CN110057201A - 带储能高效余热回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金、炉窑余热发电等工业技术领域，具体涉及一种带储能高效余热回收利用系统，能够针对高温烟气具有波动性、周期性、间歇性的特征将余热高效的储能回收利用，其主要由两端分别与进烟管及排烟管连通的烟气—熔盐换热器；用于存储熔盐的熔盐存储罐；用于通过熔盐对水进行加热的加热装置；使熔盐循环于所述烟气‑熔盐换热器、所述熔盐存储罐以及所述加热装置之间的熔盐循环系统；所述加热装置中的热水通过热力循环系统为工业生产提供热源，从而实现了余热的回收，高效的对余热进行利用，特别在钢厂转炉炼钢、大型炉窑余热发电领域对于稳定热源品质、提高发电效率有着重要的应用。

Description

带储能高效余热回收利用系统
技术领域
本发明涉及冶金、炉窑余热发电等工业技术领域，具体涉及一种针对高温烟气具有波动性、周期性、间歇性等特点的余热的带储能高效余热回收利用系统。
背景技术
近年来，我国政府高度重视发展低碳环保、环境友好型经济，要求在保障经济发展的同时，节约能源、减少能耗，缓解能源短缺、温室效应、环境恶化等问题。据《中国余热发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》统计，我国大中型企业吨钢产生的余热总量约占吨钢能耗的37％，余热资源非常可观。
在钢厂炼钢过程中是一种非连续性工作方式，如转炉炼钢。冶炼过程中产生大量的余热，该余热主要是高温烟气，温度可以达到1400℃以上，是品味很高的热能能源，可以用于对其他介质的加热如加热水，加热蒸气进行汽轮机发电，加热导热油对化工工艺供热，或者在冬季为厂区附近的小区供暖。但由于冶炼过程是一种周期非连续性冶炼，高温烟气冶炼时有，加料等准备环节没有高温烟气产生，热用户需要稳定的热能供给。所以就形成能源供需之间的矛盾。
在目前的余热回收发电系统中，发电效率低下，主要原因是目前技术手段所产生的蒸汽为饱和蒸汽，并且饱和蒸汽的输出不平稳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带储能高效余热回收利用系统，其主要通过余热回收换热系统、熔盐储热系统、对外供热系统、其他辅助系统，充分的回收余热，高效的对余热进行利用，从而解决了上述技术背景中产生的高温烟气中热量不能有效回收利用，高温不稳定热源的热量回收及对外稳定供热问题。
为实现解决上述问题，本发明提供的一种带储能高效余热回收利用系统，其主要包括：烟气-熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器设有烟气通道，所述烟气通道通过烟气进出口串联在烟气管道上；加热装置，所述加热装置设有加热通道，所述加热通道用于对水或低品位蒸汽进行加热；所述烟气-熔盐换热器内设有用于吸收烟气热量的熔盐吸热管路，所述加热装置内设有用于对所述加热通道释放热量的熔盐放热管路，所述吸热管路以及所述放热管路之间设有熔盐循环系统。
优选的，还包括熔盐存储罐，所述熔盐存储罐串联在所述熔盐循环系统中；所述熔盐存储罐包括低温熔盐罐以及高温熔盐罐；所述低温熔盐罐以及所述高温熔盐罐，分别通过低温熔盐泵以及高温熔盐泵布置在所述加热装置以及所述烟气熔盐换热器的下游。
优选的，所述低温熔盐罐出口与所述烟气-熔盐换热器熔盐进口之间通过第一低温管路连通，所述低温管路设置有所述低温熔盐泵设置在所述第一低温管路上；所述烟气-熔盐换热器熔盐出口与高温熔盐罐的进口通过第一高温管路连通，所述高温熔盐罐出口通过第二高温管路连通与所述加热装置进液口连通，所述高温熔盐泵设置在所述第二高温管路上；所述加热装置的出液口通过第二低温管路与所述低温熔盐罐入口连通。
优选的，所述加热装置包括使热水形成蒸汽的饱和蒸汽换热器，以及使蒸汽形成过热蒸汽的蒸汽过热器。
优选的，还包括运行于所述饱和蒸汽换热器与生产工业热源之间的小循环系统，以及运行于所述饱和蒸汽换热器、蒸汽过热器、发电系统之间的大循环系统；所述大循环系统中所述饱和蒸汽换热器的蒸汽出口与所述蒸汽过热器的蒸汽进口连通。
优选的，在所述大循环中的所述发电系统包括汽轮机以及凝汽器；所述汽轮机进口与蒸汽过热器出口连通，并驱动发电机发电；所述凝汽器进口与所述汽轮机出口连通；所述凝汽器的出口与所述饱和蒸汽换热器回水口连通。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的整套系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图进行详细描述。
实施例一：
一种带储能高效余热回收利用系统，其特征在于，包括：烟气-熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器设有烟气通道，所述烟气通道通过烟气进出口串联在烟气管道上；加热装置，所述加热装置设有加热通道，所述加热通道用于对水或低品位蒸汽进行加热；所述烟气-熔盐换热器内设有用于吸收烟气热量的熔盐吸热管路，所述加热装置内设有用于对所述加热通道释放热量的熔盐放热管路，所述吸热管路以及所述放热管路之间设有熔盐循环系统。
通过上述设置，高温烟气流经烟气熔盐换热器后，对熔盐吸热管路中的熔盐进行加热，使得其变成高温态的熔盐，在熔盐循环系统的作用下，高温态的熔盐进入加热装置内，并通过熔盐放热管路对加热装置的加热通道进行热量释放，从而使得流经加热通道内的流体被加热。
上述设置中，烟气-熔盐换热器1，是一种特殊的流体加热器，其要求耐腐蚀、换热效率高、寿命长的特点，其核心是熔盐介质换热系统，其通过熔盐—介质换热器将储存在熔盐中的热量传给供热介质，供热介质输送到工业工艺换热器实现伴热或物料加热，因此熔盐介质换热系统是熔盐储能系统中重要的组成部分，是实现所储存的热量高效利用的关键。目前使用最多的是二元熔盐(60％硝酸钠+40％硝酸钾)熔点约为207摄氏度。如果要在低温状态下使用的话，必须采用更低凝固点的熔盐产品。如：三元熔盐，即53％硝酸钾，+40％亚硝酸钠，+7％硝酸钠组成的混合硝酸盐，其熔点在142摄氏度，气化点500摄氏度，对于工作温度在250摄氏度左右的中温热利用系统就可以使用。
在上述设置中的熔盐为熔融盐简称熔盐，是盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机盐的熔融体，通常把熔融无机盐称为熔盐。广义上的熔融盐还包括氧化物熔体及熔融有机物。熔融盐是世界上公认的最佳储热介质。具有维护成本低、流动性高、性能稳定、腐蚀性低，使用寿命长等无可比拟的竞争优势。
实施例二：
还包括熔盐存储罐，所述熔盐存储罐串联在所述熔盐循环系统中；所述熔盐存储罐包括低温熔盐罐以及高温熔盐罐；所述低温熔盐罐以及所述高温熔盐罐，分别通过低温熔盐泵以及高温熔盐泵布置在所述加热装置以及所述烟气熔盐换热器的下游。
通过上述设置，低温熔盐泵7将低温熔盐罐6中的熔盐经烟气-熔盐换热器1泵向高温熔盐罐2，熔盐在经过烟气-熔盐换热器1时被加热，因此存储在高温熔盐罐2中的熔盐均为高温状态，从而实现了高温烟气热能的收集存储。高温熔盐泵4控制高温熔盐罐2中的熔盐向加热装置中输入，从而使得带有热量的熔盐将热量传递给加热装置进行介质间的热交换。因此实现了在钢厂冶炼余热回收、炉窑余热回收过程中丰富不连续的高温烟气作为能源输入，通过介质蓄热将间歇性的高温烟气蕴含的高温热能储在蓄热介质当中，对外供热由蓄热介质与其他介质如水经过换热器进行，从而在对外供热具有良好的稳定性。其中，高温熔盐罐通常由含镍比例高的不锈钢焊接而成，低温熔盐罐一般由耐热碳钢焊接而成。目前亚洲地区熔盐储能罐可以做到直径40m，存储熔盐3万吨，实现储热能3000MWH。另外，上述高温熔盐泵4及低温熔盐泵7在本系统中是为实现熔盐的加热换热提供动力，并且均采用液下长轴泵，其扬程可达上百米，并且是一种特殊的高温流体泵。
实施例三：
所述低温熔盐罐出口与所述烟气-熔盐换热器熔盐进口之间通过第一低温管路连通，所述低温管路设置有所述低温熔盐泵设置在所述第一低温管路上；所述烟气-熔盐换热器熔盐出口与高温熔盐罐的进口通过第一高温管路连通，所述高温熔盐罐出口通过第二高温管路连通与所述加热装置进液口连通，所述高温熔盐泵设置在所述第二高温管路上；所述加热装置的出液口通过第二低温管路与所述低温熔盐罐入口连通。
在上述设置中，高温烟气产生时，通过7低温熔盐泵7将低温盐输送到烟气-熔盐换热器1中，高温烟气对低温熔盐进行加热至550℃左右，高温熔盐进入高温熔盐罐2进行储放，此过程就完成蓄热过程工艺。对外供热时，高温熔盐通过高温熔盐泵4将高温熔盐输送到饱和蒸汽换热器5中与水介质进行换热产生饱和蒸汽，饱和蒸汽可以进入工艺生产热源对外供热，饱和蒸汽也可以进入蒸汽过热器3再次进行加热至过热态进行驱动汽轮机发电。高温熔盐经过蒸汽过热器3、蒸汽换热器5流入低温蓄热罐，等待下次的高温烟气加热。
由于熔盐蓄热的温度较高，若钢厂生产稳定余热丰富就可以通过余热进行发电，有以上余热蓄热对外供热可知，在饱和蒸汽换热器5后再加上过热器、汽轮机8、发电机9、冷却塔10、凝汽器11就可以进行发电，其发电效率比目前饱和蒸汽发电效率提高15％。
实施例四：
所述加热装置包括使热水形成蒸汽的饱和蒸汽换热器，以及使蒸汽形成过热蒸汽的蒸汽过热器。还包括运行于所述饱和蒸汽换热器与生产工业热源之间的小循环系统，以及运行于所述饱和蒸汽换热器、蒸汽过热器、发电系统之间的大循环系统；所述大循环系统中所述饱和蒸汽换热器的蒸汽出口与所述蒸汽过热器的蒸汽进口连通。
因此对具有不同温度的高温态的熔盐进行有效的分级利用，并通过小循环系统以及大循环系统对利用不同的温度的熔盐对不同的设施进行供热。
实施例五：
在所述大循环中的所述发电系统包括汽轮机以及凝汽器；所述汽轮机进口与蒸汽过热器出口连通，并驱动发电机发电；所述凝汽器进口与所述汽轮机出口连通；所述凝汽器的出口与所述饱和蒸汽换热器回水口连通。
本发明的有益效果：在于利用一种具有良好的储热、传热介质进行冶炼过程中高温烟气热能回收蓄热，在非冶炼过程热能的稳定释放。
该系统还利用该蓄热介质做到大体量蓄热，所以钢厂产生的余热通过蓄热进行稳定发电，也可以对外进行稳定供热。
对于上述中的蓄热介质，本专利通常情况下采用熔盐类介质，如二元熔盐(60％硝酸钠+40％硝酸钾)熔点约为207摄氏度。
当然，如果要在低温状态下使用的话，必须采用更低凝固点的熔盐产品。因此本专利还更搭配出如下特征的三元熔盐，即53％硝酸钾，+40％亚硝酸钠，+7％硝酸钠组成的混合硝酸盐，其熔点在142摄氏度，气化点500摄氏度，对于工作温度在250摄氏度左右的中温热利用系统就可以使用。
本专利技术利用钢厂冶炼余热回收、炉窑余热回收过程中丰富不连续的高温烟气作为能源输入，通过介质蓄热将间歇性的高温烟气蕴含的高温热能储在蓄热介质当中，对外供热由蓄热介质与其他介质如水经过换热器进行。本技术余热回收可以用于对外供热水、供蒸汽、发电、工艺用热等，由于本余热回收带有储能功能，在对外供热具有良好的稳定性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (6)

1.一种带储能高效余热回收利用系统，其特征在于，包括：
烟气-熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器设有烟气通道，所述烟气通道通过烟气进出口串联在烟气管道上；
加热装置，所述加热装置设有加热通道，所述加热通道用于对水或低品位蒸汽进行加热；
所述烟气-熔盐换热器内设有用于吸收烟气热量的熔盐吸热管路，所述加热装置内设有用于对所述加热通道释放热量的熔盐放热管路，所述吸热管路以及所述放热管路之间设有熔盐循环系统。
2.根据权利要求1所述的带储能高效余热回收利用系统，其特征在于：还包括熔盐存储罐，所述熔盐存储罐串联在所述熔盐循环系统中；所述熔盐存储罐包括低温熔盐罐以及高温熔盐罐；所述低温熔盐罐以及所述高温熔盐罐，分别通过低温熔盐泵以及高温熔盐泵布置在所述加热装置以及所述烟气熔盐换热器的下游。
3.根据权利要求1所述的带储能高效余热回收利用系统，其特征在于：所述低温熔盐罐出口与所述烟气-熔盐换热器熔盐进口之间通过第一低温管路连通，所述低温管路设置有所述低温熔盐泵设置在所述第一低温管路上；所述烟气-熔盐换热器熔盐出口与高温熔盐罐的进口通过第一高温管路连通，所述高温熔盐罐出口通过第二高温管路连通与所述加热装置进液口连通，所述高温熔盐泵设置在所述第二高温管路上；所述加热装置的出液口通过第二低温管路与所述低温熔盐罐入口连通。
4.根据权利要求1所述的带储能高效余热回收利用系统，其特征在于：所述加热装置包括使热水形成蒸汽的饱和蒸汽换热器，以及使蒸汽形成过热蒸汽的蒸汽过热器。
5.根据权利要求1所述的带储能高效余热回收利用系统，其特征在于：还包括运行于所述饱和蒸汽换热器与生产工业热源之间的小循环系统，以及运行于所述饱和蒸汽换热器、蒸汽过热器、发电系统之间的大循环系统；所述大循环系统中所述饱和蒸汽换热器的蒸汽出口与所述蒸汽过热器的蒸汽进口连通。
6.根据权利要求1所述的带储能高效余热回收利用系统，其特征在于：在所述大循环中的所述发电系统包括汽轮机以及凝汽器；所述汽轮机进口与蒸汽过热器出口连通，并驱动发电机发电；所述凝汽器进口与所述汽轮机出口连通；所述凝汽器的出口与所述饱和蒸汽换热器回水口连通。
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