CN114046506A - 一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法 - Google Patents

一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法，垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉、炉渣余热锅炉、第一汽轮机、第三汽轮机、烟气余热锅炉、第一冷凝器、第一换热器和第三换热器；通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗；通过热网回水回收汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。

Description

一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法。
背景技术
填埋曾是处理垃圾的主要方式，其优势在于操作简单，成本较低，缺点在于占地面积大，从长期来看，填埋过程中产生的垃圾渗滤液难以处理，会造成该地区的土地和地下水资源被污染，随着城市化的推进，垃圾填埋面临的压力越来越大。垃圾焚烧发电是通过焚烧释放储存在生活垃圾内部的化学能，将其转化为热能并加以利用。相较于填埋，垃圾焚烧产生的污染气体排放量要低得多，同时其产生的电力和供热还可以减小不可再生能源的消耗，实现了节能减排，目前正逐渐成为我国处理城市生活垃圾的主流。
虽然焚烧在城市生活垃圾无害化处理中有着显著的优势，但是也存在一些有待解决的关键问题，最广泛的问题是垃圾焚烧电厂的整体能量效率偏低，存在较大的低品位能量损失，主要原因是锅炉燃烧的热损失和尾气排烟的低温热损失。另外，垃圾焚烧发电厂焚烧炉底部的底灰颗粒也蕴含着较大的余热能，但目前的垃圾焚烧电厂极少利用到这部分热量。余热回收利用需要考虑地区的能源产品需求，因为余热资源不仅可以用来发电，也可以用来进行区域供热，提供生活热水，以及通过制冷技术提供冷能。
现有技术对垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣中的热量尚未利用，而只是利用了烟气中的余热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置及方法，以实现烟气、炉渣热量双回收的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉、炉渣余热锅炉、第一汽轮机、第三汽轮机、烟气余热锅炉、第一冷凝器、第一换热器和第三换热器；
所述垃圾焚烧炉的顶部高温烟气出口连接至所述烟气余热锅炉，所述烟气余热锅炉的蒸汽出口连接至所述第三汽轮机的蒸汽进口，所述第三汽轮机的乏汽出口连接至所述第一冷凝器的入口，所述第一冷凝器的出水口连接至所述烟气余热锅炉的进水口；
所述垃圾焚烧炉的底部高温炉渣出口与所述炉渣余热锅炉的进料口连接，所述炉渣余热锅炉的过热蒸汽出口连接至所述第一汽轮机，所述第一汽轮机的乏汽出口连接至第一换热器的蒸汽换热进口，所述第一换热器的蒸汽换热出口连接所述第三换热器的蒸汽换热进口，所述第三换热器的出口连接所述炉渣余热锅炉的循环水进口。
可选的，还包括第二汽轮机、第二换热器和第二冷凝器；
所述第一换热器的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器的循环有机工质换热进口，所述第二换热器的循环有机工质换热出口连接至所述第二汽轮机，所述第二汽轮机的乏汽出口连接所述第二冷凝器的入口，所述第二冷凝器的冷凝出口通过循环有机工质管路连接所述第一换热器的循环有机工质换热进口。
可选的，还包括热网回水管路和第四换热器，热网回水管路依次连接所述第三换热器、第四换热器。
可选的，所述烟气余热锅炉的烟气出口连接所述第二换热器的烟气换热进口。
可选的，所述第二换热器的烟气换热出口连接所述第四换热器的烟气换热进口。
可选的，所述垃圾焚烧炉的进料口连接有生活垃圾输送装置。
可选的，所述垃圾焚烧炉的进料口连接有空气输送装置。
可选的，所述炉渣余热锅炉底部设有固体颗粒排出口。
本发明的第二方面，提供了一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用方法，基于所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，包括如下步骤：
生活垃圾进入垃圾焚烧炉，在空气助燃下焚烧，产生高温炉渣和高温烟气；
高温炉渣进入炉渣余热锅炉与循环水进行换热，降温后的固体颗粒排出；
循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器与循环有机工质进行换热，随后进入第三换热器继续与热网回水换热后冷凝成水，继续回到炉渣余热锅炉中；
垃圾焚烧炉排出的高温烟气进入烟气余热锅炉，在烟气余热锅炉中产生的蒸汽进入第三汽轮机做功发电，乏汽进入第一冷凝器冷凝成水后回到烟气余热锅炉完成循环。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉、炉渣余热锅炉、第一汽轮机、第三汽轮机、烟气余热锅炉、第一冷凝器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器；通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗；通过热网回水回收汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的垃圾焚烧余热利用装置结构框图；
图2为本发明优选实施例提供的垃圾焚烧余热利用装置结构框图；
图3为本发明又一优选实施例提供的垃圾焚烧余热利用装置结构框图；
其中：1垃圾焚烧炉；2炉渣余热锅炉；3第一汽轮机；4第二汽轮机；5第三汽轮机；6烟气余热锅炉；7第一冷凝器；8第一换热器；9第二换热器；10第三换热器；11第四换热器；12第二冷凝器；13生活垃圾输送装置；14空气输送装置；15高温烟气出口；16高温炉渣出口；17热网回水管路；18循环水进口；19过热蒸汽出口；20循环有机工质管路。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，包括垃圾焚烧炉1、炉渣余热锅炉2、第一汽轮机3、第三汽轮机5、烟气余热锅炉6、第一冷凝器7、第一换热器8和第三换热器10；
所述垃圾焚烧炉1的顶部高温烟气出口15连接至所述烟气余热锅炉6，所述烟气余热锅炉6的蒸汽出口连接至所述第三汽轮机5的蒸汽进口，所述第三汽轮机5的乏汽出口连接至所述第一冷凝器7的入口，所述第一冷凝器7的出水口连接至所述烟气余热锅炉6的进水口；所述垃圾焚烧炉1的底部高温炉渣出口与所述炉渣余热锅炉2的进料口连接，所述炉渣余热锅炉2的过热蒸汽出口19连接至所述第一汽轮机3，所述第一汽轮机3的乏汽出口连接至第一换热器8的蒸汽换热进口，所述第一换热器8的蒸汽换热出口连接所述第三换热器10的蒸汽换热进口，所述第三换热器10的出口连接所述炉渣余热锅炉2的循环水进口18。
所述垃圾焚烧炉1的进料口连接有生活垃圾输送装置13，所述垃圾焚烧炉1的进料口连接有空气输送装置14，所述炉渣余热锅炉2底部设有固体颗粒排出口。
通过上述设置，烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗。
实施例2
如图2所示，作为本发明的优选实施例，在实施例1的基础上，还包括第二汽轮机4、第二换热器9和第二冷凝器12；
所述第一换热器8的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器9的循环有机工质换热进口，所述第二换热器9的循环有机工质换热出口连接至所述第二汽轮机4，所述第二汽轮机4的乏汽出口连接所述第二冷凝器12的入口，所述第二冷凝器12的冷凝出口通过循环有机工质管路20连接所述第一换热器8的循环有机工质换热进口。所述烟气余热锅炉6的烟气出口连接所述第二换热器9的烟气换热进口。
实施例3
如图3所示，作为本发明的优选实施例，在实施例2的基础上，还包括热网回水管路17和第四换热器11，热网回水管路17依次连接所述第三换热器10、第四换热器11。所述第二换热器9的烟气换热出口连接所述第四换热器11的烟气换热进口。
通过热网回水回收汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。通过蒸汽朗肯循环中的汽轮机乏汽与热网回水换热，乏汽降温冷凝成水，可不再设置冷凝器。
实施例4，一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用方法，基于实施例3所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，包括如下步骤：
生活垃圾进入垃圾焚烧炉1，在空气助燃下焚烧，产生高温炉渣和高温烟气；高温炉渣进入炉渣余热锅炉2与循环水进行换热，降温后的固体颗粒排出；循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机3做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器8与循环有机工质进行换热，随后进入第三换热器10继续与热网回水换热后冷凝成水，继续回到炉渣余热锅炉2中，完成蒸汽朗肯循环；循环有机工质在第一换热器8中与蒸汽换热后进入第二换热器9与降温后的烟气尾气换热蒸发成蒸汽，随后进入第二汽轮机4做功发电，做工后的有机工质蒸汽经过第二冷凝器12冷凝成液态，完成有机朗肯循环；垃圾焚烧炉1排出的高温烟气进入烟气余热锅炉6，与循环水换热降温后进入第二换热器9与有机工质换热，再进入第四换热器11与热网回水换热降温后送往净化装置。在烟气余热锅炉6中产生的蒸汽进入第三汽轮机5做功发电，乏汽进入第一冷凝器7冷凝成水后回到烟气余热锅炉6完成循环；热网回水17先后经过第三换热器10和第四换热器11升温后回到热网。
本发明通过多级热量回收将垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣和烟气中的热量进行了同时回收利用，经由蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环进行发电，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率。同时利用热网回水将蒸汽朗肯循环中汽轮机乏汽和烟气的低位热量进行充分回收，热网回水升温后送回到热网中，可以增加电厂供热量。
通过烟气和炉渣热量的梯级回收和不同品位热量之间的匹配、耦合，提高了垃圾焚烧电厂的输出功率和能量利用效率；通过用余热锅炉回收炉渣热量进行蒸汽朗肯循环发电，大大降低了炉渣常规处理过程中的冷却水消耗；通过热网回水回收汽轮机乏汽和低温烟气的热量，增加了电厂供热量和供热收入，提高了电厂的经济效益。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，包括垃圾焚烧炉(1)、炉渣余热锅炉(2)、第一汽轮机(3)、第三汽轮机(5)、烟气余热锅炉(6)、第一冷凝器(7)、第一换热器(8)和第三换热器(10)；
所述垃圾焚烧炉(1)的顶部高温烟气出口(15)连接至所述烟气余热锅炉(6)，所述烟气余热锅炉(6)的蒸汽出口连接至所述第三汽轮机(5)的蒸汽进口，所述第三汽轮机(5)的乏汽出口连接至所述第一冷凝器(7)的入口，所述第一冷凝器(7)的出水口连接至所述烟气余热锅炉(6)的进水口；
所述垃圾焚烧炉(1)的底部高温炉渣出口与所述炉渣余热锅炉(2)的进料口连接，所述炉渣余热锅炉(2)的过热蒸汽出口(19)连接至所述第一汽轮机(3)，所述第一汽轮机(3)的乏汽出口连接至第一换热器(8)的蒸汽换热进口，所述第一换热器(8)的蒸汽换热出口连接所述第三换热器(10)的蒸汽换热进口，所述第三换热器(10)的出口连接所述炉渣余热锅炉(2)的循环水进口(18)。
2.根据权利要求1所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，还包括第二汽轮机(4)、第二换热器(9)和第二冷凝器(12)；
所述第一换热器(8)的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器(9)的循环有机工质换热进口，所述第二换热器(9)的循环有机工质换热出口连接至所述第二汽轮机(4)，所述第二汽轮机(4)的乏汽出口连接所述第二冷凝器(12)的入口，所述第二冷凝器(12)的冷凝出口通过循环有机工质管路(20)连接所述第一换热器(8)的循环有机工质换热进口。
3.根据权利要求2所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述烟气余热锅炉(6)的烟气出口连接所述第二换热器(9)的烟气换热进口。
4.根据权利要求1所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，还包括热网回水管路(17)和第四换热器(11)，热网回水管路(17)依次连接所述第三换热器(10)、第四换热器(11)。
5.根据权利要求3所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述第二换热器(9)的烟气换热出口连接所述第四换热器(11)的烟气换热进口。
6.根据权利要求1所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述垃圾焚烧炉(1)的进料口连接有生活垃圾输送装置(13)。
7.根据权利要求1所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述垃圾焚烧炉(1)的进料口连接有空气输送装置(14)。
8.根据权利要求1所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，所述炉渣余热锅炉(2)底部设有固体颗粒排出口。
9.一种烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用方法，基于权利要求1～8任一项所述的烟气炉渣热量回收的垃圾焚烧余热利用装置，其特征在于，包括如下步骤：
生活垃圾进入垃圾焚烧炉(1)，在空气助燃下焚烧，产生高温炉渣和高温烟气；
高温炉渣进入炉渣余热锅炉(2)与循环水进行换热，降温后的固体颗粒排出；
循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机(3)做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器(8)与循环有机工质进行换热，随后进入第三换热器(10)继续与热网回水换热后冷凝成水，继续回到炉渣余热锅炉(2)中；
垃圾焚烧炉(1)排出的高温烟气进入烟气余热锅炉(6)，在烟气余热锅炉(6)中产生的蒸汽进入第三汽轮机(5)做功发电，乏汽进入第一冷凝器(7)冷凝成水后回到烟气余热锅炉(6)完成循环。
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