CN208982184U - 一种上升管余热斯特林发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上升管余热斯特林发电系统，包括上升管换热器和斯特林发电机，所述斯特林发电机设有热端和冷端，所述热端与所述上升管换热器进行热量交换，所述冷端连接有冷却装置。本实用新型能够对焦炉余热高效利用进行发电。

Description

一种上升管余热斯特林发电系统

技术领域

本实用新型涉及了余热发电利用领域，具体的，本实用新型尤其涉及了一种上升管余热斯特林发电系统。

背景技术

中国是世界第一焦炭生产和消费大国，焦炭产能高达近7亿吨，2016年实际产能4.4亿吨，焦炭产能过剩严重，由于焦化是高能耗、高排放型行业，节能减排压力很大。2016年焦化行业焦化工序能耗在122kgce(kg标准煤)/t焦炭，其中焦炉的能耗约占工序能耗的70％～80％。

650～700℃的荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热约33.76％。其中，水分带出的热量占焦炉煤气支出热约51.84％。目前普遍的做法是：先在桥管和集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量气化，使荒煤气急剧降温至80～85℃；降温后的荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至25℃，氨水经冷却和除焦油后循环使用。在该工艺过程中，荒煤气中所含有的大量热能被冷却氨水带走，冷却后的氨水通过蒸发脱氨后排放，在消耗大量氨水增加生产成本的同时，荒煤气余热资源无法回收而损失掉。因此，荒煤气带出显热的回收，对焦化厂节能降耗提高经济效益具有非常重要的作用。而上升管余热利用是一种有效的生产蒸汽并发电的技术。

综述所述，目前的大部分炼焦厂的红焦和荒煤气余热利用不充分，即使是较为先进的干熄焦技术和上升管技术，都需要制取蒸汽，再利用蒸汽轮机朗肯循环发电，其发电效率超不过35％。

尤其需要说明的是，目前，上升管换热器是现有技术的炼焦生产设备中广泛使用的余热回收的装置。但现有技术通常采用以上升管换热器的预热进行生活供水加热等方式来进行余热回收利用。因此，开发构建一种能够利用上升管换热器的余热进行高效发电的系统，将不仅有利于炼焦过程的余热回收，同时有利于优化炼焦工艺中的能源利用模式和能源利用效率。

发明内容

针对现有上升管余热利用不足和效率不高的缺陷，本实用新型旨在提供一种上升管余热斯特林发电系统，通过本实用新型，可实现焦炉余热直接发电。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种上升管余热斯特林发电系统，包括上升管换热器和斯特林发电机，所述斯特林发电机设有热端和冷端，所述热端与所述上升管换热器进行热量交换，所述冷端连接有冷却装置。

进一步的，所述上升管换热器布置在炼焦炉的炉顶部分，所述上升管换热器能够收集焦炉荒煤气的余热。

进一步的，所述上升管换热器布置在干熄炉的炉壁部分和/或炉顶部分。

进一步的，所述冷端设有空气冷却装置或水冷装置中的任意一种。

进一步的，所述冷端设有冷却循环模块，所述冷却循环模块与焦炉烟气低温冷却水的管路连接。

进一步的，所述冷端与供热循环水回水的管路连接。

进一步的，所述上升管换热器中设有传热介质，所述传热介质为惰性气体、熔盐、导热油、相变金属、水、传热气体中的任意一种。

进一步的，所述上升管换热器中的传热介质将荒煤气余热传递到所述斯特林发电机的热端，从而驱动所述斯特林发电机进行发电。

本实用新型的有益效果在于：

首先，斯特林发电机为卡诺循环，其发电效率高于利用蒸汽的朗肯循环发电效率；此外，斯特林发电机为外燃机，对烟气工质要求不高，可适应不同安装位置和高温环境，因此可以直接伸入复杂工况中进行取热，通过直接采用斯特林发电机对上升管余热进行利用，不仅提供了一种有效的余热利用途径，同时保证了斯特林发电机具有较高的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的上升管余热斯特林发电系统的结构示意图。

为进一步清楚地说明本实用新型的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

附图标记说明：

1-斯特林发电机，3-炼焦炉，4-干熄炉，11-冷端，12-热端，13-上升管换热器，14-低温熔盐输入端，15-高温熔盐输出端，16-低温熔盐输出端，P-发电输出，WI-冷却水进入端，W0-冷却水输出端，A-入炉煤，B-红焦，C-焦炭。

通过上述附图标记说明，结合本实用新型的实施例，可以更加清楚的理解和说明本实用新型的技术方案。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段，达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本实用新型的实施例进行详细说明。

需要说明，本实用新型中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本实用新型，而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

本实用新型实施例提供了一种上升管余热斯特林发电系统，本实用新型实施例提供的上升管余热斯特林发电系统包括上升管换热器13和斯特林发电机1，所述斯特林发电机1设有热端12和冷端11，所述热端12与所述上升管换热器13进行热量交换，所述冷端11连接有冷却装置。通过本实用新型实施例，可实现焦炉余热直接发电。

所述上升管换热器13布置在炼焦炉3的炉顶部分，所述上升管换热器13能够收集焦炉荒煤气的余热。所述上升管换热器13中设有传热介质，所述传热介质为惰性气体、熔盐、导热油、相变金属、水、传热气体中的任意一种。所述上升管换热器13中的传热介质将荒煤气余热传递到所述斯特林发电机1的所述热端12，从而驱动所述斯特林发电机1进行发电。

在本实用新型的部分实施方式中，所述冷端11设有冷却循环模块，所述冷却循环模块与焦炉烟气低温冷却水的管路连接。

在本实用新型的部分实施方式中，所述冷端11与供热循环水回水的管路连接。所述冷端11释放的热量用于厂区供热或生活热水。

在本实用新型实施例中，通过在所述冷端11设置所述冷却循环模块，进一步提高了所述斯特林发电机1的发电效率，并且通过将所述冷端11释放的热量进行合理利用，优化了整个发电系统的能源利用模式，提高了能源利用效率。

上升管换热器是炼焦生产中余热回收的主要设备，其既能够对荒煤气进行传输，又能够进行换热，通过吸收上升管内的荒煤气余热，进行余热的回收利用。本实用新型将上升管换热器交换所得的热量提供给斯特林发电机，提供了一种有效的余热利用途径，并保证了斯特林发电机具有较高的效率。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种上升管余热斯特林发电系统。在本实用新型实施例提供的上升管余热斯特林发电系统中，所述上升管换热器13布置于所述炼焦炉3的炉顶部分，所述斯特林发电机1的所述热端12与所述上升管换热器13进行热量交换，处于外部的所述斯特林发电机1的所述冷端11连接有冷却装置。冷却水由冷却水进入端WI进入，流经所述冷端11后由冷却水输出端WO输出。所述冷端11利用冷却水冷却，从而增大所述斯特林发电机1的所述热端12和所述冷端11的温差，提高发电效率。其中所述上升管换热器13中的传热介质为熔盐，低温熔盐由低温熔盐输入端14进入，流经所述上升管换热器13成为高温熔盐，并由高温熔盐输出端15输出，随后，高温熔盐流入所述斯特林发电机1经过热交换成为低温熔盐，并由低温熔盐输出端16输出。

在本实用新型实施例中，通过直接采用所述斯特林发电机1对所述上升管换热器13的上升管余热进行利用，在所述上升管换热器13的余热进行有效利用的基础上，同时使得所述斯特林发电机1具有较高的发电效率。此外，通过设置冷却循环模块，使得冷却水由所述冷却水进入端WI进入，流经所述冷端11后由所述冷却水输出端WO输出，提高了所述斯特林发电机1的所述热端12和所述冷端11之间的温度差，进一步提高了所述斯特林发电机1的发电效率。

实施例2

本实施例与实施例1类似，不同之处在于，在本实用新型实施例提供的上升管余热斯特林发电系统中，将所述上升管换热器13中的传热工质换为耐高温导热油，低温的导热油由所述低温导热油输入端进入，流经所述上升管换热器13成为高温导热油，并由高温导热油输出端输出，随后，高温导热油流入所述斯特林发电机1经过热交换成为低温导热油，并由低温导热油输出端输出。

实施例3

本实施例与实施例1类似，不同之处在于，在本实用新型实施例提供的上升管余热斯特林发电系统中，斯特林发电机冷端11冷却采用空气冷却，去除图1中的所述冷却水进入端WI至所述冷却水输出端WO的冷却水管路即可。这样的冷却方式使得斯特林发电机的结构更加简单，降低了所述斯特林发电机1的整体投资，但因为冷热端温差有所减小，会导致斯特林发电机的发电效率有所降低。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，包括上升管换热器(13)和斯特林发电机(1)，所述斯特林发电机(1)设有热端(12)和冷端(11)，所述热端(12)与所述上升管换热器(13)进行热量交换，所述冷端(11)连接有冷却装置。

2.根据权利要求1所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述上升管换热器(13)布置在炼焦炉(3)的炉顶部分，所述上升管换热器(13)能够收集焦炉荒煤气的余热。

3.根据权利要求1所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述冷端(11)设有空气冷却装置或水冷装置中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述冷端(11)设有冷却循环模块，所述冷却循环模块与焦炉烟气低温冷却水的管路连接。

5.根据权利要求1所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述冷端(11)与供热循环水回水的管路连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述上升管换热器(13)中设有传热介质，所述传热介质为惰性气体、熔盐、导热油、相变金属、水、传热气体中的任意一种。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的上升管余热斯特林发电系统，其特征在于，所述上升管换热器(13)中的传热介质将荒煤气余热传递到所述斯特林发电机(1)的热端(12)，从而驱动所述斯特林发电机(1)进行发电。