冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法
【專利摘要】冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，其特征在于：冶金爐煙氣由第四孔排出，經(jīng)水冷滑套混入冷風(fēng)，進(jìn)入沉降室，再進(jìn)入塑燒板除塵器，經(jīng)除塵后進(jìn)入蓄熱均溫器，通過蓄熱均溫作用后，煙氣進(jìn)入均流換熱室中，高溫?zé)煔夥懦鰺崃浚瓿蔁峤粨Q，由主風(fēng)機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環(huán)水從換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，放出熱量，有機工質(zhì)液體，吸收汽水混合物的熱量，變成工質(zhì)蒸汽，在帶補汽口有機透平內(nèi)膨脹做功，并帶動發(fā)電機發(fā)電，其特征在于：采用R227ea為循環(huán)有機工質(zhì)。本發(fā)明方法可最大限度地回收煙氣中的熱能直接轉(zhuǎn)化為高品位電能，其熱效率比單級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)提高23～28％，環(huán)保效果好。
【專利說明】冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，具體地說是能最大限度地回 收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，又能改善除塵能力，屬于冶金爐除塵【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵工業(yè)每年消耗大量能源，冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂驮O(shè)備散熱帶走了大量 能量。由于冶金爐煉鋼煙氣溫度很高，經(jīng)捕集后進(jìn)入管道的溫度一般在1200°C左右，粉塵濃 度達(dá)25g/Nm3,小于5um的灰占粉塵總量的70%以上，粉塵量大，并且粘而細(xì)。并且煙氣溫度 劇烈波動，含塵量大，普通水列管余熱鍋爐很難運用于冶金爐煙氣的余熱回收。目前，熱管 換熱器已經(jīng)成功運用到冶金爐的煙氣余熱回收中，但由于熱管的固有缺陷（造價高、不抗 凍、不耐高溫、使用年限短），使得熱管余熱回收裝置在鋼鐵行業(yè)的普及還面臨很多問題。
[0003] 由于煙氣中含有大量的粉塵，粘而細(xì)的粉塵在換熱元件上出現(xiàn)積灰、堵塞現(xiàn)象，不 僅影響換熱效率，造成余熱鍋爐產(chǎn)汽量不足，更為嚴(yán)重的是由于余熱鍋爐堵灰，系統(tǒng)運行不 穩(wěn)定，造成冶煉生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，被迫停產(chǎn)檢修。
[0004] 同時，由于冶金爐煙氣溫度波動劇烈，波幅大，余熱回收裝置就必須設(shè)計得足夠 大，確保高溫?zé)煔庖材苡行Ю鋮s。但實際蒸汽產(chǎn)量卻遠(yuǎn)低于余熱回收裝置的最大蒸發(fā)量，出 現(xiàn)大馬拉小車的局面。這就相對減少了余熱回收裝置的經(jīng)濟價值，增加了余熱回收裝置的 投資。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提供了冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，通過該方法不 僅能高效地冷卻高溫?zé)煔?，還能最大限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，拖動 除塵風(fēng)機，同時可降低煙氣的排放溫度，改善除塵能力，并且不影響冶金爐生產(chǎn)的穩(wěn)定和連 續(xù)。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，其特征在于：本發(fā)明冶金爐內(nèi)排煙氣由第四 孔排出，經(jīng)水冷滑套混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室，燃燒沉降室的作用 是：降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳 氣體，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度750°C，由燃燒沉降室出來的煙氣進(jìn)入塑燒板除塵器，經(jīng) 除塵后粉塵濃度3mg/Nm 3,進(jìn)入蓄熱均溫器，通過蓄熱均溫器中碳錳復(fù)合材料蓄熱體對高 溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤?，煙氣進(jìn)入均流換熱室中，高溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱交換，溫度 降至90°C，由主風(fēng)機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動，進(jìn)入安裝 于均流換熱室內(nèi)的翅片管換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物的溫度 175°C，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至115°C，然 后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中放出熱量，水溫降至85°C，再進(jìn)入低壓級蒸發(fā)器中放出熱量，水溫降 至55°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)，同時，經(jīng)過冷凝的有機工質(zhì)液 體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵的驅(qū)動，先在低壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級 工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平的低壓補汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓泵 加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn)入 帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器 中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質(zhì)蒸汽，經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平的高壓進(jìn)汽 缸，工質(zhì)蒸汽在帶補汽口有機透平內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機發(fā)電，系統(tǒng)發(fā)出的電能為 三相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用， 從帶補汽口有機透平排出的工質(zhì)蒸汽由蜂窩狀銅肋板式冷凝器冷凝為飽和液體，進(jìn)入儲液 罐，儲液罐可確保低壓級工質(zhì)加壓泵連續(xù)加壓，再由低壓級工質(zhì)加壓泵將工質(zhì)液體加壓后 送入低壓級蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)，從蜂窩狀銅肋板式冷凝器出來的循環(huán)水，通過溴化 鋰吸收式制冷機冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質(zhì)蒸汽冷凝為飽和液體對冷卻 水的要求，經(jīng)循環(huán)水泵送入蜂窩狀銅肋板式冷凝器中，開始新一輪循環(huán)。
[0008] 其進(jìn)一步特征在于：采用R227ea為循環(huán)有機工質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：由于冶金爐煙氣溫度波動劇烈，煙氣溫度峰值高，當(dāng)煙氣通 過本發(fā)明的蓄熱均溫器處理后，煙氣溫度波動幅度可以大為減少，同時也降低了煙氣溫度 的峰值。經(jīng)過蓄熱均溫器的煙氣進(jìn)換熱器，由于煙氣溫度峰值降低，可以使余熱發(fā)電裝置投 資減少，煙氣溫度波動幅度減少，則有利于提高余熱發(fā)電裝置的穩(wěn)定性，延長使用壽命；同 時，由于本發(fā)明換熱器放置在除塵器后，熱源煙氣含塵量低，設(shè)備設(shè)計制造時可不予考慮， 因此可以將換熱核心單元翅片問距設(shè)計很小，而且無須卸灰、清灰、輸灰設(shè)施；余熱利用設(shè) 施體積減小，同時維護(hù)量減小，也延長了換熱器的使用壽命，粉塵排放濃度更低。
[0010] 本發(fā)明與單級單壓有機朗肯循環(huán)最大的區(qū)別在于，本發(fā)明在有機工質(zhì)高、中、低蒸 發(fā)器里采用多級蒸發(fā)的措施，利用熱水的低溫段（進(jìn)口 85°C，出口 55°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生低 壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機透平的低壓補汽口膨脹做功；利用熱水的中溫段（進(jìn)口 115°C，出口 85°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生中壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機透平的中壓補汽口膨脹做功；利用飽和水蒸 汽的高溫段（進(jìn)口 175°C，出口 115°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生高壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機透平的高壓 缸膨脹做功；實現(xiàn)余熱流對有機工質(zhì)的梯級分壓加熱，這樣就在各級受熱面中減少了余熱 流與工質(zhì)問的傳熱溫差的不均衡性，降低了由于溫差傳熱不可逆損失帶來的熵增，其熱效 率可比單級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)提高23?28%，降低了煙氣的排放溫度，降低了投資及運行 費用，排放濃度低，可以確保排放粉塵濃度在3mg/Nm 3。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0012] 1.蓄熱均溫器可對煙氣溫度削峰填谷，降低煙氣的最高溫度、減小煙氣溫度的波 動幅度，緩解煙氣溫度的驟升驟降，解決熱脹冷縮問題；
[0013] 2.采用多級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)余熱發(fā)電來回收電爐煙氣的余熱，其熱效率可比單 級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)提高23?28% ;
[0014] 3.通過溴化鋰吸收式制冷機冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質(zhì)蒸汽冷 凝為飽和液體對冷卻水的要求；
[0015] 4.工質(zhì)儲液罐，可確保工質(zhì)循環(huán)泵連續(xù)加壓；
[0016] 5.翅片管換熱器不積灰，不堵塞，延長設(shè)備的使用壽命；
[0017] 6.提高余熱發(fā)電裝置效率；
[0018] 7.減少余熱發(fā)電裝置投資；
[0019] 8.運行能耗低，凈化效果好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是實現(xiàn)本發(fā)明的工藝流程圖。
[0021] 圖1中：1.冶金爐，2.水冷滑套，3.燃燒沉降室，4.塑燒板除塵器，5.蓄熱均溫器， 6.煙氣進(jìn)口，7.碳錳復(fù)合材料蓄熱體，8.灰斗，9.激波清灰裝置，10.煙氣出口，11.均流換 熱室，12.翅片管換熱器，13.主風(fēng)機，14.排氣筒，15.換熱器給水泵，16.循環(huán)水池，17.低 壓級蒸發(fā)器，18.中壓級蒸發(fā)器，19.高壓級蒸發(fā)器，20.低壓級工質(zhì)加壓泵，21.中壓級工 質(zhì)加壓泵，22.高壓級工質(zhì)加壓泵，23.儲液罐，24.帶補汽口有機透平，25.三相發(fā)電機， 26.循環(huán)水泵，27.蜂窩狀銅肋板式冷凝器，28.溴化鋰吸收式制冷機。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：
[0023] 如圖1所示：本發(fā)明冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法步驟如下：
[0024] 80t/h冶金爐1煙氣流量25X IO4NmVh,溫度1000°C，含塵濃度35g/Nm3由第四孔 排出，經(jīng)水冷滑套2混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室3 ;燃燒沉降室3的作 用是：降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化 碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度750°C，由燃燒沉降室3出來的煙氣進(jìn)入塑燒板除塵器 4,經(jīng)除塵后粉塵濃度3mg/Nm3,進(jìn)入蓄熱均溫器5,通過蓄熱均溫器5中碳錳復(fù)合材料蓄熱 體7對高溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤?，煙氣進(jìn)入集氣室11中，高溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱?換，溫度降至90°C，由主風(fēng)機13壓入排氣筒14排入大氣，同時，循環(huán)水通過換熱器給水泵 15驅(qū)動，進(jìn)入安裝于均流換熱室11內(nèi)的翅片管換熱器12中吸收煙氣的熱量，形成汽水混 合物，汽水混合物的溫度175°C，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器19中 放出熱量，溫度降至115°C，然后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器18中放出熱量，水溫降至85°C，再進(jìn)入 低壓級蒸發(fā)器17中放出熱量，水溫降至55°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池 16,開始新 一輪循環(huán)，同時，經(jīng)過冷凝的有機工質(zhì)液體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵20的驅(qū)動，先在低壓級 蒸發(fā)器17中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透 平24的低壓補汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓泵21加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器18中吸收 余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平24的中壓補汽 口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵22加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器19中吸收余熱載體的熱量， 變成高壓級工質(zhì)蒸汽，經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平24的高壓進(jìn)汽缸，工質(zhì)蒸汽在帶補汽 口有機透平24內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機25發(fā)電，系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電，額 定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用，從帶補汽口有機透 平24排出的工質(zhì)蒸汽由蜂窩狀銅肋板式冷凝器27冷凝為飽和液體，進(jìn)入儲液罐23,儲液罐 23可確保低壓級工質(zhì)加壓泵20連續(xù)加壓，再由低壓級工質(zhì)加壓泵20將工質(zhì)液體加壓后送 入低壓級蒸發(fā)器17中，開始新一輪循環(huán)，從蜂窩狀銅肋板式冷凝器27出來的循環(huán)水，通過 溴化鋰吸收式制冷機28冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質(zhì)蒸汽冷凝為飽和液體 對冷卻水的要求，經(jīng)循環(huán)水泵26送入蜂窩狀銅肋板式冷凝器27中，開始新一輪循環(huán)。
[0025] 所述低沸點有機工質(zhì)為R227ea，三級蒸發(fā)，低壓級蒸發(fā)壓力為0. 39MPa，中壓級蒸 發(fā)壓力為I. llMPa，高壓級蒸發(fā)壓力為I. 95MPa，膨脹做功后的工質(zhì)壓力為0· 285MPa時，系 統(tǒng)輸出電功率為2500KW，朗肯循環(huán)效率為27. 3%，系統(tǒng)排出的煙氣溫度為90°C。
[0026] 本發(fā)明的最大特點是采用先除塵后多級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)余熱發(fā)電來回收冶金 爐煙氣的余熱，通過溴化鋰吸收式制冷機冷卻從蜂窩狀銅肋板式冷凝器出來的循環(huán)冷卻 水，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質(zhì)蒸汽冷凝為飽和液體對冷卻水的要求。
[0027] 以80t/h冶金爐余熱發(fā)電及除塵工藝為例，本發(fā)明方法與常規(guī)方法比較，說明如 下：
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，其特征在于：本發(fā)明冶金爐內(nèi)排煙氣由第四 孔排出，經(jīng)水冷滑套混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室，燃燒沉降室的作用 是：降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳 氣體，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度750°C，由燃燒沉降室出來的煙氣進(jìn)入塑燒板除塵器，經(jīng) 除塵后粉塵濃度3mg/Nm3,進(jìn)入蓄熱均溫器，通過蓄熱均溫器中碳錳復(fù)合材料蓄熱體對高 溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤螅瑹煔膺M(jìn)入均流換熱室中，高溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱交換，溫度 降至90°C，由主風(fēng)機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動，進(jìn)入安裝 于均流換熱室內(nèi)的翅片管換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物的溫度 175°C，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至115°C，然 后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中放出熱量，水溫降至85°C，再進(jìn)入低壓級蒸發(fā)器中放出熱量，水溫降 至55°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)，同時，經(jīng)過冷凝的有機工質(zhì) 液體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵的驅(qū)動，先在低壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓 級工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平的低壓補汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓 泵加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽，一路經(jīng)管道進(jìn) 入帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā) 器中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質(zhì)蒸汽，經(jīng)管道進(jìn)入帶補汽口有機透平的高壓進(jìn) 汽缸，工質(zhì)蒸汽在帶補汽口有機透平內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機發(fā)電，系統(tǒng)發(fā)出的電能 為三相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用， 從帶補汽口有機透平排出的工質(zhì)蒸汽由蜂窩狀銅肋板式冷凝器冷凝為飽和液體，進(jìn)入儲液 罐，儲液罐可確保低壓級工質(zhì)加壓泵連續(xù)加壓，再由低壓級工質(zhì)加壓泵將工質(zhì)液體加壓后 送入低壓級蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)，從蜂窩狀銅肋板式冷凝器出來的循環(huán)水，通過溴化 鋰吸收式制冷機冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質(zhì)蒸汽冷凝為飽和液體對冷卻 水的要求，經(jīng)循環(huán)水泵送入蜂窩狀銅肋板式冷凝器中，開始新一輪循環(huán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金爐煙氣有機朗肯余熱發(fā)電方法，其特征在于：采用 R227ea為循環(huán)有機工質(zhì)。
【文檔編號】F01D15/10GK104344733SQ201310356271
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】王正新 申請人:無錫市東優(yōu)環(huán)?？萍加邢薰?br>