23)依次连接，热媒泵(23)与各间隙式高温烟道显热回收装置(21)的热媒进口(9)连接；所述余热锅炉(22)的汽水循环管路、汽轮机(24)和水泵(25)依次连接成环；所述发电机(26)与汽轮机(24)连接。

2.根据权利要求1所述的一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，其特征在于：所述间隙式高温烟道显热回收装置(21)包括烟气通道(1)、换热管(2)；所述烟气通道(1)自内而外依次包括纳米黑体层(4)、内筒壁(5)、中间介质层(6)、保温层(7)和外筒壁(8)；所述换热管(2)螺旋设置于中间介质层(6)内，其热媒进口(9)设于烟气通道(1)的外筒壁(8)下部，其热媒出口(10)设于烟气通道(1)的外筒壁(8)上部；所述烟气通道(1)内壁上设有一组直翅片或钉头(11)；所述烟气通道(1)内活动设有扰流件(12)。

3.根据权利要求2所述的一种多点间隙式高温烟道显热回收发电设备，其特征在于：所述间隙式高温烟道显热回收装置(21)还包括联锁控制的温度传感器(13)和第一阀门(14)、第二阀门(15)；所述温度传感器(13)设于烟气通道(1)的进口处，所述第一阀门(14)设于热媒进口(9)上，所述第二阀门(15)设于热媒出口(10)上；所述温度传感器(13)与第一阀门(14)、第二阀门(15)连接并输出信号至第一阀门(14)、第二阀门(15)。

4.一种多点间隙式高温烟道显热回收发电方法，其特征在于：利用权利要求1至3任一项的设备对高温烟道显热多点间隙式回收发电，包括以下步骤：

(1)多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置(21)回收来自于不同位置的高温烟道的余热，在热媒进口(9)上安装的第一阀门(14)和热媒出口(10)上安装的第二阀门(15)由温度传感器(13)根据高温烟气的进口温度联锁控制：由于高温烟道是间隙式工作，高温烟气的流通具有周期性、间断性的特点，当多个多点并联设置的间隙式高温烟道显热回收装置(21)中的任何一个烟气通道(1)内烟气的进口温度小于等于规定数值时，各热媒进口(9)上的第一阀门(14)、热媒出口(10)上的第二阀门(15)同时关闭；当烟气通道(1)进口温度大于规定数值时，各热媒进口(9)上的第一阀门(14)、热媒出口(10)上的第二阀门(15)同时打开，使间隙式高温烟道显热回收装置(21)回收来自于不同位置的高温烟道的余热；

(2)低温热媒在热媒泵(23)的作用下由低温热媒总管分配进入每个间隙式高温烟道显热回收装置(21)的换热管(2)内，低温热媒在换热管(2)内吸收由各间隙式高温烟道显热回收装置(21)内烟气的放热量变成高温热媒，吸热后的高温热媒汇总进入高温热媒总管，再进入余热锅炉(22)的热煤管路，在余热锅炉(22)内放热后变成低温热媒，完成一次循环；

(3)冷水在水泵(25)的驱动下进入余热锅炉(22)的汽水循环管路，在余热锅炉(22)内吸收高温热媒放出的热量变成过热蒸汽，进入汽轮机(24)膨胀做功放热，带动发电机(26)发电，过热蒸汽做功放热后变成低压冷凝水，完成一次循环。

5.一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：包括烟气通道(1)、换热管(2)；所述烟气通道(1)自内而外依次包括纳米黑体层(4)、内筒壁(5)、中间介质层(6)、保温层(7)和外筒壁(8)；所述换热管(2)螺旋设置于中间介质层(6)内，其热媒进口(9)设于烟气通道(1)的外筒壁(8)下部，其热媒出口(10)设于烟气通道(1)的外筒壁(8)上部；所述烟气通道(1)内壁上设有一组直翅片或钉头(11)；所述烟气通道(1)内活动设有扰流件(12)。

6.根据权利要求5所述的一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：所述中间介质层(6)的厚度为按照传热计算确定，所述中间介质层为高导热率均温介质。

7.根据权利要求5所述的一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：还包括联锁控制的温度传感器(13)和第一阀门(14)、第二阀门(15)；所述温度传感器(13)设于烟气通道(1)的进口处，所述第一阀门(14)设于热媒进口(9)上，所述第二阀门(15)设于热媒出口(10)上；所述温度传感器(13)与第一阀门(14)、第二阀门(15)连接并输出信号至第一阀门(14)、第二阀门(15)。

8.根据权利要求5所述的一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：所述扰流件(12)为绕花丝或麻花杆、或其他种类扰流件，活动性地设置于烟气通道(1)内。

9.根据权利要求5所述的一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：所述内筒壁(5)为耐高温、防腐蚀、高导热率的金属材质通道，其顶部设有第一膨胀节(16)。

10.根据权利要求5所述的一种间隙式高温烟道显热回收装置，其特征在于：所述外筒壁(8)为耐高温、防腐蚀、高导热率的金属材质通道，其中部设有第二膨胀节(17)；其下部设有工艺小孔(3)。