CN109520318B - 一种蓄热式高温烟气余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄热式高温烟气余热利用系统，用于例如制硅等领域中产生的高温不稳定烟气的余热利用。该系统在蓄/释热阶段，高温烟气与填充内的蓄热介质直接接触，具有系统简单，热能品位高、使用温度域宽、成本低、蓄热效率高、操作安全等优点。该系统不仅可以把热源产生的不稳定高温烟气直接储存并稳定的输出，提高余热锅炉发电系统效率，同时也能把余热锅炉出来的高温烟气再次利用，提高热源的进气温度，大大减少用电量，提高整体机组的利用效率。也适用于中高温太阳能热发电及工业高温余热利用等其他中高温蓄热领域中，同时还可以与大规模物理储能，如压缩空气储能系统进行能源利用梯级互补，提高能源的利用效率。
Description
技术领域
本发明属于余热利用技术领域，具体涉及一种蓄热式高温烟气余热利用系统，用于例如制硅电弧炉等产生的高温不稳定烟气的余热利用。
背景技术
目前，我国在能源供给和利用上还存在能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源安全利用水平有待进一步提高等问题，发展“安全、高效、低碳”的能源技术势在必行。工业是我国的主要能耗领域，约占国家总能耗的70％，主要工业产品单位平均能耗比国际先进水平高出30％左右，其中工业余热利用率低，能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。主要是由于现有工业余热资源均存在一定的不稳定、品质较差、回收困难等问题，严重限制了我国的余热回收事业，必须通过储热技术来解决。储热技术将工业余热资源中不稳定部分、过高品质或过低品质以热能形式储存，在需要用热或用电的时候再平稳输出，以解决余热资源的回收难的同时，更大程度利用工业余热，提高系统经济性，同时减少污染物排放，有利于环境治理。
基于制硅厂在产硅过程中产生大量的高温烟气，带走巨大热量，为了把大量高温烟气余热利用起来，在电弧炉后面的烟气出口连接两台余热蒸汽锅炉，但是余热蒸汽锅炉的入口烟气温度波动太大，锅炉对进口烟气温度要求在450-500℃，但实际烟气的温度范围为300-700℃，因此现有工况具有缩短锅炉自身的使用寿命、蒸汽量产出波动大、蒸汽透平的发电效率低等问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种蓄热式高温烟气余热利用系统，该系统一方面利用了高温蓄热装置的蓄热释热提高并稳定了余热锅炉进口温度区，另一方面利用了低温蓄热装置的蓄热释热对进入例如制硅电弧炉等排气温度不稳定的热源的空气进行预热。该系统不仅可以把热源产生的不稳定高温烟气直接储存并稳定的输出，提高余热锅炉发电系统效率，同时也能把余热锅炉出来的高温烟气再次利用，提高热源的进气温度，大大减少用电量，提高整体机组的利用效率。同时也适用于中高温太阳能热发电及工业高温余热利用领域中，同时还可以与大规模物理储能，如压缩空气储能系统进行能源利用梯级互补，提高能源的利用效率。
本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案是：
一种蓄热式高温烟气余热利用系统，所述系统至少包括一第一低温蓄热装置、一第二低温蓄热装置、一高温蓄热装置、一烟气排放温度不稳定的热源和一余热锅炉，其特征在于，
--所述第一低温蓄热装置和第二低温蓄热装置并联设置，
每一低温蓄热装置的入口均连通一低温空气进气管线和一高温烟气进气管线，所述低温空气进气管线和高温烟气进气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的低温空气进气管线均与大气连通或均与一鼓风机的出口连通，每一低温蓄热装置的高温烟气进气管线均与所述余热锅炉的烟气出口连通；
每一低温蓄热装置的出口均连通一高温空气排气管线和一低温烟气排气管线，所述高温空气排气管线和低温烟气排气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的高温空气排气管线均与所述热源的进气口连通，每一低温蓄热装置的低温烟气排气管线均与大气连通或均与一烟筒连通；
当所述第一低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第二低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第一低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第二低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
当所述第二低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第一低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第二低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第一低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
--所述热源的排气管线的末端至少分为一第一支路和一第二支路，所述第一支路与所述高温蓄热装置的底部接口连通并通过所述高温蓄热装置的上部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述第二支路与所述高温蓄热装置的上部接口连通并通过所述高温蓄热装置的底部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口以及所述余热锅炉的烟气进口处均设置有控制阀，
当所述热源的排气温度较低时，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的底部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的上部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度较高时，所述热源排出的烟气经所述第二支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
优选地，所述热源的排气管线还包括一第三支路，所述第三支路直接与所述余热锅炉的烟气进口连通，且，
当所述热源的排气温度处于低温阶段时，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的底部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的上部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于中温阶段时，所述制硅电弧炉排出的烟气经所述第三支路直接进入所述余热锅炉中；
当所述制硅电弧炉的排气温度处于高温阶段时，所述制硅电弧炉排出的烟气经所述第二支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
除了上述技术方案及优选例外，本发明还提供了第二种结构形式的技术方案，所述技术方案为：
一种蓄热式高温烟气余热利用系统，所述系统至少包括一第一低温蓄热装置、一第二低温蓄热装置、一高温蓄热装置、一烟气排放温度不稳定的热源和一余热锅炉，其特征在于，
--所述第一低温蓄热装置和第二低温蓄热装置并联设置，
每一低温蓄热装置的入口均连通一低温空气进气管线和一高温烟气进气管线，所述低温空气进气管线和高温烟气进气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的低温空气进气管线均与大气连通或均与一鼓风机的出口连通，每一低温蓄热装置的高温烟气进气管线均与所述余热锅炉的烟气出口连通；
每一低温蓄热装置的出口均连通一高温空气排气管线和一低温烟气排气管线，所述高温空气排气管线和低温烟气排气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的高温空气排气管线均与所述热源的进气口连通，每一低温蓄热装置的低温烟气排气管线均与大气连通或均与一烟筒连通；
当所述第一低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第二低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第一低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第二低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
当所述第二低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第一低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第二低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第一低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
--所述热源的排气管线的末端至少分为一第一支路和一第二支路，所述第一支路与所述高温蓄热装置的上部接口连通并通过所述高温蓄热装置的底部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述第二支路直接与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口以及第二支路上均设置有控制阀，
当所述热源的排气温度处于低温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀打开，所述第二支路上的控制阀关闭，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于中温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀关闭，所述第二支路上的控制阀打开，所述制硅电弧炉排出的烟气经所述第二支路直接进入所述余热锅炉中；
当所述制硅电弧炉的排气温度处于高温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀打开，所述第二支路上的控制阀关闭，所述制硅电弧炉排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
除了上述技术方案及优选例外，本发明还提供了第三种结构形式的技术方案，所述第三种技术方案与前两种技术方案的主要区别在于不包括低温蓄热装置，而利用一热交换器替代第一低温蓄热装置、第二低温蓄热装置及其周边管路，具体为：所述热交换器的热侧进口连通所述余热锅炉的烟气出口，热侧出口与大气连通或通入烟筒；所述热交换器的冷侧进口连通大气，冷侧出口与所述热源的进气口连通。
进一步地，所述热源的排气主管线上还连通一带有控制阀和鼓风机的补气管线，当所述余热锅炉的入口烟气温度高于其额定工作温度范围时，所述补气管线上的控制阀和鼓风机开启，通过补气管线引入低温空气以保证进入所述余热锅炉的入口烟气温度稳定在其额定工作温度范围附近。
进一步地，所述中温阶段的温度范围与所述余热锅炉的额定工作温度范围相当，所述低温阶段的温度范围低于所述余热锅炉的额定工作温度范围，所述高温阶段的温度范围高于所述余热锅炉的额定工作温度范围。
进一步地，所述热源为烟气出口温度不稳定的工业设备或系统。
进一步地，所述热源为制硅电弧炉。
进一步地，所述系统包括多组低温蓄热装置，每组均包括一所述第一低温蓄热装置和一所述第二低温蓄热装置。
进一步地，所述高温蓄热装置的数量为两台或两台以上，其排列方式为并联、串联或两者组合。
进一步地，所述第一低温蓄热装置、第二低温蓄热装置、高温蓄热装置均为填充床蓄热装置。
进一步地，所述填充床蓄热装置中的填充床材料为金属材料，如不锈钢、碳钢、铝合金，或无机非金属材料，如陶瓷、高温混凝土中的一种或至少两种的组合。
进一步地，所述填充床蓄热装置设有保温层，所述保温层为岩棉、珠光砂和玻璃纤维毡中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述填充床蓄热装置内部的固体蓄热介质为颗粒状或多孔状，为岩石，矿石，矿渣，混凝土，耐火砖，陶瓷球，金属，封装的相变材料等其中一种或至少两种的混合物。
进一步地，所述烟筒的进气管线上设有抽风机。
进一步地，所述制硅电弧炉的进气管线上设有控制阀。
进一步地，所述制硅电弧炉的排气管线上设有除尘器。
进一步地，与所述余热锅炉的烟气出口连通的排气管线上设有除尘器。
进一步地，所述余热锅炉产生的蒸汽用以驱动一汽轮机发电机组。
本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统，包含预热空气和高温烟气利用并稳定余热锅炉入口烟气温度等功能。所述预热空气功能是空气进入一低温蓄热装置内吸收蓄热介质内部的温度，用于加热空气自身的温度；与之同时余热锅炉排出的高温烟气进入另一低温蓄热装置，把自身的热量传递给内部的蓄热介质并储存起来，降温后的烟气排至大气环境中。
所述高温烟气利用并稳定余热锅炉入口烟气温度的功能，包含蓄热过程和释热过程，在释热过程中，从热源排出的中低温烟气从高温蓄热装置的底部进入，吸收内部蓄热介质热量后从顶部流出，并进入到余热锅炉中；在蓄热过程中，从热源出来的中高温烟气从高温蓄热装置的顶部进入，把部分热量传递给内部的蓄热介质后从底部流出，并进入到余热锅炉中。
同现有技术相比，本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统，一方面可提高并稳定余热锅炉的进口温度，在热源排出的烟气温度较高时直接进入高温蓄热装置内进行蓄热，在热源排出的烟气处于低温阶段时则进入高温蓄热装置进行释热过程；另一方面，可对热源入口处的空气进行预热，先由从余热锅炉出来的高温烟气对低温蓄热装置进行蓄热，之后用来预热的空气通过该低温蓄热装置提高空气自身温度，完成释热过程，本过程中至少有两个低温蓄热装置，蓄热释热过程在不同低温蓄热装置同时并间歇性完成。采用填充床蓄热装置，可实现高温烟气与填充床内的蓄热介质直接接触，具有系统简单，热能品位高、使用温度域宽、成本低、蓄热效率高、操作安全等优点。该系统不仅可以把热源产生的不稳定高温烟气直接储存并稳定的输出，提高余热锅炉发电系统效率，同时也能把余热锅炉出来的高温烟气再次利用，提高热源的进气温度，大大减少用电量，提高整体机组的利用效率。同时也适用于中高温太阳能热发电及工业高温余热利用领域中，同时还可以与大规模物理储能，如压缩空气储能系统进行能源利用梯级互补，提高能源的利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
图1为本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统实施例1的结构示意图，其中，本系统中的空气与低温蓄热式填充床蓄热装置、高温烟气与高温蓄热式填充床储热装置都为直接接触式换热。如图1所示，本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统，主要包括鼓风机101、两台并联式保温型低温填充床蓄热装置102及103、电弧炉106、高温除尘器108、低温除尘器107、高温保温型填充床蓄热装置109、余热锅炉110。本发明系统的主要两个功能为把电弧炉106排出的温度不稳定的高温烟气通过高温蓄热式填充床蓄热装置109，使进入到余热锅炉110的入口烟气温度稳定在一个稳定值，提高余热锅炉110的工作效率及工作寿命。同时低温蓄热式填充床蓄热装置102把从余热锅炉出来的高温烟气能量收集起来，用于加热电弧炉106进口的空气，提高入口处的空气温度，进而减少电弧炉106内部的用电量，提高经济性。余热锅炉110产生的高温蒸汽用以驱动一汽轮机发电机组，汽轮机发电机组包括汽轮机114、发电机115、冷凝器113、补液器112和动力泵111。
在制硅领域电弧炉工作过程中，包括进料、起电、捣炉过程，使出口烟气温度分为三个阶段：低温、中温、高温，针对这一特征，本系统的高温蓄热式填充床装置的工作流程为：在电弧炉106出口温度为低温阶段时，低温烟气通过高温除尘器108后，通过阀门11、阀门15，从底部进入高温蓄热式填充床蓄热装置109进行释热，在此过程中低温烟气吸收填充床内部蓄热介质的热量后，烟气温度升高后从填充床上部出口经阀门13进入余热锅炉110；在电弧炉106出口温度为中温阶段，烟气通过高温除尘器108后，直接通过阀门11、阀门16进入余热锅炉110；在电弧炉出口温度为高温阶段时，烟气通过高温除尘器108后，通过阀门12进入高温蓄热式填充床蓄热装置109进行蓄热，此过程中高温烟气从填充床顶部进入，加热量传递给填充床内部的蓄热介质并储存起来，此时已降低温度的烟气从底部流出并经过阀门15及阀门16进入余热锅炉。
本系统中的低温蓄热式填充床装置的工作流程为：低温蓄热式填充床蓄热装置102及103是同时进行蓄热或释热过程，即在低温蓄热式填充床蓄热装置102为释热过程时，低温蓄热式填充床蓄热装置103为蓄热过程。当大气中的空气通过鼓风机101通过阀门1、阀门3进入低温蓄热式填充床蓄热装置102进行释热，即低温空气进入低温蓄热式填充床蓄热装置102吸收填充床内部蓄热介质的热量用于加热空气，加热后的高温空气经过阀门8、阀门10进入电弧炉106；与此同时从余热锅炉110出来的高温烟气经过低温除尘器107后，经过阀门4进入低温蓄热式填充床进行蓄热，高温烟气把热量传递给填充床内部的蓄热介质，经过降温的烟气通过阀门6及引风机104，通过烟筒105排至环境中。当低温蓄热式填充床蓄热装置102释热完毕及低温蓄热式填充床蓄热装置103蓄热完毕后，通过切换阀门，连续进行蓄热或释热过程，即当低温蓄热式填充床蓄热装置102释热完毕后，关闭阀门3，空气通过阀门2进入已经蓄热完毕的低温蓄热式填充床蓄热装置103内部，吸收填充床内部蓄热介质的热量进行释热过程，加热后的空气通过阀门9、阀门10进入电弧炉106；与此同时，从余热锅炉110出来的高温烟气，流经低温除尘器107后，经阀门5进入已经释热完毕的低温蓄热式填充床蓄热装置102，将自身的热量传递给填充床内部的蓄热介质，经过降温后的烟气通过阀门7、引风机107后，通过烟筒105排至环境中。
实施例2：
图2为本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统实施例2的结构示意图，其中，本系统中的空气与低温蓄热式填充床、高温烟气与高温蓄热式填充床储热装置都为直接接触式换热。如图2所示，本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统，主要包括鼓风机101、两台并联式保温型低温填充床蓄热装置102及103、电弧炉106、高温除尘器108、低温除尘器107、两台并联的高温保温型填充床蓄热装置109及110、余热锅炉117、用于空气补给的鼓风机116。本发明系统的主要两个功能为把电弧炉出来的温度不稳定的高温烟气通过高温蓄热式填充床，使进入到余热锅炉的入口烟气温度稳定在一个稳定值，提高余热锅炉的工作效率及工作寿命，此过程中如果高温烟气的余热远大于低温烟气时，可以通过鼓风机106增加冷空气加入系统，从而控制最终进入到余热锅炉117的烟气温度。同时低温蓄热式填充床把从余热锅炉出来的高温烟气能量收集起来，用于加热电弧炉进口的空气，提高入口处的空气温度，进而减少电弧炉内部的用电量，提高经济性。
在制硅领域电弧炉工作过程中，包括进料、起电、捣炉过程，使出口烟气温度分为三个阶段：低温、中温、高温，针对这一特征，本系统的高温蓄热式填充床装置的工作流程为：在电弧炉出口温度为低温阶段时，低温烟气通过高温除尘器108后，通过阀门13、阀门14，进入高温蓄热式填充床进行释热，在此过程中低温烟气吸收填充床内部蓄热介质的热量后，烟气温度升高后从填充床上部出口经阀门15及阀门16进入余热锅炉110；在电弧炉出口温度为中温阶段，烟气通过高温除尘器108后，直接通过阀门12进入余热锅炉110；在电弧炉出口温度为高温阶段时，烟气通过高温除尘器108后，通过阀门13、阀门14进入高温蓄热式填充床进行蓄热，此过程中高温烟气从填充床顶部进入，加热量传递给填充床内部的蓄热介质并储存起来，此时已降低温度的烟气从底部流出并经过阀门15及阀门16进入余热锅炉。在以上两个过程中可以根据余热锅炉117进口处的温度随时控制鼓风机16和开合阀门11来调节此处入口温度，以保证进入余热锅炉的进口烟气温度稳定在设定温度值上。
本系统中的低温蓄热式填充床装置的工作流程为：低温蓄热式填充床102及103是同时进行蓄热或释热过程，即在低温蓄热式填充床蓄热装置102为释热过程时，低温蓄热式填充床蓄热装置103为蓄热过程。当大气中的空气通过鼓风机101通过阀门1、阀门3进入填充床102进行释热，即低温空气进入填充床102吸收填充床内部蓄热介质的热量用于加热空气，加热后的高温空气经过阀门8、阀门10进入电弧炉106；与此同时从余热锅炉出来的高温烟气经过低温除尘器107后，经过阀门4进入低温蓄热式填充床进行蓄热，高温烟气把热量传递给填充床内部的蓄热介质，经过降温的烟气通过阀门6及引风机104，通过烟筒105排至环境中。当填充床102释热完毕及填充床103蓄热完毕后，通过切换阀门，连续进行蓄热或释热过程，即当填充床102释热完毕后，关闭阀门3，空气通过阀门2进入已经蓄热完毕的填充床103内部，吸收填充床内部蓄热介质的热量进行释热过程，加热后的空气通过阀门9、阀门10进入电弧炉106；与此同时，从余热锅炉110出来的高温烟气，流经低温除尘器后，经阀门5进入已经释热完毕的填充床102，将自身的热量传递给填充床内部的蓄热介质，经过降温后的烟气通过阀门7、引风机107后，通过烟筒105排至环境中。
实施例3：
图3为本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统实施例3的结构示意图，其中，本系统中高温烟气与高温蓄热式填充床储热装置都为直接接触式换热、电弧炉入口空气与余热锅炉出来的高温烟气通过换热器103间接进行换热。如图3所示，本发明的蓄热式高温烟气余热利用系统，主要包括鼓风机101、换热器103、电弧炉106、高温除尘器108、低温除尘器107、高温保温型填充床蓄热装置109、余热锅炉110。本发明系统的主要两个功能为把电弧炉出来的温度不稳定的高温烟气通过高温蓄热式填充床，使进入到余热锅炉的入口烟气温度稳定在一个稳定值，提高余热锅炉的工作效率及工作寿命。同时从余热锅炉出来的高温烟气通过换热器103加热进入电弧炉的空气，以提高入口处的空气温度，进而减少电弧炉内部的用电量，提高经济性。
在制硅领域电弧炉工作过程中，包括进料、起电、捣炉过程，使出口烟气温度分为三个阶段：低温、中温、高温，针对这一特征，本系统的高温蓄热式填充床装置的工作流程为：在电弧炉出口温度为低温阶段时，低温烟气通过高温除尘器108后，通过阀门11、阀门15，从底部进入高温蓄热式填充床109进行释热，在此过程中低温烟气吸收填充床内部蓄热介质的热量后，烟气温度升高后从填充床上部出口经阀门13进入余热锅炉110；在电弧炉出口温度为中温阶段，烟气通过高温除尘器108后，直接通过阀门11、阀门16进入余热锅炉110；在电弧炉出口温度为高温阶段时，烟气通过高温除尘器108后，通过阀门12进入高温蓄热式填充床109进行蓄热，此过程中高温烟气从填充床顶部进入，加热量传递给填充床内部的蓄热介质并储存起来，此时已降低温度的烟气从底部流出并经过阀门15、阀门16进入余热锅炉。
在空气预热的工作原理为：从余热锅炉110出来的高温烟气经过低温除尘器107后流过换热器103的热侧，把热量传递给另一侧的冷空气，进换热器103降温后的烟气通过阀门6及引风机104，经烟筒105排至环境中。与此同时通过鼓风机101进来的空气经过阀门1进入到换热器103冷侧，吸收换热器热侧高温烟气的热量，温度升高后的空气通过阀门10进入电弧炉106。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (18)
1.一种蓄热式高温烟气余热利用系统，所述系统至少包括一第一低温蓄热装置、一第二低温蓄热装置、一高温蓄热装置、一烟气排放温度不稳定的热源和一余热锅炉，其特征在于，
--所述第一低温蓄热装置和第二低温蓄热装置并联设置，
每一低温蓄热装置的入口均连通一低温空气进气管线和一高温烟气进气管线，所述低温空气进气管线和高温烟气进气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的低温空气进气管线均与大气连通或均与一鼓风机的出口连通，每一低温蓄热装置的高温烟气进气管线均与所述余热锅炉的烟气出口连通；
每一低温蓄热装置的出口均连通一高温空气排气管线和一低温烟气排气管线，所述高温空气排气管线和低温烟气排气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的高温空气排气管线均与所述热源的进气口连通，每一低温蓄热装置的低温烟气排气管线均与大气连通或均与一烟筒连通；
当所述第一低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第二低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第一低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第二低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
当所述第二低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第一低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第二低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第一低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
--所述热源的排气管线的末端至少分为一第一支路和一第二支路，所述第一支路与所述高温蓄热装置的底部接口连通并通过所述高温蓄热装置的上部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述第二支路与所述高温蓄热装置的上部接口连通并通过所述高温蓄热装置的底部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口以及所述余热锅炉的烟气进口处均设置有控制阀，
当所述热源的排气温度较低时，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的底部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的上部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度较高时，所述热源排出的烟气经所述第二支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
2.根据权利要求1所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源的排气管线还包括一第三支路，所述第三支路直接与所述余热锅炉的烟气进口连通，且，
当所述热源的排气温度处于低温阶段时，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的底部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的上部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于中温阶段时，所述热源排出的烟气经所述第三支路直接进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于高温阶段时，所述热源排出的烟气经所述第二支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
3.一种蓄热式高温烟气余热利用系统，所述系统至少包括一第一低温蓄热装置、一第二低温蓄热装置、一高温蓄热装置、一烟气排放温度不稳定的热源和一余热锅炉，其特征在于，
--所述第一低温蓄热装置和第二低温蓄热装置并联设置，
每一低温蓄热装置的入口均连通一低温空气进气管线和一高温烟气进气管线，所述低温空气进气管线和高温烟气进气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的低温空气进气管线均与大气连通或均与一鼓风机的出口连通，每一低温蓄热装置的高温烟气进气管线均与所述余热锅炉的烟气出口连通；
每一低温蓄热装置的出口均连通一高温空气排气管线和一低温烟气排气管线，所述高温空气排气管线和低温烟气排气管线上均设置有控制阀，且每一低温蓄热装置的高温空气排气管线均与所述热源的进气口连通，每一低温蓄热装置的低温烟气排气管线均与大气连通或均与一烟筒连通；
当所述第一低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第二低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第一低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第二低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
当所述第二低温蓄热装置的低温空气进气管线、高温空气排气管线打开，高温烟气进气管线、低温烟气排气管线关闭，所述第一低温蓄热装置的高温烟气进气管线、低温烟气排气管线打开，低温空气进气管线、高温空气排气管线关闭时，低温空气经所述第二低温蓄热装置预热升温后与所述热源的进气口连通，所述余热锅炉排出的烟气进入所述第一低温蓄热装置释放热量后排入大气或通入所述烟筒；
--所述热源的排气管线的末端至少分为一第一支路和一第二支路，所述第一支路与所述高温蓄热装置的上部接口连通并通过所述高温蓄热装置的底部接口与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述第二支路直接与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口以及第二支路上均设置有控制阀，
当所述热源的排气温度处于低温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀打开，所述第二支路上的控制阀关闭，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，并通过吸收所述高温蓄热装置内蓄热介质的热量升温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于中温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀关闭，所述第二支路上的控制阀打开，所述热源排出的烟气经所述第二支路直接进入所述余热锅炉中；
当所述热源的排气温度处于高温阶段时，所述高温蓄热装置的上部接口、底部接口处的控制阀打开，所述第二支路上的控制阀关闭，所述热源排出的烟气经所述第一支路从所述高温蓄热装置的上部接口进入所述高温蓄热装置内，将部分热量传递给所述高温蓄热装置内蓄热介质而降温后从所述高温蓄热装置的底部接口排出并进入所述余热锅炉中。
4.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述系统不包括所述第一低温蓄热装置、第二低温蓄热装置，但包括一热交换器，所述热交换器的热侧进口连通所述余热锅炉的烟气出口，热侧出口与大气连通或通入烟筒；所述热交换器的冷侧进口连通大气，冷侧出口与所述热源的进气口连通。
5.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源的排气主管线上还连通一带有控制阀和鼓风机的补气管线，当所述余热锅炉的入口烟气温度高于其额定工作温度范围时，所述补气管线上的控制阀和鼓风机开启，通过补气管线引入低温空气以保证进入所述余热锅炉的入口烟气温度稳定在其额定工作温度范围附近。
6.根据权利要求2或3所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述中温阶段的温度范围与所述余热锅炉的额定工作温度范围相当，所述低温阶段的温度范围低于所述余热锅炉的额定工作温度范围，所述高温阶段的温度范围高于所述余热锅炉的额定工作温度范围。
7.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源为烟气出口温度不稳定的工业设备或系统。
8.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源为制硅电弧炉。
9.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述系统包括多组低温蓄热装置，每组均包括一所述第一低温蓄热装置和一所述第二低温蓄热装置。
10.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述高温蓄热装置的数量为两台或两台以上，其排列方式为并联、串联或两者组合。
11.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述第一低温蓄热装置、第二低温蓄热装置、高温蓄热装置均为填充床蓄热装置。
12.根据权利要求11所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述填充床蓄热装置中的填充床材料为金属材料或无机非金属材料，所述金属材料为不锈钢、碳钢或铝合金，所述无机非金属材料为陶瓷和/或高温混凝土。
13.根据权利要求11所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述填充床蓄热装置设有保温层，所述保温层为岩棉、珠光砂和玻璃纤维毡中的一种或多种的混合物。
14.根据权利要求11所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述填充床蓄热装置内部的固体蓄热介质为颗粒状或多孔状，其材料为岩石、矿石、矿渣、混凝土、耐火砖、陶瓷球、金属、封装的相变材料中的一种或至少两种的混合物。
15.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述烟筒的进气管线上设有抽风机。
16.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源的进气管线上设有控制阀。
17.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述热源的排气管线上设有除尘器，与所述余热锅炉的烟气出口连通的排气管线上设有除尘器。
18.根据权利要求1至3任一项所述的蓄热式高温烟气余热利用系统，其特征在于，所述余热锅炉产生的蒸汽用以驱动一汽轮机发电机组。
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Citations (4)
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1054676A (ja) * | 1996-08-08 | 1998-02-24 | Kubota Corp | 工業炉の廃熱利用装置 |
| CN102243025A (zh) * | 2011-06-20 | 2011-11-16 | 北京中冶设备研究设计总院有限公司 | 一种电炉烟气余热回收利用工艺及设备 |
| CN102778134A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-11-14 | 遵义市贵科科技有限公司 | 半封闭矿热电炉烟气余热利用新工艺 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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