CN205642035U - 一种烧结多热源低温余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种烧结多热源低温余热发电系统，利用烧结多热源中的低温余热进行发电，冷却废气吸收烧结矿热量后进入到热媒换热器加热热媒(第一流体介质)，热媒作为热源，在蒸发器、加热器和热媒换热器之间循环流动，得以在蒸发器和加热器中不断加热发电所需的有机工质，有机工质在透平发电机、回热器、冷凝器中循环流动，不仅可以实现发电，还进一步可以通过冷凝器的换热将剩余热源回收利用作它用。本实用新型实现低温余热资源发电利用，最大限度提高烧结余热回收率。

Description

一种烧结多热源低温余热发电系统

技术领域

本实用新型涉及能源高效利用领域，特别涉及的是一种烧结多热源低温余热发电系统，尤其适合用于ORC(Organic Rankine Cycle，有机工质郎肯循环)发电系统。

背景技术

热态烧结矿冷却时，会产生大量余热资源转移到冷却气体中，并随着冷却流程分别形成中、低温热废气，其中，除了300℃以上(通常低于450℃)的中温废气余热通过余热锅炉产生中压蒸汽，用于供热或发电外，大量低温(300℃以下)的废气余热资源放散到大气或周边环境中，导致能源浪费、环境污染、成本上升等不利影响。在长流程钢铁流程六大典型工序中，烧结工序大量低温余热资源未被利用，导致余热资源回收率最低，仅约22％，远低于行业平均水平35％，烧结工序低温余热资源回收与利用是烧结工序节能领域长期研究热点和关注方向。

中国专利局公开的申请号为CN201110058524的《烧结过程余热资源高效回收与利用装置及方法》中，提出了“分级回收与梯级利用技术的核心是：将冷却机前端的一段、二段冷却废气经除尘后通入余热锅炉，产生的蒸汽用于发电；将冷却机中部的三段冷却废气返回到点火炉和烧结机台面分别用于点火助燃与热风烧结；将温度较高的烧结烟气引入到点火炉前用于烧结混合料干燥”。该专利技术存在两个方面问题：将冷却机前端高温废气用于蒸汽回收发电、中部中温冷却废气用于烧结点火以节约煤气，均不符合能源梯级利用思想，一方面用冷却机前端高温冷却废气(300-430℃不同温度分布)进行蒸汽发电，能源转换效率仅20％，导致能源浪费；另一方面，利用冷却机中部中温废气(150-200℃)进行烧结点火，由于其温度低，节约高品位能源——煤气有限。同时，利用第5段低温冷却废气继续冷却第4段和第3段的方式也存在不足，主要因为(1)第5段废气阻力大幅增加，电耗会大幅上升；(2)导致第3、4段入口废气温度上升，影响烧结机冷却效果，进一步影响烧结生产。

中国专利局公开的申请号为CN200910187381的《烧结过程中余热资源分级回收与梯级利用的方法及其装置》，提出了“一种冶金烧结过程中余热资源分级回收与梯级利用的方法，将炽热的烧结矿装入到一个竖式封闭的罐体中，烧结矿的温度为800℃～950℃；然后从该罐体底部通入常温空气，空气流量与烧结矿处理量的比值，即：气固比为2000∶2500Nm3/t，使炽热的烧结矿在该罐体内与空气充分接触进行冷却，冷却后的烧结矿由罐体底部排出，而与烧结矿充分接触后的携带烧结矿全部显热的空气则从罐体上部排出，并经过除尘后通入余热锅炉生产蒸汽，生产的蒸汽并入蒸汽管网或进行发电”。该专利建立在新型烧结矿竖式冷却工艺基础上，但是烧结矿竖式冷却目前世界上还没有成功的案例，因而应用实施较为困难。

综上所述，现有烧结工艺均采用环式或带式冷却工艺，针对现有烧结机：(1)仅回收高中温(300℃以上)废气余热资源，低温余热资源除部分用于热风烧结外，更多低温余热资源因缺少合适的技术未被回收而浪费，回收效率较低；(2)个别地方低温余热回收后仅考虑生活热水用于洗浴，由于热水用户少，限制了低温余热回收。因此，目前烧结冷却废气低温余热尚没有合理技术进行回收利用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种烧结多热源低温余热发电系统，实现低温余热资源发电利用，最大限度提高烧结余热回收率。

为解决上述问题，本实用新型提出一种烧结多热源低温余热发电系统，包括：

热媒换热器，接收吸收有烧结矿热量的低温冷却废气，并将低温冷却废气与第一流体介质进行换热，输出换热后的低温冷却废气和第一流体介质；

蒸发器，接收从热媒换热器换热后的第一流体介质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，蒸发器内的第一流体介质作为热源加热蒸发有机工质，输出换热后的第一流体介质和有机工质；

预热器，接收从蒸发器输出的第一流体介质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，输出换热后的第一流体介质和有机工质，预热器输出的第一流体工质循环流回至所述热媒换热器，预热器输出的有机工质流至所述蒸发器中；

透平发电机，接收从所述蒸发器输出的加热蒸发后的有机工质，所述有机工质在所述透平发电机内膨胀，从而带动透平发电机发电输出电能；

回热器，接收从所述透平发电机输出的呈蒸汽状的有机工质，同时接收来自冷凝器的液态状的有机工质，将蒸汽状的有机工质和液态状的有机工质换热后输出，蒸汽状的有机工质冷却后进入冷凝器，液态状的有机工质加热后循环流回至所述预热器；

冷凝器，接收经回热器冷却后的蒸汽状的有机工质，并将蒸汽状的有机工质冷凝为所述液态状的有机工质，输出所述液态状的有机工质给所述回热器。

其中，所述热媒换热器的第一通道、所述蒸发器的第一通道和所述预热器的第一通道依次相互连通以构成第一循环回路，所述第一流体介质在第一循环回路上循环流动；所述第一循环回路上还包括闭式循环泵，所述第一流体介质在所述闭式循环泵的驱动下在所述第一循环回路内循环流动；

所述蒸发器的第二通道、所述透平发电机、所述回热器的第一通道、所述冷凝器的第一通道、所述回热器的第二通道和所述预热器的第二通道依次相互连通以构成第二循环回路，所述有机工质在所述第二循环回路内循环流动；所述第二循环回路上还包括工质泵，所述有机工质在所述工质泵的驱动下在所述第二循环回路内循环流动。

根据本实用新型的一个实施例，在所述闭式循环泵的进口处设置有定压补水装置，以使所述第一循环回路中的低压蒸汽同时作为热源，在蒸发器内加热有机工质。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体介质为水，所述蒸发器还具有第三通道，所述蒸发器的第三通道输入低压蒸汽，蒸发器将低压蒸汽和有机工质换热之后，所述蒸发器的第三通道输出凝结水。

根据本实用新型的一个实施例，还包括凝结水泵，所述凝结水泵连接第三通道的出口，用以驱动所述凝结水的流动。

根据本实用新型的一个实施例，冷凝器的第一通道中的有机工质将其第二通道中的第二流体介质加热后，输出第二流体介质至冷却塔中冷却，经冷却塔冷却后的第二流体介质循环流回至所述冷凝器。

根据本实用新型的一个实施例，还包括引风机，连接所述热媒换热器的第一通道的出口，用以驱动热媒换热器将换热冷却后的低温冷却废气输出至烧结机台面。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：利用烧结多热源中的低温余热进行发电，冷却废气吸收烧结矿热量后进入到热媒换热器加热热媒(第一流体介质)，热媒作为热源，在蒸发器、加热器和热媒换热器之间循环流动，得以在蒸发器和加热器中不断加热发电所需的有机工质，有机工质在透平发电机、回热器、冷凝器中循环流动，不仅可以实现发电，还进一步可以通过冷凝器的换热将剩余热源回收利用作它用。本实用新型采用多热源发电技术增加了低品位能源利用渠道，提高回收率；实现了烧结低温余热回收量的最大化；通过余热回收效率最大化，能够明显降低烧结工序能耗，节约能源，减少排放，产生良好的经济和社会效益。此外，将热媒换热器与冷却机一体化布置回收余热，提高换热效率，甚至增加烧结矿辐射热的回收。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的烧结多热源低温余热发电系统的结构示意图。

图中标记说明：

热媒换热器201；引风机-202；闭式循环水泵-203；预热器-204；蒸发器-205；工质泵-206；冷凝器-207；回热器-208；透平发电机-209；有机工质-210；凝结水泵-211；定压补水装置-301。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

烧结冷却机内的烧结矿分段经空气冷却，得到不同温度的冷却废气，其中，300-450℃的高温废气部分直接回送烧结机，用于烧结机点火，减少烧结机燃料消耗；高温冷却废气其余部分进入余热锅炉，用于生产中压蒸汽，降温后的冷却废气由循环风机引回至烧结冷却机继续冷却烧结矿。

参看图1，本实施例的烧结多热源低温余热发电系统，包括：热媒换热器201、蒸发器205、预热器204、透平发电机209、回热器208和冷凝器207。

在本实施例中，300℃以下的低温冷却废气进入到热媒换热器201，产生部分低压蒸汽和第一流体介质(热媒，例如高压热水)。

在一个实施例中，烧结多热源低温余热发电系统还可以包括引风机202。引风机连接热媒换热器201的第一通道的出口，用以驱动热媒换热器201将换热冷却后的低温冷却废气输出至烧结机台面。降温后的冷却废气可以由引风机202送至烧结机台面，用于热风烧结，进一步减少烧结机燃料消耗，从源头节能减排。

为了减少散热损失，提高回收效率。取热装置尽可能地与生产工艺一体化设计，可以将热媒换热器201设置在烧结冷却机上部，冷却废气吸收烧结矿热量后直接进入热媒换热器201加热第一流体介质。将热媒换热器201一体化形成在冷却机上，形成具有低温余热高效回收且紧凑布置的冷却机，但是不作为限制，热媒换热器201也可以设置在与烧结冷却机分离设置，通过管道连接，传输低温冷却废气。冷却机例如是环冷机，在图1中，冷却废气从余热锅炉中出来后，进入到环冷机中，一部分低温冷却废气从环冷机中出来后重新循环回余热锅炉中，低温冷却废气在循环风机的作用下如此循环。又一部分的低温冷却废气从环冷机中出来后进入到热媒换热器中进行换热，换热后的冷却废气在引风机的作用下送至烧结机台面。剩余部分的低温冷却废气从环冷机中出来后去点火助燃或热风保温等。

热媒换热器201接收冷却机输出的吸收有烧结矿热量的低温冷却废气，并将低温冷却废气与第一流体介质进行换热，输出换热后的低温冷却废气和第一流体介质。热媒换热器201内至少具有第一通道和第二通道，第一通道用来流通第一流体介质，第二通道用来流通低温冷却废气，两个通道的内部介质在流通过程中进行换热。

蒸发器205接收从热媒换热器201换热后的第一流体介质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，当发电系统为ORC发电系统时，蒸发器205内的第一流体介质作为ORC热源(也就是热媒换热器201加热后的第一流体介质作为ORC热源)加热蒸发有机工质，蒸发器205输出换热后的第一流体介质和有机工质。蒸发器205内至少具有第一通道和第二通道，第一通道用来流通第一流体介质，第二通道用来流通有机工质，两个通道的内部介质在流通过程中进行换热。

在一个实施例中，蒸发器205还可以具有第三通道，参看图1，第三通道通入富裕低压蒸汽后在蒸发器205内进行换热，受冷变成凝结水出来，加强蒸发器205对于有机工质的加热蒸发作用。可选的，蒸发器205的第三通道的凝结水出口还可以连接凝结水泵211，以驱动第三通道内生成的凝结水的流动。

预热器204一方面接收从蒸发器205输出的第一流体介质，另一方面接收从回热器208输出的有机工质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，输出换热后的第一流体介质和有机工质。预热器204输出的第一流体工质循环流回至热媒换热器201，预热器204输出的有机工质流至蒸发器205中，预热器204和蒸发器205两者之间的介质相互对流，有利于换热更彻底。预热器204内至少具有第一通道和第二通道，第一通道用来流通第一流体介质，第二通道用来流通有机介质，两个通道的内部介质在流通过程中进行换热，预热器204可以在蒸发器205换热之前先预热有机介质。

经过蒸发器205的换热之后，有机工质被蒸发气化，透平发电机209接收从蒸发器205输出的加热蒸发后的有机工质，有机工质在透平发电机209内膨胀，从而带动透平发电机209发电输出电能。

透平发电机209降温降压后的呈蒸汽状的有机介质进入到回热器208中，也就是回热器208接收从透平发电机209输出的呈蒸汽状的有机工质，同时回热器208还接收来自冷凝器207的液态状的有机工质，回热器208将蒸汽状的有机工质和液态状的有机工质换热后输出，蒸汽状的有机工质冷却后从回热器208中输出并进入到冷凝器207中，液态状的有机工质加热后从回热器208中输出并循环流回至预热器204。回热器208内至少具有第一通道和第二通道，第一通道用来流通蒸汽状的有机工质，第二通道用来流通液态状的有机工质，两个通道的内部介质在流通过程中进行换热，回热器208通过液态状的有机工质对蒸汽状的有机工质进行预冷。

冷凝器207接收经回热器208冷却后的蒸汽状的有机工质，并将蒸汽状的有机工质冷凝为液态状的有机工质，输出液态状的有机工质给回热器208。冷凝器205的制冷剂可以通过外部受热装置提供，从而外部受热装置能够利用剩余热能。

本实用新型实现低温冷却废气的冷能回收利用，一方面用于ORC发电，另一方面可以通过冷凝器207将剩余热能提供给外部受热装置，从而将剩余热能用作它途，实现了烧结低温余热回收量的最大化。

热媒换热器201的第一通道、蒸发器205的第一通道和预热器204的第一通道依次相互连通以构成第一循环回路，第一流体介质在第一循环回路上循环流动。其中，第一流体介质在热媒换热器201中受热，在蒸发器205和预热器204中冷却。

第一循环回路上还可以包括闭式循环泵203，第一流体介质在闭式循环泵203的驱动下在第一循环回路内循环流动。在图1中，闭式循环泵203设置在预热器204和热媒换热器201之间，但不作为限制。

进一步的，为了保证第一流体介质在热媒换热器201内过热(大于100摄氏度)但不被汽化，在闭式循环泵203的进口处设置有定压补水装置301，以使第一循环回路中的低压蒸汽(图1中从蒸发器205的第三通道内输入的富裕低压蒸汽)同时作为ORC热源，在蒸发器205内加热有机工质。

蒸发器205的第二通道、透平发电机209、回热器208的第一通道、冷凝器207的第一通道、回热器208的第二通道和预热器204的第二通道依次相互连通以构成第二循环回路，有机工质在第二循环回路内循环流动。其中，有机工质在预热器204内先预热，而后在蒸发器205内受热蒸发，在透平发电机209内进行膨胀发电后冷却，在回热器208中进行预冷，在冷凝器207中冷凝，回到回热器208中对之后的有机工质进行预冷，而后又回到预热器204进行预热。

第二循环回路上还可以包括工质泵206，有机工质在工质泵206的驱动下在第二循环回路内循环流动。

在一个实施例中，剩余热能用于冷却塔受热，实现烧结低温余热回收量的最大化。冷凝器207的第一通道中的有机工质将其第二通道中的第二流体介质加热后，输出第二流体介质至冷却塔中冷却，经冷却塔冷却后的第二流体介质循环流回至冷凝器207。

第一流体介质作为热媒回收冷却废气中的低温余热，第一流体介质例如可以是热水、导热油等。采用热水作为热媒时，设置定压补水装置301，将工况热源变成稳定的能源输出，便于后续利用或供热。结合用户环境需要，ORC发电系统可以采用空冷、水冷或蒸发冷却。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，包括：

热媒换热器，接收吸收有烧结矿热量的低温冷却废气，并将低温冷却废气与第一流体介质进行换热，输出换热后的低温冷却废气和第一流体介质；

蒸发器，接收从热媒换热器换热后的第一流体介质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，蒸发器内的第一流体介质作为热源加热蒸发有机工质，输出换热后的第一流体介质和有机工质；

预热器，接收从蒸发器输出的第一流体介质，并将第一流体介质和有机工质进行换热，输出换热后的第一流体介质和有机工质，预热器输出的第一流体工质循环流回至所述热媒换热器，预热器输出的有机工质流至所述蒸发器中；

透平发电机，接收从所述蒸发器输出的加热蒸发后的有机工质，所述有机工质在所述透平发电机内膨胀，从而带动透平发电机发电输出电能；

回热器，接收从所述透平发电机输出的呈蒸汽状的有机工质，同时接收来自冷凝器的液态状的有机工质，将蒸汽状的有机工质和液态状的有机工质换热后输出，蒸汽状的有机工质冷却后进入冷凝器，液态状的有机工质加热后循环流回至所述预热器；

冷凝器，接收经回热器冷却后的蒸汽状的有机工质，并将蒸汽状的有机工质冷凝为所述液态状的有机工质，输出所述液态状的有机工质给所述回热器；

其中，所述热媒换热器的第一通道、所述蒸发器的第一通道和所述预热器的第一通道依次相互连通以构成第一循环回路，所述第一流体介质在第一循环回路上循环流动；所述第一循环回路上还包括闭式循环泵，所述第一流体介质在所述闭式循环泵的驱动下在所述第一循环回路内循环流动；

所述蒸发器的第二通道、所述透平发电机、所述回热器的第一通道、所述冷凝器的第一通道、所述回热器的第二通道和所述预热器的第二通道依次相互连通以构成第二循环回路，所述有机工质在所述第二循环回路内循环流动；所述第二循环回路上还包括工质泵，所述有机工质在所述工质泵的驱动下在所述 第二循环回路内循环流动。

2.如权利要求1所述的烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，在所述闭式循环泵的进口处设置有定压补水装置，以使所述第一循环回路中的低压蒸汽同时作为热源，在蒸发器内加热有机工质。

3.如权利要求1或2所述的烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，所述第一流体介质为水，所述蒸发器还具有第三通道，所述蒸发器的第三通道输入低压蒸汽，蒸发器将低压蒸汽和有机工质换热之后，所述蒸发器的第三通道输出凝结水。

4.如权利要求3所述的烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，还包括凝结水泵，所述凝结水泵连接第三通道的出口，用以驱动所述凝结水的流动。

5.如权利要求1所述的烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，冷凝器的第一通道中的有机工质将其第二通道中的第二流体介质加热后，输出第二流体介质至冷却塔中冷却，经冷却塔冷却后的第二流体介质循环流回至所述冷凝器。

6.如权利要求1所述的烧结多热源低温余热发电系统，其特征在于，还包括引风机，连接所述热媒换热器的第一通道的出口，用以驱动热媒换热器将换热冷却后的低温冷却废气输出至烧结机台面。