鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法

鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法
【專利摘要】鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，其特征在于：鐵合金爐煙氣由爐內排出，經水冷煙道混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進沉降室，再進入熱管蒸發器，經換熱后再進入塑燒板除塵器，經除塵后進入均流換熱室中，再由主風機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環水從換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物進入蒸發器內，放出熱量，有機工質液體，吸收汽水混合物的熱量，變成工質蒸汽，在帶補汽口有機透平內膨脹做功，并帶動發電機發電，其特征在于：采用R152a為循環有機工質。本發明方法可實現鐵合金爐高含塵煙氣余熱梯級利用，將煙氣中的熱能轉化為高品位電能，其熱效率可比單級蒸發有機朗肯循環提高29～32％，還能達到好的環保效果。
【專利說明】鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法 所屬【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，具體地說是能最大限度地 回收煙氣中的熱能轉化為高品位電能，又能改善除塵能力，屬于煙氣余熱利用及除塵技術 領域。

【背景技術】
[0002] 鐵合金爐煙氣溫度很高，經捕集后進入管道的溫度一般在700°C左右，粉塵濃度達 15g/Nm 3,小于5um的灰占粉塵總量的90 %以上，粉塵量大，并且粘而細。目前通常采用先換 熱降溫（換熱降溫方式有：機力冷卻器換熱、噴霧冷卻換熱等）后除塵的方法。上述方法存 在諸多缺點：
[0003] 1、機力冷卻器換熱后除塵：降溫效果差，進口煙氣溫度否宜大于450°C，降溫范圍 有限，機冷器管壁容易堵灰，造成燒布袋，系統無法正常運行。
[0004] 2、噴霧冷卻換熱后除塵：增加煙氣中水的含量，不僅使布袋板結，還容易造成水與 粉塵粘結，造成系統設備堵塞。
[0005] 由于以上缺點，工程中采用許多吹灰方法：如激波吹灰、蒸汽吹灰、落丸清灰等，但 由于粉塵細而粘，并且粉塵量大，每生產1噸鋼就會產生35kg粉塵，這些清灰方式收效甚 微，無法從根本上解決積灰、堵塞問題。


【發明內容】

[0006] 針對上述問題，本發明提供了鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，通過該方法 不僅能最大限度地回收煙氣中的熱能轉化為高品位電能，拖動除塵風機，同時可降低煙氣 的排放溫度，達到好的環保效果，并且不影響鐵合金爐生產的穩定和連續，還能得到很好的 除塵效果，排放的粉塵濃度3mg/Nm 3。
[0007] 本發明所采用的技術方案如下：
[0008] 鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，其特征在于：本發明鐵合金爐煙氣由爐內 排出，經水冷煙道混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室，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，并適當混入冷風，最終燃燼一氧化碳氣 體，由燃燒沉降室出來的煙氣進入高溫熱管蒸發器，蒸汽汽包中的水在高溫熱管蒸發器中 吸收高溫煙氣余熱后產生蒸汽進入蒸汽汽包，蒸汽汽包中的蒸汽通過管道進入蒸汽蓄熱 器，經調節后外供穩定、連續、參數符合用戶要求的蒸汽用于發電，通過高溫熱管蒸發器換 熱后，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，煙氣由高溫變為 中低溫煙氣，再進入塑燒板除塵器，經除塵后粉塵濃度3mg/Nm 3,然后進入中低溫均流換熱 室中，煙氣放出熱量，溫度降至80°C，由主風機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環水通過換 熱器給水泵驅動，進入安裝于中低溫均流換熱室內的等流速一次表面換熱器中吸收煙氣 的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物的溫度185°C，汽水混合物在自然循環力推動下進入 高壓級蒸發器中放出熱量，溫度降至125°C，然后進入中壓級蒸發器中放出熱量，水溫降至 95°C，再進入低壓級蒸發器中放出熱量，水溫降至60°C，變成低溫水，低溫水流入循環水池， 開始新一輪循環，同時，經過冷凝的有機工質液體，經過低壓級工質加壓泵的驅動，先在低 壓級蒸發器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質蒸汽，一路經管道進入帶補汽口有機 透平的低壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓泵加壓后，進入中壓級蒸發器中吸收余熱載 體的熱量，變成中壓級工質蒸汽，一路經管道進入帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路 經高壓級工質加壓泵加壓后，進入高壓級蒸發器中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質 蒸汽，經管道進入帶補汽口有機透平的高壓進汽缸，工質蒸汽在帶補汽口有機透平內膨脹 做功，并帶動三相發電機發電，系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經過調 壓后并入廠內電網，或直接送給用電設備使用，從帶補汽口有機透平排出的工質蒸汽由管 殼式冷凝器冷凝為飽和液體，進入儲液罐，儲液罐可確保低壓級工質加壓泵連續加壓，再由 低壓級工質加壓泵將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器中，開始新一輪循環，從管殼式冷 凝器出來的循環水，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 質蒸汽冷凝為飽和液體對冷卻水的要求，經循環水泵送入管殼式冷凝器中，開始新一輪循 環。
[0009] 其進一步特征在于：采用R152a為循環有機工質。
[0010] 由于鐵合金爐煙氣溫度波動劇烈，煙氣溫度峰值高，當煙氣經過本發明的高溫熱 管蒸發器換熱后，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，煙氣由 高溫變為中低溫煙氣，進入中低溫均流換熱室，經過等流速一次表面換熱器換熱，再通過多 級蒸發有機朗肯循環余熱發電來回收鐵合金爐中低溫煙氣的余熱，實現鐵合金爐煙氣余熱 梯級利用。
[0011] 本發明與單級單壓有機朗肯循環最大的區別在于，本發明在有機工質高、中、低蒸 發器里采用多級蒸發的措施，利用熱水的低溫段（進口 95°C，出口 60°C )加熱工質產生低 壓工質蒸汽，進入有機透平的低壓補汽口膨脹做功；利用熱水的中溫段（進口 125°C，出口 95°C )加熱工質產生中壓工質蒸汽，進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（進口 185°C，出口 125°C )加熱工質產生高壓工質蒸汽，進入有機透平的高壓 缸膨脹做功；實現余熱流對有機工質的梯級分壓加熱，這樣就在各級受熱面中減少了余熱 流與工質間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 率可比單級蒸發有機朗肯循環提高29?32%，降低了煙氣的排放溫度，減少了熱污染，達 到好的環保要求。
[0012] 采用先除塵后余熱發電裝置，即先將高含塵煙氣進入塑燒板除塵器凈化，凈化后 的粉塵濃度降至3mg/Nm 3成為潔凈煙氣，解決了等流速一次表面換熱器由于灰塵的堵塞而 帶來的清灰問題。
[0013] 由于本發明余熱發電設備放置在塑燒板除塵器后，熱源煙氣含塵量低，因此可以 將中低溫均流換熱室內的換熱核心單元翅片間距設計很小；而且無須卸灰、清灰、輸灰設 施；體積減小，同時維護量減小，也延長了等流速一次表面換熱器的使用壽命，粉塵排放濃 度更低。
[0014] 本發明與已有技術相比具有以下優點：
[0015] 1.采用高溫熱管蒸發器來回收鐵合金爐高溫煙氣的余熱、多級蒸發有機朗肯循環 余熱發電來回收鐵合金爐中低溫煙氣的余熱，實現鐵合金爐煙氣余熱梯級利用；
[0016] 2.通過溴化鋰吸收式制冷機冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質蒸汽冷 凝為飽和液體對冷卻水的要求；
[0017] 3.等流速一次表面換熱器不積灰，不堵塞，換熱效率提高8?9倍；
[0018] 4.省掉了等流速一次表面換熱器的吹灰系統，從而降低了造價及運行費用；
[0019] 5.采用塑燒板除塵器，排放濃度3mg/Nm3 ;
[0020] 6.應用范圍廣，鐵合金爐除塵余熱發電都可采用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是實現本發明的工藝流程圖。
[0022] 圖中：1.鐵合金爐，2.水冷煙道，3.燃燒沉降室，4.高溫熱管蒸發器，5.蒸汽汽 包，6.蒸汽蓄熱器，7.塑燒板除塵器，8.中低溫均流換熱室，9.等流速一次表面換熱器， 10.主風機，11.排氣筒，12.換熱器給水泵，13.循環水池，14.低壓級蒸發器，15.中壓級蒸 發器，16.高壓級蒸發器，17.低壓級工質加壓泵，18.中壓級工質加壓泵，19.高壓級工質加 壓泵，20.儲液罐，21.帶補汽口有機透平，22.三相發電機，23.循環水泵，24.管殼式冷凝 器，25.溴化鋰吸收式制冷機。

【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發明作進一步的描述：
[0024] 如圖1所示：本發明鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法步驟如下：
[0025] 30000KVA鐵合金爐排煙量28 X 104/Nm3/h，溫度700°C，含塵濃度35g/Nm3由爐內排 出，經水冷煙道2混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室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，并適當混入冷風，最終燃燼一氧化碳 氣體，由燃燒沉降室3出來的煙氣進入高溫熱管蒸發器4,蒸汽汽包5中的水在高溫熱管蒸 發器4中吸收高溫煙氣余熱后產生蒸汽進入蒸汽汽包5,蒸汽汽包5中的蒸汽通過管道進入 蒸汽蓄熱器6,經調節后外供穩定、連續、參數符合用戶要求的蒸汽用于發電，通過高溫熱管 蒸發器4換熱后，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，煙氣由 高溫變為中低溫煙氣，再進入塑燒板除塵器7,經除塵后粉塵濃度3mg/Nm 3,然后進入中低溫 均流換熱室8中，煙氣放出熱量，溫度降至80°C，由主風機10壓入排氣筒11排入大氣，同 時，循環水通過換熱器給水泵12驅動，進入安裝于中低溫均流換熱室8內的等流速一次表 面換熱器9中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物的溫度185°C，汽水混合物在 自然循環力推動下進入高壓級蒸發器16中放出熱量，溫度降至125°C，然后進入中壓級蒸 發器15中放出熱量，水溫降至95°C，再進入低壓級蒸發器14中放出熱量，水溫降至60°C， 變成低溫水，低溫水流入循環水池13,開始新一輪循環，同時，經過冷凝的有機工質液體，經 過低壓級工質加壓泵17的驅動，先在低壓級蒸發器14中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級 工質蒸汽，一路經管道進入帶補汽口有機透平21的低壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓 泵18加壓后，進入中壓級蒸發器15中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質蒸汽，一路經 管道進入帶補汽口有機透平21的中壓補汽口，另一路經高壓級工質加壓泵19加壓后，進入 高壓級蒸發器16中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質蒸汽，經管道進入帶補汽口有機 透平21的高壓進汽缸，工質蒸汽在帶補汽口有機透平21內膨脹做功，并帶動三相發電機22 發電，系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經過調壓后并入廠內電網，或直 接送給用電設備使用，從帶補汽口有機透平21排出的工質蒸汽由管殼式冷凝器24冷凝為 飽和液體，進入儲液罐20,儲液罐20可確保低壓級工質加壓泵17連續加壓，再由低壓級工 質加壓泵17將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器14中，開始新一輪循環，從管殼式冷凝器 24出來的循環水，通過溴化鋰吸收式制冷機25冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工 質蒸汽冷凝為飽和液體對冷卻水的要求，經循環水泵23送入管殼式冷凝器24中，開始新一 輪循環。
[0026] 所述低沸點工質為R152a，三級蒸發，低壓級蒸發壓力為0· 351MPa，中壓級蒸發壓 力為0· 524MPa，高壓級蒸發壓力為I. 356MPa，膨脹做功后的工質壓力為0· 348MPa時，系統 輸出電功率為2000KW，朗肯循環效率為26. 58%，系統排出的煙氣溫度為80°C。
[0027] 本發明的最大特點是采用高溫熱管蒸發器來回收鐵合金爐高溫煙氣的余熱產生 蒸汽發電、再采用先除塵后多級蒸發有機朗肯循環余熱發電來回收鐵合金爐中低溫煙氣的 余熱，實現鐵合金爐高含塵煙氣余熱梯級利用。以30000KVA鐵合金爐余熱回收及除塵工藝 為例，本發明方法與常規方法比較，說明如下：
[0028]

【權利要求】
1. 鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，其特征在于：本發明鐵合金爐煙氣由爐內排 出，經水冷煙道混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室，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，并適當混入冷風，最終燃燼一氧化碳氣體， 由燃燒沉降室出來的煙氣進入高溫熱管蒸發器，蒸汽汽包中的水在高溫熱管蒸發器中吸收 高溫煙氣余熱后產生蒸汽進入蒸汽汽包，蒸汽汽包中的蒸汽通過管道進入蒸汽蓄熱器，經 調節后外供穩定、連續、參數符合用戶要求的蒸汽用于發電，通過高溫熱管蒸發器換熱后， 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，煙氣由高溫變為中低溫 煙氣，再進入塑燒板除塵器，經除塵后粉塵濃度3mg/Nm3,然后進入中低溫均流換熱室中，煙 氣放出熱量，溫度降至80°C，由主風機壓入排氣筒排入大氣，同時，循環水通過換熱器給水 泵驅動，進入安裝于中低溫均流換熱室內的等流速一次表面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185°C，汽水混合物在自然循環力推動下進入高壓級蒸發 器中放出熱量，溫度降至125°C，然后進入中壓級蒸發器中放出熱量，水溫降至95°C，再進 入低壓級蒸發器中放出熱量，水溫降至60°C，變成低溫水，低溫水流入循環水池，開始新一 輪循環，同時，經過冷凝的有機工質液體，經過低壓級工質加壓泵的驅動，先在低壓級蒸發 器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質蒸汽，一路經管道進入帶補汽口有機透平的低 壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓泵加壓后，進入中壓級蒸發器中吸收余熱載體的熱量， 變成中壓級工質蒸汽，一路經管道進入帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路經高壓級 工質加壓泵加壓后，進入高壓級蒸發器中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質蒸汽，經管 道進入帶補汽口有機透平的高壓進汽缸，工質蒸汽在帶補汽口有機透平內膨脹做功，并帶 動三相發電機發電，系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經過調壓后并入廠 內電網，或直接送給用電設備使用，從帶補汽口有機透平排出的工質蒸汽由管殼式冷凝器 冷凝為飽和液體，進入儲液罐，儲液罐可確保低壓級工質加壓泵連續加壓，再由低壓級工質 加壓泵將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器中，開始新一輪循環，從管殼式冷凝器出來的 循環水，通過溴化鋰吸收式制冷機冷卻，冷卻水的溫度降至10?15°C，滿足工質蒸汽冷凝 為飽和液體對冷卻水的要求，經循環水泵送入管殼式冷凝器中，開始新一輪循環。
2. 根據權利要求1所述的鐵合金爐煙氣有機朗肯余熱發電方法，其特征在于：采用 R152a為循環有機工質。
【文檔編號】F01K25/10GK104344734SQ201310356277
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】王正新 申請人:無錫市東優環保科技有限公司