CN109282659A - 罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统 - Google Patents

Abstract

罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统包括罐式煅烧炉、煅后焦汽化冷却装置、余热锅炉、汽轮机、发电机、低压锅筒、高压锅筒，余热锅炉包括高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器；低压锅筒与所述煅后焦汽化冷却装置之间形成低压汽水循环回路；低压锅筒与低压蒸发器之间形成低压汽水循环回路；低压锅筒的蒸汽出口与低压过热器连通；高压锅筒与高压蒸发器之间形成高压汽水循环回路；高压锅筒的蒸汽出口与余热锅炉的高压过热器连通，高压过热器的出汽口与汽轮机的主汽口连通，低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽口连通；汽轮机拖动所述发电机发电。本发明提升煅烧工艺的资源利用率，减少炭素厂的外购电量，降低炭素厂的成本。

Description

罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统

技术领域

本发明涉及炭素行业余热利用技术领域，尤其涉及一种罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统。

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。

罐式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，广泛应用于炭素厂和铝厂中。

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，罐式煅烧炉出料口处的高温煅后焦(温度可达1000℃)也蕴含大量的显热，目前采用的方法均是在煅烧炉下方设置冷却水套，通过循环冷却水对高温煅后焦进行冷却，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，显然，这种方式导致了大量的热能浪费。

因此，如果能构建一套煅烧炉余热利用系统，对炭素厂的煅烧炉烟气余热和煅后焦余热进行高效回收，必然能产生非常可观的经济收益。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于煅后焦余热和烟气余热回收一体化的罐式煅烧炉余热发电系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，至少包括罐式煅烧炉、煅后焦汽化冷却装置、余热锅炉、汽轮机、发电机、低压锅筒、高压锅筒，其中：所述罐式煅烧炉的出料口与所述煅后焦汽化冷却装置的进料口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温煅后焦在煅后焦汽化冷却装置中换热降温；所述罐式煅烧炉的烟气出口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；所述余热锅炉内部设置有多级受热面，至少包括高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器；所述低压锅筒通过第一下降管与所述煅后焦汽化冷却装置的进水口连通，通过第一上升管与所述煅后焦汽化冷却装置的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为煅后焦汽化冷却装置供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；所述低压锅筒通过第二下降管与所述余热锅炉的低压蒸发器的进水口连通，通过第二上升管与所述余热锅炉的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为所述低压蒸发器供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；所述低压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的低压过热器连通，所述低压锅筒排出的饱和蒸汽送入所述低压过热器进行过热；所述高压锅筒通过第三下降管与所述余热锅炉的高压蒸发器的进水口连通，通过第三上升管与高压蒸发器出汽口连通，形成一个高压汽水循环回路，所述高压锅筒为所述高压蒸发器供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；所述高压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的高压过热器连通，所述高压锅筒排出的饱和蒸汽送入所述高压过热器进行过热；所述高压过热器的出汽口与汽轮机的主汽口连通，所述低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽口连通；所述汽轮机与所述发电机相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。

优选地，所述余热锅炉内还设置有高压省煤器和低压省煤器，所述高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、低压省煤器在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。

优选地，还包括凝汽器、凝结水泵、除氧器，所述汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、低压省煤器、除氧器的进水口沿汽水流向顺次连通，所述除氧器位于所述低压锅筒上方，所述低压锅筒兼作除氧水箱。

优选地，还包括给水泵，所述低压锅筒的出水口与所述高压省煤器的进水口连通，所述给水泵设置在所述低压锅筒的出水口与所述高压省煤器的进水口之间的连通管路上，所述高压省煤器的出水口与所述高压锅筒的进水口连通，为所述高压锅筒供水。

优选地，还包括循环泵，所述循环泵设置于第一下降管上，以驱动所述低压锅筒与所述煅后焦汽化冷却装置之间的低压汽水强制循环。

优选地，所述低压省煤器的换热面材质采用氟塑料。

优选地，所述系统为单元制或母管制，所述单元制为一台罐式煅烧炉对应一台煅后焦汽化冷却装置、一台余热锅炉和一台汽轮机；所述母管制是多台罐式煅烧炉、多台煅后焦汽化冷却装置、多台余热锅炉对应一台或多台汽轮机。

本发明的有益效果在于：

1)构建了一种基于罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，将罐式煅烧炉的煅后焦余热和烟气余热进行统一回收，并设计成一体化系统，对煅后焦显热采用汽化冷却装置进行回收，对烟气显热采用余热锅炉进行回收，汽化冷却装置产生的饱和蒸汽送入余热锅炉进行过热，余热锅炉出口的过热蒸汽进入汽轮机，驱动汽轮机做功发电，实现了罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热一体化回收利用。本发明整套热力系统科学设计，布局紧凑，占地面积小、投资成本低。

2)对于煅后焦高温余热，与采用水套冷却的常规方式相比，本发明通过汽化冷却装置进行回收利用，转化成宝贵的蒸汽资源，并用于驱动汽轮机发电，大大提升了煅烧工艺的资源利用率，减少了炭素厂的外购电量，降低了炭素厂的生产成本。

3)在汽水系统设计方面，本发明采用煅后焦汽化冷却装置和余热锅炉共用锅筒和除氧器的方式，有效提升了系统的集成度；考虑到煅后焦汽化冷却装置的运行条件，并为了确保其冷却效果，本发明将煅后焦汽化冷却装置设计成低压汽水系统，且采用强制循环模式，通过循环泵驱动整个汽水系统的循环运行，而对于余热锅炉的汽水循环，则采用自然循环模式，以降低系统耗电量，从而使得整套装置在保证系统安全可靠的条件下有效兼顾了系统的节能运行。此外，余热锅炉汽水系统设计成高、低压双压汽水系统，不仅通过大幅降低余热锅炉排烟温度进而从“量”上回收烟气余热，而且按照能量品位高低实现了能源梯级优化利用进而从“质”上回收烟气余热。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明实施例的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统的工艺流程图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

基于罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，包括罐式煅烧炉1、煅后焦汽化冷却装置2、余热锅炉3、汽轮机4、发电机5、凝汽器6、凝结水泵7、除氧器8、低压锅筒9、循环泵10、给水泵11、高压锅筒12。

本实施例的工艺流程如下：

罐式煅烧炉1产生的1000℃左右的高温煅后焦落入设置在煅烧炉下方的煅后焦汽化冷却装置2，经过汽化冷却后温度降低至200℃以下排出；

罐式煅烧炉1产生的900℃左右的高温烟气进入余热锅炉3，在余热锅炉3中放热降温至150～200℃左右后排出。

余热锅炉3内部设置有多级换热器，包括高压过热器301、高压蒸发器302、高压省煤器303、低压过热器304、低压蒸发器305、低压省煤器306，余热锅炉的高压过热器301和低压过热器304产生的高温蒸汽分别作为主蒸汽和补汽送入汽轮机，在汽轮机中膨胀做功后排至凝汽器6，在凝汽器6中冷凝成凝结水，然后通过凝结水泵7加压并送至低压省煤器306进行预热，然后送入除氧器8进行热力除氧，除氧后的水落入低压锅筒9，低压锅筒9通过第一下降管901和第二下降管902将除氧水送入煅后焦汽化冷却装置和低压蒸发器305，煅后焦汽化冷却装置2和低压蒸发器305产生的汽水混合物分别通过第一上升管903和第二上升管904返回低压锅筒9，形成两路低压汽水循环回路。为保证煅后焦汽化冷却装置的可靠运行，在第一下降管901上设置循环泵；低压锅筒9通过出水管并经给水泵11加压后依次送入高压省煤器303和高压锅筒12，高压锅筒12通过第三下降管1202和第三上升管1201与高压蒸发器相连，形成高压汽水循环回路；高压锅筒12的出口蒸汽送至高压过热器301进行过热，然后作为主蒸汽送入汽轮机4；低压锅筒9的出口蒸汽送至低压过热器304进行过热，然后作为补汽送入汽轮机4。汽轮机4与发电机5同轴相连，带动发电机5旋转发电。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，至少包括罐式煅烧炉、煅后焦汽化冷却装置、余热锅炉、汽轮机、发电机、低压锅筒、高压锅筒，其中：

所述罐式煅烧炉的出料口与所述煅后焦汽化冷却装置的进料口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温煅后焦在煅后焦汽化冷却装置中换热降温；

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

所述余热锅炉内部设置有多级受热面，至少包括高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器；

所述低压锅筒通过第一下降管与所述煅后焦汽化冷却装置的进水口连通，通过第一上升管与所述煅后焦汽化冷却装置的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为煅后焦汽化冷却装置供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；

所述低压锅筒通过第二下降管与所述余热锅炉的低压蒸发器的进水口连通，通过第二上升管与所述余热锅炉的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为所述低压蒸发器供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；

所述低压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的低压过热器连通，所述低压锅筒排出的饱和蒸汽送入所述低压过热器进行过热；

所述高压锅筒通过第三下降管与所述余热锅炉的高压蒸发器的进水口连通，通过第三上升管与高压蒸发器出汽口连通，形成一个高压汽水循环回路，所述高压锅筒为所述高压蒸发器供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离；

所述高压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的高压过热器连通，所述高压锅筒排出的饱和蒸汽送入所述高压过热器进行过热；

所述高压过热器的出汽口与汽轮机的主汽口连通，所述低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽口连通；

所述汽轮机与所述发电机相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。

2.如权利要求1所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

所述余热锅炉内还设置有高压省煤器和低压省煤器，所述高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、低压省煤器在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。

3.如权利要求1所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

还包括凝汽器、凝结水泵、除氧器，所述汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、低压省煤器、除氧器的进水口沿汽水流向顺次连通，所述除氧器位于所述低压锅筒上方，所述低压锅筒兼作除氧水箱。

4.如权利要求2所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

还包括给水泵，所述低压锅筒的出水口与所述高压省煤器的进水口连通，所述给水泵设置在所述低压锅筒的出水口与所述高压省煤器的进水口之间的连通管路上，所述高压省煤器的出水口与所述高压锅筒的进水口连通，为所述高压锅筒供水。

5.如权利要求1所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

还包括循环泵，所述循环泵设置于第一下降管上，以驱动所述低压锅筒与所述煅后焦汽化冷却装置之间的低压汽水强制循环。

6.如权利要求2所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

所述低压省煤器的换热面材质采用氟塑料。

7.如权利要求1所述的罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热综合利用的热力发电系统，其特点在于，

所述系统为单元制或母管制，所述单元制为一台罐式煅烧炉对应一台煅后焦汽化冷却装置、一台余热锅炉和一台汽轮机；所述母管制是多台罐式煅烧炉、多台煅后焦汽化冷却装置、多台余热锅炉对应一台或多台汽轮机。