CN107166979B - 炭素厂煅烧炉余热综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炭素厂煅烧炉余热综合利用系统，包括煅烧炉、余热锅炉、汽轮机和凝汽器，煅烧炉烟气出口与余热锅炉烟气进口连通，煅烧炉高温烟气在余热锅炉中换热降温；余热锅炉蒸汽出口与汽轮机蒸汽进口连通，余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机旋转做功；汽轮机排汽口与凝汽器进汽口连通；凝汽器冷却水进口与供热外网回水管道连通，凝汽器通过供热外网回水进行冷却；凝汽器的冷却水出口与煅烧炉的煅烧炉水套冷却水进口连通，煅烧炉水套通过凝汽器出口的冷却水进行冷却；煅烧炉水套热水出口与供热外网供水管道连通，煅烧炉水套热水出口向供热外网提供热水。该系统将煅烧炉烟气余热和水套冷却水余热进行高效回收，实现了对煅烧炉余热资源的深度利用。

Description

炭素厂煅烧炉余热综合利用系统

技术领域

本发明涉及炭素行业余热利用技术领域，尤其涉及一种炭素厂煅烧炉余热综合利用系统。

背景技术

炭素材料是电解铝生产工艺的主要原料之一，炭素材料制品的生产是制约铝工业发展的关键环节。我国铝工业近几年来发展进入快速通道，铝用炭素随之发展，炭素材料制品产能已从几年前的百万吨级增加到现在的千万吨级，而且还在以一定增速发展。

煅烧炉是炭素生产工艺中的主要设备之一，能够锻烧不同挥发份含量的石油焦,具有锻烧料质量稳定、炭质烧损率低、锻后焦的堆积密度高、操作简单、维护工作量小、连续生产周期长等优点，因此，广泛应用于炭素厂、铝厂和焦炭行业中。

在采用煅烧炉对原料进行煅烧时，石油焦挥发分燃烧产生的热量除可供锻烧石油焦所需之外，还有大量的富余热量随烟气排出，烟气温度甚至高达900℃。根据热平衡计算，原料锻烧吸热只占煅烧炉热支出的33.5％，而被煅烧烟气所带走的热量占整个煅烧炉热支出的47.9％。然而，由于煅烧炉烟气有个明显特征，即烟气温度高，但是烟气量小，这就导致炭素厂对于煅烧炉高温烟气的余热回收不太积极，甚至有许多炭素厂采用鼓风冷却的方式，即通过大功率鼓风机将低温空气混入高温烟气，进行强制降温然后排入大气，造成宝贵的烟气余热资源白白浪费，而且大功率鼓风机的新增耗电量也带来了炭素生产成本的提升。

此外，罐式煅烧炉在出料端设置有冷却水套，用于对高温煅后焦(可达1000℃以上)进行冷却，冷却水套内的冷却水与煅烧炉的煅后焦间接换热，吸热后的冷却水送至冷却塔散热，然后重新返回水套，作为冷却水套进水，如此循环。水套的冷却水出水蕴含有大量的热量，数量非常可观，但是其最大的劣势在于温度过低，只有50℃左右，属于低温余热，品位极低，所以其利用非常困难，炭素厂一般不会考虑对该部分热源进行回收利用。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种能够对炭素厂的煅烧炉烟气、水套冷却水等余热资源进行综合回收利用，将高温、小流量的烟气余热和低温、大流量的水套冷却水余热进行高效回收的炭素厂煅烧炉余热综合利用系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种炭素厂煅烧炉余热综合利用系统，包括煅烧炉、余热锅炉、汽轮机和凝汽器，其中，所述煅烧炉的烟气出口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；所述余热锅炉的蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽进口连通，所述余热锅炉产生的蒸汽驱动所述汽轮机旋转做功；所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通；所述凝汽器的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器通过供热外网的回水进行冷却；所述凝汽器的冷却水出口与所述煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口连通，所述煅烧炉水套通过凝汽器的冷却水出口排出的冷却水进行冷却；所述煅烧炉水套的热水出口与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套的热水出口向供热外网提供热水。

所述的余热综合利用系统，其中，还包括引风机、脱硫装置和烟囱，所述余热锅炉的烟气出口与所述引风机、脱硫装置和烟囱沿烟气流向顺次连通，所述余热锅炉的排烟经过引风机升压后进入脱硫装置进行脱硫处理，然后通过烟囱排向大气。

所述的余热综合利用系统，其中，还包括凝结水泵和除氧给水系统，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵、除氧给水系统、所述余热锅炉的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器的出口凝结水经过所述凝结水泵加压后进入除氧给水系统进行处理，然后作为余热锅炉的给水进入余热锅炉。

所述的余热综合利用系统，其中，所述汽轮机设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水系统提供加热汽源。

所述的余热综合利用系统，其中，所述除氧给水系统包括除氧器和给水泵，所述汽轮机的抽汽口与所述除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供加热汽源，所述除氧器的出水口与所述给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口与余热锅炉的给水进口连通。

所述的余热综合利用系统，其中，还包括发电机，所述发电机与所述汽轮机同轴相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。

所述的余热综合利用系统，其中，所述煅烧炉水套的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。

本发明的有益效果在于：

1)由于煅烧炉的烟气温度高、品位高，因此通过余热锅炉结合汽轮发电机组将高品位的烟气热能转换为高品质的电能；同时将汽轮机凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水余热进行回收，考虑到冷却水温度低、品位低，余热很难利用，因此将冷却水余热用于对外供应热水，与传统的循环冷却水通过冷却塔排向大气的方式相比，具有显著的经济效益；

2)汽轮机、凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水换热系统采用串联方式，冷却水先进入凝汽器冷却系统进行一次换热，然后进入水套冷却系统二次换热，这是充分考虑两个换热系统热源特征后的优化设计，其与并联连接方式相比，系统所需的冷却水总量大幅减小，而与先进入水套冷却系统再进入凝汽器冷却系统的串联方式相比，显然本发明可以明显改善凝汽器的冷却效果，提高凝汽器真空，从而大大提高汽轮发电机组的发电量；

3)本发明构建了一种炭素厂煅烧炉余热综合利用系统，对炭素厂煅烧炉的几种余热资源进行统筹规划，将高温、小流量的烟气余热和低温、大流量的水套冷却水余热进行综合回收，实现了对炭素厂煅烧炉余热的梯级利用和科学用能，且系统集成度高，可实施性强；

4)本发明整套余热利用系统的综合热效率可达80％以上，较单纯余热发电方式相比(整体热效率只能达到25％左右)，能源综合利用效率显著提高。

附图说明

通过参考以下具体实施方式的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1是本发明所述炭素厂煅烧炉余热综合利用系统的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是本发明所述炭素厂煅烧炉余热综合利用系统的示意图，如图1所示，所述余热综合利用系统包括煅烧炉1、余热锅炉2、汽轮机6和凝汽器7，其中：

所述煅烧炉1的烟气出口与所述余热锅炉2的烟气进口连通，所述煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；

所述余热锅炉2的蒸汽出口与所述汽轮机6的蒸汽进口连通，所述余热锅炉产生的蒸汽驱动所述汽轮机旋转做功；

所述汽轮机6的排汽口与所述凝汽器7的进汽口连通；

所述凝汽器7的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器7通过供热外网的回水进行冷却；

所述凝汽器7的冷却水出口与所述煅烧炉1的煅烧炉水套1-1的冷却水进口连通，所述煅烧炉水套1-1通过凝汽器7的冷却水出口排出的冷却水进行冷却；

所述煅烧炉水套1-1的热水出口与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套1-1的热水出口向供热外网提供热水。

优选地，所述煅烧炉水套1-1采用逆流换热，所述煅烧炉水套1-1的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套1-1的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。

另外，优选地，所述余热综合利用系统还包括发电机10，所述发电机10与所述汽轮机6同轴相连，所述汽轮机6拖动所述发电机10发电。

在本发明的一个可选实施例中，上述余热综合利用系统还包括凝结水泵8和除氧给水系统9，所述凝汽器7的凝结水出口与凝结水泵8、除氧给水系统9、所述余热锅炉2的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器7的出口凝结水经过所述凝结水泵8加压后进入除氧给水系统9进行处理，然后作为余热锅炉2的给水进入余热锅炉2。

优选地，所述汽轮机6设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水系统9提供加热汽源。

进一步，优选地，所述除氧给水系统9包括除氧器(未示出)和给水泵(未示出)，所述汽轮机的抽汽口与所述除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供加热汽源，所述除氧器的出水口与所述给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口与余热锅炉2的给水进口连通。

上述余热综合利用系统考虑到煅烧炉烟气温度高、品位高，因此通过余热锅炉结合汽轮发电机组将高品位的烟气热能转换为高品质的电能；而将汽轮机凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水余热进行回收时，考虑到该冷却水温度低、品位低，余热很难利用，最终以供热为目的，将冷却水余热用于对外供应热水，与传统的循环冷却水通过冷却塔排向大气进而造成冷源损失的方式相比，本发明将热网回水作为凝汽器冷却系统的换热介质，利用排汽的凝结热来加热冷却水，将该冷却水用于热水供暖，从而将排汽凝结热加以利用，使整套余热利用系统的循环热效率大大提高，具有显著的经济效益。

此外，汽轮机凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水换热系统采用串联方式，冷却水先进入凝汽器冷却系统，然后进入水套冷却系统，是充分考虑两个换热系统热源特征后的优化设计，与并联连接相比，系统所需的冷却水总量大幅减小，而与先进入水套冷却系统再进入凝汽器冷却系统的串联方式相比，可以明显改善凝汽器的冷却效果，提高凝汽器真空，从而大大提高汽轮发电机组的发电量。

在本发明的一个可选实施例中，上述余热综合利用系统还包括引风机3、脱硫装置4和烟囱5，所述余热锅炉2的烟气出口与所述引风机3、脱硫装置4和烟囱5沿烟气流向顺次连通，所述余热锅炉2的排烟经过引风机3升压后进入脱硫装置4进行脱硫处理，然后通过烟囱5排向大气。

上述炭素厂煅烧炉余热综合利用系统的工艺流程如下：

汽水系统流程：余热锅炉2产生的高温蒸汽进入汽轮机6，在汽轮机6中膨胀做功后进入凝汽器7，在凝汽器7中降温并凝结成凝结水，然后通过凝结水泵8打入除氧给水系统9，在除氧给水系统9中经过除氧器除氧后，通过给水泵送回至余热锅炉2，作为余热锅炉的给水，从而完成一个汽水循环流程。

冷却水系统流程：供热外网的回水作为凝汽器7的冷却水源，进入凝汽器7的冷却水进口，在凝汽器7中一次换热后进入煅烧炉水套1-1冷却水进口，作为煅烧炉水套1-1的冷却水源在煅烧炉水套中进行二次换热，煅烧炉水套的热水出口与供热外网的热水母管连通，向供热外网供应热水。

烟气系统流程：煅烧炉1产生的800℃～900℃的高温烟气进入余热锅炉2，在余热锅炉2中放热后降温至150～200℃左右通过引风机3送至脱硫装置4，在脱硫装置4中经过烟气脱硫处理后进入烟囱，排向大气。

上述炭素厂煅烧炉余热综合利用系统，对炭素厂煅烧炉的几种余热资源进行统筹规划、综合回收，实现了煅烧炉余热的梯级利用和科学用能，具有显著的经济效益。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (7)

1.一种炭素厂煅烧炉余热综合利用系统，其特征在于，包括煅烧炉、余热锅炉、汽轮机和凝汽器，其中，

所述煅烧炉的烟气出口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；

所述余热锅炉的蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽进口连通，所述余热锅炉产生的蒸汽驱动所述汽轮机旋转做功；

所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通；

所述凝汽器的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器通过供热外网的回水进行冷却；

所述凝汽器的冷却水出口与所述煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口连通，所述煅烧炉水套通过凝汽器的冷却水出口排出的冷却水进行冷却；

所述煅烧炉水套的热水出口与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套的热水出口向供热外网提供热水。

2.根据权利要求1所述的余热综合利用系统，其特征在于，还包括引风机、脱硫装置和烟囱，所述余热锅炉的烟气出口与所述引风机、脱硫装置和烟囱沿烟气流向顺次连通，所述余热锅炉的排烟经过引风机升压后进入脱硫装置进行脱硫处理，然后通过烟囱排向大气。

3.根据权利要求1所述的余热综合利用系统，其特征在于，还包括凝结水泵和除氧给水系统，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵、除氧给水系统、所述余热锅炉的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器的出口凝结水经过所述凝结水泵加压后进入除氧给水系统进行处理，然后作为余热锅炉的给水进入余热锅炉。

4.根据权利要求3所述的余热综合利用系统，其特征在于，所述汽轮机设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水系统提供加热汽源。

5.根据权利要求4所述的余热综合利用系统，其特征在于，所述除氧给水系统包括除氧器和给水泵，所述汽轮机的抽汽口与所述除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供加热汽源，所述除氧器的出水口与所述给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口与余热锅炉的给水进口连通。

6.根据权利要求1所述的余热综合利用系统，其特征在于，还包括发电机，所述发电机与所述汽轮机同轴相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。

7.根据权利要求1所述的余热综合利用系统，其特征在于，所述煅烧炉水套的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。