CN102589305B - 烧结余热发电*** - Google Patents

烧结余热发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种烧结余热发电***，包括：余热回收装置，余热回收装置包括环冷机、余热锅炉和热风炉，环冷机上设置有主取风口和辅助取风口，主取风口用于将所抽取的第一烟气输送至余热锅炉，以作为余热锅炉的主要热源，辅助取风口用于将所抽取的第二烟气输送至热风炉，热风炉用于对第二烟气进行加热，加热后的第二烟气用于在过热器内对余热锅炉产生的主蒸汽进行过热，其中，主取风口的取风量大于辅助取风口的取风量；汽轮机，汽轮机连接至余热锅炉；和发电机，发电机连接至汽轮机，以由汽轮机驱动并输出电能。该***能够保证下游发电机提供稳定的电能输出，保证烧结余热发电***的连续性和稳定性。

Description

烧结余热发电***
技术领域
本发明涉及热源利用领域，尤其涉及一种烧结余热发电***。
背景技术
烧结工艺属钢铁生产中的铁前工艺，用以处理送入高炉前的含铁原料，产品为烧结矿。行业内目前的烧结余热发电技术，主要以烧结工艺中环冷机排出的高温烟气为回收利用对象，利用烟气的余热进行发电。
现有的烧结余热利用工程，技术种类较多，绝大多数均为纯余热发电***，***均以环冷机的高温烟气为唯一热源。图1为现有的烧结余热发电***的示意图，如图1所示，烧结余热发电***100包括环冷机101、余热锅炉102、循环风机110、汽轮机103、发电机104、凝汽器105、凝结水泵106、轴封加热器107、除氧器109和给水泵108等。环冷机101上设置有多个取风口，烟气经由环冷机101上的取风口被引出，并送入余热锅炉102。烟气在余热锅炉102内加热给水产生蒸汽，后经循环风机110返送回环冷机101的底部风箱，循环用于烧结矿冷却。余热锅炉生产不同参数的两级蒸汽，分别作为汽轮机103的主蒸汽和补蒸汽。两级蒸汽分别经主汽口和补汽口送入汽轮机103内，以使汽轮机103驱动发电机104输出电能。汽轮机103输出的做功后乏汽经凝汽器105冷却后变成凝结水，经由凝结水泵106和轴封加热器107后送入除氧器109，并由给水泵108送入余热锅炉102，开始下一循环。
对于现有的各种烧结余热发电***，其主蒸汽参数依赖于环冷机排出的高温烟气的参数，***运行受到烟气波动的限制。此外，出于烧结工艺及装备特点的原因，环冷机的烟气余热具有一定的波动性。一方面烧结机计划与非计划停机次数较多，短时停机比较频繁；另一方面布料、烧结、卸矿、布风等环节均具有一定的随机性，烟气温度难以稳定，在一定范围内连续波动。对于纯余热发电***，工序上处于烧结生产下游，对烟气参数的波动只能被动适应，调控措施非常有限。由于锅炉出口蒸汽参数受到烟气参数的直接影响，发电机组的运行时间及稳定性均受到限制。上述原因均导致烧结余热发电***的连续性和稳定性比较差，进而导致余热电站运转率低，余热利用效率低。
因此，需要一种烧结余热发电***以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种烧结余热发电***，所述烧结余热发电***包括：余热回收装置，所述余热回收装置包括环冷机、余热锅炉和热风炉，所述环冷机上设置有主取风口和辅助取风口，所述主取风口用于将所抽取的第一烟气输送至所述余热锅炉，以作为所述余热锅炉的主要热源，所述辅助取风口用于将所抽取的第二烟气输送至所述热风炉，所述热风炉用于对所述第二烟气进行加热，加热后的所述第二烟气用于在过热器内对所述余热锅炉产生的主蒸汽进行过热，其中，所述主取风口的取风量大于所述辅助取风口的取风量；汽轮机，所述汽轮机连接至所述余热锅炉；和发电机，所述发电机连接至所述汽轮机，以由所述汽轮机驱动并输出电能。
优选地，所述热风炉是通过消耗煤气对所述第二烟气进行加热的。
优选地，所述过热器为多级过热器，加热后的所述第二烟气至少在所述多级过热器的末级过热器内对所述主蒸汽进行过热。
优选地，所述末级过热器设置在所述余热锅炉内、所述热风炉至所述余热锅炉之间或所述热风炉内。
优选地，所述主取风口设置在所述环冷机上能够取出平均温度大于等于250℃的烟气的位置处。
优选地，所述辅助取风口设置在所述环冷机上能够取出平均温度大于等于150℃的烟气的位置处。
优选地，所述环冷机上设置有多个所述主取风口和一个所述辅助取风口，所述辅助取风口设置在多个所述主取风口之前、多个所述主取风口之后或多个所述主取风口之间。
优选地，所述辅助取风口和所述主取风口构造为所述辅助取风口的取风量小于或等于所述主取风口的取风量的35％。
优选地，所述余热锅炉为双压余热锅炉。
优选地，所述双压余热锅炉的主蒸汽出口与所述汽轮机的主汽口连接，所述双压余热锅炉的低压蒸汽出口与所述汽轮机的补汽口连接。
优选地，所述余热锅炉为三压余热锅炉。
优选地，所述三压余热锅炉的主蒸汽出口与所述汽轮机的主汽口连接，所述三压余热锅炉的第一级低压蒸汽出口与所述汽轮机的补汽口连接，所述三压余热锅炉的第二级低压蒸汽出口输出的蒸汽用于外送。
优选地，所述主蒸汽的压力低于4.0MPa，所述主蒸汽的温度低于500℃。
优选地，所述余热回收装置还包括循环风机，所述循环风机连接在所述余热锅炉的烟气出口和所述环冷机之间，以将所述余热锅炉排出的烟气输送回所述环冷机。
优选地，所述烧结余热发电***包括多个余热回收装置。
本发明提供的烧结余热发电***通过辅助热源来避免该***运行受到烟气波动的影响，且减小频繁的短时停机的影响，进而保证下游发电机提供稳定的电能输出，保证烧结余热发电***的连续性和稳定性。同时，通过对主蒸汽进行过热还能够提供主蒸汽的热力学参数，以提供烧结余热发电***的余热利用效率。此外，由于热风炉仅对少量的烟气进行加热，因此可以降低辅助热源的能源消耗。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1为现有的烧结余热发电***的示意图；
图2为根据本发明一个实施方式的烧结余热发电***的示意图；以及
图3为根据本发明一个实施方式使用三压余热锅炉的烧结余热发电***的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种烧结余热发电***，该***通过补燃煤气来稳定余热锅炉的入口烟气参数。图2为根据本发明一个实施方式的烧结余热发电***200的示意图。下面将结合图2对根据本发明的烧结余热发电***200进行详细描述。需要说明的是，当提到“顺次连接”或者“连接”多个装置时，此“顺次连接”或者“连接”可以是直接将相邻的装置连接在一起，还可以是在相邻的装置之间连接有中间装置；当提到“直接连接”多个装置时，应当理解为多个装置直接进行连接，即在多个装置之间未连接有中间装置。
烧结余热发电***200包括余热回收装置220、汽轮机203和发电机204。
余热回收装置220包括环冷机201、余热锅炉202和热风炉212。
环冷机201上设置有主取风口a、b和辅助取风口c。为了充分烧结余热，主取风口a、b和辅助取风口c应当设置在环冷机201上能够取出较高温度的烟气的位置，而根据对余热锅炉202的换热效率、汽轮机203与发电机204的效率以及发电机204的输出功率等的要求，主取风口a、b和辅助取风口c可以分别设置在环冷机201上不同位置处。此外，虽然图2中示出环冷机201上仅设置两个主取风口a、b和一个辅助取风口c，但本发明并不意欲对主取风口和辅助取风口的数量进行限制。主取风口a、b和辅助取风口c的位置和数量可以根据实际需要来设置，只要能够满足下游汽轮机203使用即可。
主取风口a、b用于将所抽取的第一烟气输送至余热锅炉202。第一烟气将作为余热锅炉202的主要热源，其进入余热锅炉202内经由受热面与工质发生热交换，以使工质转变为水的饱和蒸汽供下游的汽轮机203膨胀做功使用。由于余热锅炉202从主取风口a、b获取的第一烟气将作为热交换的主要热源，因此，优选地，主取风口a、b设置在环冷机201上能够取出平均温度较高的烟气的位置处，例如设置在能够取出平均温度大于等于250℃的烟气的位置处。
辅助取风口c用于将所抽取的第二烟气输送至热风炉212。热风炉212对该第二烟气进行加热，以升高第二烟气的温度。加热后的第二烟气用于在过热器211内对余热锅炉202产生的主蒸汽进行过热。作为示例，热风炉212可以是通过消耗煤气对来自辅助取风口c的第二烟气进行加热的。此外，热风炉212还可以通过燃烧其它燃料或通电对第二烟气进行加热。热风炉212与余热锅炉202可以为一体整合式设备，还可以为独立分体式设备。为了将主蒸汽加热至目标温度，过热器211可以为多级过热器，即过热器211是由多级过热器串联布置形成的，并且，加热后的第二烟气至少在多级过热器的末级过热器内对主蒸汽进行过热。末级过热器可以理解为多级过热器中主蒸汽最后经过的一级过热器。进一步，末级过热器可以设置在余热锅炉202内、热风炉212至余热锅炉202之间或热风炉212内，末级过热器的布置方式较为灵活，其可以设置在上述多个位置中的任意一个位置处，只要能够实现其功能即可。
由于第二烟气主要用于在热风炉212内升温后对余热锅炉202的主蒸汽进行过热，因此，可以将主取风口a、b和辅助取风口c构造为主取风口a、b的取风量大于辅助取风口c的取风量，即仅满足对主蒸汽过热所使用的烟气量即可。作为示例，主取风口a、b和辅助取风口c的取风量可以通过设置主取风口a、b和辅助取风口c的开口面积来构造。通过将热风炉212作为辅助热源对从环冷机201中抽取的少量的第二烟气进行加热，并将加热后的第二烟气对主蒸汽进行过热，可以弥补烧结余热(即从环冷机201的第一取热口a、b获取的第一烟气)的参数波动，进而保证下游发电机204提供稳定的电能输出，保证烧结余热发电***200的连续性和稳定性。同时，通过对主蒸汽进行过热还能够提供主蒸汽的热力学参数，以提供烧结余热发电***200的余热利用效率。此外，由于热风炉212仅对少量的烟气进行加热，因此可以降低辅助热源的能源消耗。
优选地，主取风口a、b和辅助取风口c构造为辅助取风口c的取风量小于或等于主取风口a、b的取风量的35％，以在能够满足主蒸汽过热所使用的烟气量的前提下尽量降低辅助热源的消耗，进而提供能源利用效率。
由于从辅助取风口c取出的第二烟气要在热风炉212内进行加热，因此，从辅助取风口c取出的第二烟气的温度可以较高，也可以略低一些，但是考虑到第二烟气的温度过低可能会增加热风炉212处辅助热源的消耗，因此，优选地，辅助取风口c设置在环冷机201上能够取出平均温度大于等于150℃的烟气的位置处，以使第二烟气的平均温度大于等于150℃。根据本发明一个实施方式，环冷机201上设置有多个主取风口a、b和一个辅助取风口c。设置多个主取风口可以提高余热资源的回收效率。作为示例，辅助取风口c可以设置在多个主取风口a、b之前，以使热风炉212获取温度相对较高的第二烟气，进而降低辅助热源的消耗。作为示例，辅助取风口c也可以设置在多个主取风口a、b之后，以增大高温烟气的回收量，提高余热资源的回收效率。作为示例，辅助取风口c还可以设置在多个主取风口a、b之间。由于主取风口a、b和辅助取风口c自身均可设置为可调节的取风口，例如，可调节其的取风量和/或获取的烟气的温度等，并且在调节某一取风口时会对其余取风口处的烟气产生影响，因此，将辅助取风口c设置在多个主取风口a、b之间可以增强辅助取风口c的调节能力。总之，辅助取风口c的位置可以根据需要灵活选择。
加热后的第二烟气在过热器211内对余热锅炉202产生的主蒸汽进行过热。在对主蒸汽进行过热的过程中，第二烟气的温度逐渐下降，但其仍具有较高的温度，因此为了提高热量的回收率，可以将这部分第二烟气与从第一烟气混合供受热面热交换使用。
在余热锅炉202内，高温烟气(可以包括第一烟气和经过过热器211后的第二烟气)与工质发生热交换，使工质转变为水蒸气后可经由余热锅炉202的蒸汽出口排出。高温烟气在余热锅炉202内换热降温后，可输送回环冷机201的底部，循环提供给环冷机201使用，还可以排出***外。
汽轮机203连接至余热锅炉202，以利用蒸汽在汽轮机203内膨胀做功。汽轮机203可以为凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽气式汽轮机、抽气背压式汽轮机或多压式汽轮机等等。本领域的技术人员可以根据需要来选择汽轮机203的种类及技术参数。
发电机204连接至汽轮机203，以由汽轮机203驱动并输出电能。发电机204的种类和型号可以根据汽轮机203进行选择。
进一步，烧结余热回收装置220还包括循环风机210，循环风机210连接在环冷机201与余热锅炉202的烟气出口之间，以将热交换后的烟气从余热锅炉202输送回环冷机201，以提高能源利用率。此外，在循环风机210的上游和下游还可以分别设置补风装置和排风装置，以满足***正常运行和特殊工况下的调节控制，其中，在图2中未示出补风装置和排风装置，而仅以箭头M和N来表示补风和排风。当然，余热锅炉202的烟气出口排出的低温烟气还可以排入大气中，在排入大气中之前还可以对这些低温烟气进行处理，以避免对环境产生影响。
根据本发明一个实施方式，余热锅炉202为双压余热锅炉。双压余热锅炉202具有两种蒸汽出口，用于分别输出两种不同压力的蒸汽，即主蒸汽和低压蒸汽。作为示例，双压余热锅炉202的主蒸汽出口e与汽轮机203的主汽口连接，且双压余热锅炉202的低压蒸汽出口f与汽轮机203的补汽口连接。当然，双压余热锅炉202的低压蒸汽出口f还可以与其它外部设备连接，以将低压蒸汽出口f输出的蒸汽外送共其它外部设备使用。
根据本发明另一个实施方式，余热锅炉为三压余热锅炉。图3为使用三压余热锅炉302的烧结余热发电***300。由于该***中的其它设备与烧结余热发电***200相同，因此不再详述。三压余热锅炉302具有三种蒸汽出口，用于分别输出三种不同压力的蒸汽，即主蒸汽、第一级低压蒸汽和第二级低压蒸汽。作为示例，三压余热锅炉302的主蒸汽出口e与汽轮机303的主汽口连接，三压余热锅炉302的第一级低压蒸汽出口f与汽轮机303的补汽口连接，且三压余热锅炉302的第二级低压蒸汽出口g输出的蒸汽用于外送。对于第一级低压蒸汽和第二级低压蒸汽，本发明不欲对其相对压力进行限制，即，第一级低压蒸汽的压力可以大于第二级低压蒸汽的压力，也可以小于第二级低压蒸汽的压力，但两者应当都小于主蒸汽的压力。
继续参照图2，烧结余热发电***200还可以包括回水装置，以将汽轮机203输出的蒸汽凝结为水并提供给余热锅炉202。作为示例，回水装置可以包括顺次连接的凝汽器、凝结水泵、轴封加热器、除氧器和给水泵，其中，凝汽器的入口与汽轮机连接，给水泵的出口与余热锅炉202的水入口连接，且轴封加热器的蒸汽出口返回连接至凝汽器。在汽轮机203内做功后的乏汽进入凝汽器，并在凝汽器内凝结成水，这些凝结水经凝结水泵输送至轴封加热器。轴封加热器可以回收轴封加热器中的漏气并输送返回至凝汽器，以加热凝结水，这样既可以回收工质、又可以回收热量，进而回收利用轴封加热器的漏汽的热量来提高凝结水的温度，从而提高烧结余热发电***200的热经济性。凝结水从轴封加热器经由给水泵提供给余热锅炉202循环使用，并且这些凝结水在被送入余热锅炉202之前还需要经过除氧器，以除去溶解于凝结水中的氧及其它气体，防止和降低余热锅炉202的给水管、省煤器和其它附属设备的腐蚀。经过除氧器后的凝结水由给水泵抽送至余热锅炉202，这些凝结水作为锅炉给水提供给余热锅炉202，以与高温烟气发生热交换并转变为锅炉蒸汽，开始下一循环。
此外，烧结余热发电***200可以包括多个余热回收装置220，以通过一套发电***(包括汽轮机203和发电机204)来回收多处烧结余热，进而避免重复建设，并且还能够更有效地提高发电***的稳定性。本领域的技术人员可以理解的是，当包含多个余热回收装置220时，多个余热回收装置220输出的相近压力的蒸汽可以经混合装置混合后输送至汽轮机203。举例来说，当多个余热回收装置220包含的余热锅炉均为双压余热锅炉时，从每个双压余热锅炉的主蒸汽出口输送出的主蒸汽可以经由第一混合装置混合后输送至汽轮机203的主汽口，从每个双压余热锅炉的低压蒸汽出口输送出的低压蒸汽可以经由第二混合装置混合后输送至汽轮机203的补汽口。
本发明提供的烧结余热发电***通过辅助热源来避免该***运行受到烟气波动的影响，且减小频繁的短时停机的影响，进而保证下游发电机提供稳定的电能输出，保证烧结余热发电***的连续性和稳定性。同时，通过对主蒸汽进行过热还能够提供主蒸汽的热力学参数，以提供烧结余热发电***的余热利用效率。此外，由于热风炉仅对少量的烟气进行加热，因此可以降低辅助热源的能源消耗。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (14)

1.一种烧结余热发电***，其特征在于，所述烧结余热发电***包括：
余热回收装置，所述余热回收装置包括环冷机、余热锅炉和热风炉，所述环冷机上设置有多个主取风口和辅助取风口，所述主取风口用于将所抽取的第一烟气输送至所述余热锅炉，以作为所述余热锅炉的主要热源，所述辅助取风口用于将所抽取的第二烟气输送至所述热风炉，所述热风炉用于对所述第二烟气进行加热，加热后的所述第二烟气用于在过热器内对所述余热锅炉产生的主蒸汽进行过热，其中，所述辅助取风口设置在多个所述主取风口之前或多个所述主取风口之间，且所述主取风口的取风量大于所述辅助取风口的取风量；
汽轮机，所述汽轮机连接至所述余热锅炉；和
发电机，所述发电机连接至所述汽轮机，以由所述汽轮机驱动并输出电能。
2.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述热风炉是通过消耗煤气对所述第二烟气进行加热的。
3.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述过热器为多级过热器，加热后的所述第二烟气至少在所述多级过热器的末级过热器内对所述主蒸汽进行过热。
4.按照权利要求3所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述末级过热器设置在所述余热锅炉内、所述热风炉至所述余热锅炉之间或所述热风炉内。
5.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述第一烟气的平均温度大于等于250℃。
6.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述第二烟气的平均温度大于等于150℃。
7.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述辅助取风口和所述主取风口构造为所述辅助取风口的取风量小于或等于所述主取风口的取风量的35％。
8.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述余热锅炉为双压余热锅炉。
9.按照权利要求8所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述双压余热锅炉的主蒸汽出口与所述汽轮机的主汽口连接，所述双压余热锅炉的低压蒸汽出口与所述汽轮机的补汽口连接。
10.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述余热锅炉为三压余热锅炉。
11.按照权利要求10所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述三压余热锅炉的主蒸汽出口与所述汽轮机的主汽口连接，所述三压余热锅炉的第一级低压蒸汽出口与所述汽轮机的补汽口连接，所述三压余热锅炉的第二级低压蒸汽出口输出的蒸汽用于外送。
12.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述主蒸汽的压力低于4.0MPa，所述主蒸汽的温度低于500℃。
13.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述余热回收装置还包括循环风机，所述循环风机连接在所述余热锅炉的烟气出口和所述环冷机之间，以将所述余热锅炉排出的烟气输送回所述环冷机。
14.按照权利要求1所述的烧结余热发电***，其特征在于，所述烧结余热发电***包括多个余热回收装置。
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