CN218937059U - 一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置 - Google Patents

Abstract

一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，该装置包括环冷机（C）；按照烧结矿的走向，所述环冷机（C）的中低温段上依次设有m段取风系统（1）；每段取风系统（1）内自上而下依次设有供热用热水加热器（2）和发电用热水加热器（3），且位于下游段的供热用热水加热器（2）的出口与相邻的位于上游段的供热用热水加热器（2）的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器（3）的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器（3）的入口连接；其中，m≥2。该装置对环冷机中后段的余热利用进行优化布置，根据不同的温度区间，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，通过两者之间的水温差异，充分利用余热资源。

Description

一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置

技术领域

本实用新型涉及烧结冷却机废气的余热利用装置，具体涉及一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，属于烧结余热利用技术领域。

背景技术

钢铁工业是能源消耗最大的产业部门之一，而烧结生产能耗约占钢铁企业能耗的10%左右，仅次于炼铁工序。因此，烧结工序节能在钢铁企业的节能工作中占有十分重要的地位。一般来讲，在烧结工序中，热烧结矿显热和烧结主烟道烟气显热占烧结总能耗的50%以上，为此，尽可能地利用这部分余热资源是烧结节能降耗的重要途径。近些年来，在保证烧结矿质量的同时，钢铁行业不断关注和重视烧结节能技术的应用与开发，并已取得了一定成效，也使烧结工序的固体燃料单位消耗不断降低。

目前环冷机中前段的余热资源已经得到了广泛的利用，效益非常可观；但随着国家双碳政策的提出，余热利用也已进入深水区，如何能在现有余热利用的基础上进一步深挖潜力是能源工作者要面临的重大课题。

以330m²烧结机为例，现有的常见中低温余热方案如下所示：

330m²烧结环冷机中后段热水加热器分成2个模块，彼此独立。环冷机中后段的取风系统分两段取风，一段废气直接从风罩进入热水换热器1段，经过换热器后排出至大气；二段废气直接从风罩进入热水换热器2段，经过换热器后排出至大气。热水加热器所产热水一般送往烧结工艺使用。

现有中低温余热方案能够回收一定余热，带来经济效益，但其仍然存在以下缺点：

1、利用前端200℃以上的烟气产90℃左右的热水，虽然可行，但是从能源品级的角度来说，仍然存在做功能力的浪费。

2、现有的热水加热器方式，需要后续处理的无组织排放的烟气量是所利用范围内几个鼓风机的风量之和，无组织排放风量大，对环境有不利影响。

3、所产热水经济性差，未让企业充分享受到节能的收益。

4、由于厂区所需热水（供热或工艺用），尤其是南方地区所需热水量少，仍然会有大量余热资源未得到充分利用。

实用新型内容

针对上述现有中低温余热利用方案中存在的做功能力浪费、无组织排放风量大、经济性差、余热资源未得到充分利用的问题，本实用新型提出一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置。该装置对环冷机中后段（即中低温段）的余热利用进行优化布置，根据不同的温度区间，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，通过两者之间的水温差异，充分利用余热资源；同时通过冷却风机的多级利用大大减少环冷机区域所需无组织排放风量，提高厂区的经济效益。

根据本实用新型的实施方案，提供一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置。

一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，该装置包括环冷机。按照烧结矿的走向，所述环冷机的中低温段上依次设有m段取风系统。每段取风系统内自上而下依次设有供热用热水加热器和发电用热水加热器，且位于下游段的供热用热水加热器的出口与相邻的位于上游段的供热用热水加热器的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器的入口连接。其中，m≥2。

在本实用新型中，该装置还包括冷却风机。每段取风系统对应的底部风箱均连接有冷却风机。

优选的是，该装置还包括烟气输送管道。从下游段取风系统引出的烟气输送管道连接至相邻的上游段冷却风机。位于上游端的取风系统则通过烟气排出管道连接至大气。

作为优选，从下游段取风系统引出的烟气输送管道在穿过环冷机上的烧结矿料层后连接至相邻的上游段冷却风机。

在本实用新型中，按照烧结矿的走向，所述环冷机的中低温段上依次设有2段取风系统，分别为取风一段和取风二段。其中，取风一段内自上而下依次设有供热用热水加热器一段和发电用热水加热器一段，取风二段内自上而下依次设有供热用热水加热器二段和发电用热水加热器二段。供热用热水加热器二段的出口连接至供热用热水加热器一段的入口，发电用热水加热器二段的出口连接至发电用热水加热器一段的入口。

该装置还包括第一冷却风机和第二冷却风机。其中，第一冷却风机与取风一段对应的底部风箱相连接，第二冷却风机与取风二段对应的底部风箱相连接。从取风二段引出的烟气输送管道在穿过环冷机上的烧结矿料层后连接至第一冷却风机。取风一段通过烟气排出管道连接至大气。

优选的是，所述烟气输送管道上还连接有空气输送管道。

作为优选，所述空气输送管道上设有补冷风阀。

在本实用新型中，取风一段内的发电用热水加热器一段的出口通过管道连接至ORC发电机组。ORC发电机组的热水排出管道连接至取风二段内的发电用热水加热器二段的入口。

在本实用新型中，取风二段内的供热用热水加热器二段的入口连接有常温水输送管道。

在本实用新型中，取风一段内的供热用热水加热器一段的出口连接至供热系统。

针对现有环冷机上中低温余热利用方案中存在的做功能力浪费、经济性差、余热资源未得到充分利用的问题，本实用新型提出一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置。按照环冷机上烧结矿的走向，在该装置环冷机的中后段（即中低温段）上依次设置多段取风系统（例如根据环冷机的规模等按需设置m段取风系统，其中m≥2，例如m=2或3或4或5……）。鉴于取风系统内越靠近烧结矿料层的位置温度越高，即能够利用的余热资源越多，因而每段取风系统内从上往下依次设置供热用热水加热器和发电用热水加热器，从而避免做功能力的浪费。其中，位于下游段（即后段）的供热用热水加热器的出口与相邻的位于上游段（即前段）的供热用热水加热器的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器的入口连接，从而实现对余热资源的充分利用。由此，本实用新型对环冷机中后段（即中低温段）的余热利用进行优化布置，根据不同的温度区间，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，通过两者之间的水温差异，充分利用余热资源；同时，本方案所产热水的经济性好，能够让企业充分享受到节能的收益。

作为优选方案，针对现有环冷机上中低温余热利用方案中存在的无组织排放风量大的问题，本实用新型在上述每段取风系统对应的底部风箱上均连接有冷却风机。其中，位于下游段的取风系统通过烟气输送管道连接至相邻的位于上游段的冷却风机，而位于上游端的取风系统（即最靠近环冷机高温段的取风系统）则通过烟气排出管道连接至大气。由此，本申请将多段取风系统所对应的多个无组织风量排放点归为一个，且冷却风仅仅从下游端取风系统（即最靠近环冷机排料端的取风系统）所对应的这一冷却风机进入，进入环冷机内的冷却风再经由相邻取风系统之间的烟气输送管道依次进入上游的多段取风系统中进行循环利用，即本申请将环冷机中低温段的冷却风机通过多次串联、冷却风重复使用的方式，大大降低了对外的无组织排放风量，还提高了环冷机余热资源的利用率，提高厂区的经济效益。为进一步提高对烧结矿显热及相关余热资源的利用，本方案中从下游段取风系统引出的烟气输送管道在穿过环冷机上的烧结矿料层后再连接至相邻的上游段冷却风机，即经由冷却风机进入的冷却风多次穿过环冷机上的烧结矿料层换热，进一步加强对环冷机余热资源的充分利用。

以在环冷机中低温段上设置两段取风系统为例，具体方案如下：

在所述环冷机的中低温段上依次设置2段取风系统，分别为取风一段和取风二段。其中，取风一段内自上而下依次设有供热用热水加热器一段和发电用热水加热器一段，取风二段内自上而下依次设有供热用热水加热器二段和发电用热水加热器二段。供热用热水加热器二段的出口连接至供热用热水加热器一段的入口，发电用热水加热器二段的出口连接至发电用热水加热器一段的入口。取风一段对应的底部风箱连接有第一冷却风机，取风二段对应的底部风箱连接有第二冷却风机。从取风二段引出的烟气输送管道在穿过环冷机上的烧结矿料层后连接至第一冷却风机。取风一段通过烟气排出管道连接至大气。

其中，取风一段内的发电用热水加热器一段的出口通过管道连接至ORC发电机组（附图中未示出）。ORC发电机组的热水排出管道连接至取风二段内的发电用热水加热器二段的入口。取风二段内的供热用热水加热器二段的入口连接有常温水输送管道。取风一段内的供热用热水加热器一段的出口连接至供热系统（例如烧结系统）。

将上述在环冷机中低温段上设置两段取风系统的技术方案应用于330m²烧结机，具体流程如下：

在330 m²烧结环冷机的中低温段，经由第二冷却风机进来的冷风通过环冷机上的烧结矿料层后，依次经过取风二段内的发电用热水加热器二段、供热用热水加热器二段；再利用第二冷却风机通过烟气输送管道将取风二段排出的风抽过来，该部分冷却风在第三次穿过环冷机上的烧结矿料层后，依次经过取风一段内的发电用热水加热器一段、供热用热水加热器一段；最终经由烟气排出管道排入大气。

供热用热水加热器的水源为20℃常温水，所述常温水经过取风二段内的供热用热水加热器二段和取风一段内的供热用热水加热器一段后，温度提升到90℃，最终送烧结工艺用或供热用。发电用热水加热器的水源为80℃循环热水，所述循环热水经过取风二段内的发电用热水加热器二段和取风一段内的发电用热水加热器一段后，温度提升到150℃，最终送ORC发电机组发电用，经过发电换热后，水温又降低到80℃，再通过循环泵送至发电用热水换热器，形成一个完整的汽水循环。

由于本申请中冷却风仅从下游端的这一冷却风机进入，为避免出现冷却风量不足而影响热烧结矿冷却效果的情况，因而本方案在烟气输送管道上还连接有空气输送管道。空气输送管道上设有补冷风阀，调节补冷风阀即能够实现对冷却风量的具体调控。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型对环冷机中后段的余热利用进行优化布置，根据不同的温度区间，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，通过两者之间的水温差异，充分利用余热资源；同时，本方案所产热水的经济性好，能够让企业充分享受到节能的收益。

2、本实用新型将环冷机中低温段的冷却风机通过多次串联、冷却风重复使用的方式，大大降低了对外的无组织排放风量，还提高了环冷机余热资源的利用率，提高厂区的经济效益。

3、本实用新型根据环冷机上不同的温度区间，对环冷机余热资源进行梯级利用，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，并对两种加热器适用不同的水源，尤其是发电用热水加热器采用ORC发电换热后的热水，形成汽水循环，从而最大限度地实现余热资源的利用，解决了现有技术中做功能力浪费的问题。

附图说明

图1为现有技术中环冷机上中低温余热利用方案烟风系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置的结构示意图。

附图标记：

C：环冷机；1：取风系统；101：取风一段；102：取风二段；2：供热用热水加热器；201：供热用热水加热器一段；202：供热用热水加热器二段；3：发电用热水加热器；301：发电用热水加热器一段；302：发电用热水加热器二段；4：冷却风机；401：第一冷却风机；402：第二冷却风机；5：补冷风阀；

L1：烟气输送管道；L2：空气输送管道；L3：热水排出管道；L4：常温水输送管道。

实施方式

下面对本实用新型的技术方案进行举例说明，本实用新型请求保护的范围包括但不限于以下实施例。

根据本实用新型的实施方案，提供一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置。

一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，该装置包括环冷机C。按照烧结矿的走向，所述环冷机C的中低温段上依次设有m段取风系统1。每段取风系统1内自上而下依次设有供热用热水加热器2和发电用热水加热器3，且位于下游段的供热用热水加热器2的出口与相邻的位于上游段的供热用热水加热器2的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器3的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器3的入口连接。其中，m≥2。

在本实用新型中，该装置还包括冷却风机4。每段取风系统1对应的底部风箱均连接有冷却风机4。

优选的是，该装置还包括烟气输送管道L1。从下游段取风系统1引出的烟气输送管道L1连接至相邻的上游段冷却风机4。位于上游端的取风系统1则通过烟气排出管道连接至大气。

作为优选，从下游段取风系统1引出的烟气输送管道L1在穿过环冷机C上的烧结矿料层后连接至相邻的上游段冷却风机4。

在本实用新型中，按照烧结矿的走向，所述环冷机C的中低温段上依次设有2段取风系统1，分别为取风一段101和取风二段102。其中，取风一段101内自上而下依次设有供热用热水加热器一段201和发电用热水加热器一段301，取风二段102内自上而下依次设有供热用热水加热器二段202和发电用热水加热器二段302。供热用热水加热器二段202的出口连接至供热用热水加热器一段201的入口，发电用热水加热器二段302的出口连接至发电用热水加热器一段301的入口。

该装置还包括第一冷却风机401和第二冷却风机402。其中，第一冷却风机401与取风一段101对应的底部风箱相连接，第二冷却风机402与取风二段102对应的底部风箱相连接。从取风二段102引出的烟气输送管道L1在穿过环冷机C上的烧结矿料层后连接至第一冷却风机401。取风一段101通过烟气排出管道连接至大气。

优选的是，所述烟气输送管道L1上还连接有空气输送管道L2。

作为优选，所述空气输送管道L2上设有补冷风阀5。

在本实用新型中，取风一段101内的发电用热水加热器一段301的出口通过管道连接至ORC发电机组。ORC发电机组的热水排出管道L3连接至取风二段102内的发电用热水加热器二段302的入口。

在本实用新型中，取风二段102内的供热用热水加热器二段202的入口连接有常温水输送管道L4。

在本实用新型中，取风一段101内的供热用热水加热器一段201的出口连接至供热系统。

实施例1

一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，该装置包括环冷机C。按照烧结矿的走向，所述环冷机C的中低温段上依次设有m段取风系统1。每段取风系统1内自上而下依次设有供热用热水加热器2和发电用热水加热器3，且位于下游段的供热用热水加热器2的出口与相邻的位于上游段的供热用热水加热器2的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器3的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器3的入口连接。其中，m≥2。

实施例2

重复实施例1，只是该装置还包括冷却风机4。每段取风系统1对应的底部风箱均连接有冷却风机4。

实施例3

重复实施例2，只是该装置还包括烟气输送管道L1。从下游段取风系统1引出的烟气输送管道L1连接至相邻的上游段冷却风机4。位于上游端的取风系统1则通过烟气排出管道连接至大气。

实施例4

重复实施例3，只是从下游段取风系统1引出的烟气输送管道L1在穿过环冷机C上的烧结矿料层后连接至相邻的上游段冷却风机4。

实施例5

如图2所示，重复实施例1，只是按照烧结矿的走向，所述环冷机C的中低温段上依次设有2段取风系统1，分别为取风一段101和取风二段102。其中，取风一段101内自上而下依次设有供热用热水加热器一段201和发电用热水加热器一段301，取风二段102内自上而下依次设有供热用热水加热器二段202和发电用热水加热器二段302。供热用热水加热器二段202的出口连接至供热用热水加热器一段201的入口，发电用热水加热器二段302的出口连接至发电用热水加热器一段301的入口。

该装置还包括第一冷却风机401和第二冷却风机402。其中，第一冷却风机401与取风一段101对应的底部风箱相连接，第二冷却风机402与取风二段102对应的底部风箱相连接。从取风二段102引出的烟气输送管道L1在穿过环冷机C上的烧结矿料层后连接至第一冷却风机401。取风一段101通过烟气排出管道连接至大气。

实施例6

重复实施例5，只是所述烟气输送管道L1上还连接有空气输送管道L2。

实施例7

重复实施例6，只是所述空气输送管道L2上设有补冷风阀5。

实施例8

重复实施例7，只是取风一段101内的发电用热水加热器一段301的出口通过管道连接至ORC发电机组。ORC发电机组的热水排出管道L3连接至取风二段102内的发电用热水加热器二段302的入口。

实施例9

重复实施例8，只是取风二段102内的供热用热水加热器二段202的入口连接有常温水输送管道L4。

实施例10

重复实施例9，只是取风一段101内的供热用热水加热器一段201的出口连接至供热系统。

以330m²烧结机为例，采用现有单独热水加热器技术，可产60t/h热水（温度为90℃），经估算，假设热水能全部使用，按照工业冷水15元/吨考虑，90℃热水按照30元/吨考虑，则可产生年效益约713万。而采用本申请实施例10中的减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，则同样可产60t/h热水（温度为90℃）；同时，在此基础上，还可以配置1套900kW的ORC发电机组，每小时平均发电功率约720kW，则可产生年收益约228万元，同时可年节约标煤1767t，年二氧化碳减排约4600t。

采用现有的单独热水加热器布置方案，参见附图1，外排无组织风量为28万Nm³/h。而采用本申请的技术方案，参见附图2，则外排无组织风量为14万Nm³/h，再配合其他的零排放技术，则可促进烧结环冷机区域的零排放达标。

综上，本实用新型对环冷机中低温段的余热利用进行优化布置，根据不同的温度区间，分别布置发电用的热水加热器和供热用的热水加热器，基于两者之间的水温差异，实现能源的梯级利用，余热资源得到充分利用；同时通过冷却风机的多级利用大大减少环冷机区域所需无组织排放风量，提高厂区的经济效益。

Claims (10)

1.一种减少环冷机无组织排放的梯级能源利用装置，该装置包括环冷机（C）；按照烧结矿的走向，所述环冷机（C）的中低温段上依次设有m段取风系统（1）；每段取风系统（1）内自上而下依次设有供热用热水加热器（2）和发电用热水加热器（3），且位于下游段的供热用热水加热器（2）的出口与相邻的位于上游段的供热用热水加热器（2）的入口连接，位于下游段的发电用热水加热器（3）的出口与相邻的位于上游段的发电用热水加热器（3）的入口连接；其中，m≥2。

2.根据权利要求1所述的梯级能源利用装置，其特征在于：该装置还包括冷却风机（4）；每段取风系统（1）对应的底部风箱均连接有冷却风机（4）。

3.根据权利要求2所述的梯级能源利用装置，其特征在于：该装置还包括烟气输送管道（L1）；从下游段取风系统（1）引出的烟气输送管道（L1）连接至相邻的上游段冷却风机（4）；位于上游端的取风系统（1）则通过烟气排出管道连接至大气。

4.根据权利要求3所述的梯级能源利用装置，其特征在于：从下游段取风系统（1）引出的烟气输送管道（L1）在穿过环冷机（C）上的烧结矿料层后连接至相邻的上游段冷却风机（4）。

5.根据权利要求4所述的梯级能源利用装置，其特征在于：按照烧结矿的走向，所述环冷机（C）的中低温段上依次设有2段取风系统（1），分别为取风一段（101）和取风二段（102）；其中，取风一段（101）内自上而下依次设有供热用热水加热器一段（201）和发电用热水加热器一段（301），取风二段（102）内自上而下依次设有供热用热水加热器二段（202）和发电用热水加热器二段（302）；供热用热水加热器二段（202）的出口连接至供热用热水加热器一段（201）的入口，发电用热水加热器二段（302）的出口连接至发电用热水加热器一段（301）的入口；

该装置还包括第一冷却风机（401）和第二冷却风机（402）；其中，第一冷却风机（401）与取风一段（101）对应的底部风箱相连接，第二冷却风机（402）与取风二段（102）对应的底部风箱相连接；从取风二段（102）引出的烟气输送管道（L1）在穿过环冷机（C）上的烧结矿料层后连接至第一冷却风机（401）；取风一段（101）通过烟气排出管道连接至大气。

6.根据权利要求5所述的梯级能源利用装置，其特征在于：所述烟气输送管道（L1）上还连接有空气输送管道（L2）。

7.根据权利要求6所述的梯级能源利用装置，其特征在于：所述空气输送管道（L2）上设有补冷风阀（5）。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的梯级能源利用装置，其特征在于：取风一段（101）内的发电用热水加热器一段（301）的出口通过管道连接至ORC发电机组；ORC发电机组的热水排出管道（L3）连接至取风二段（102）内的发电用热水加热器二段（302）的入口。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的梯级能源利用装置，其特征在于：取风二段（102）内的供热用热水加热器二段（202）的入口连接有常温水输送管道（L4）。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的梯级能源利用装置，其特征在于：取风一段（101）内的供热用热水加热器一段（201）的出口连接至供热系统。

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