CN104180675A - 加热炉余热综合利用发电*** - Google Patents

加热炉余热综合利用发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种加热炉余热综合利用发电***，主要为了综合利用加热炉内的冷却水梁余热和尾部烟道内的烟气余热进行发电。本发明至少包括高压过热蒸汽产生机构、低压过热蒸汽产生机构、补汽凝汽式汽轮机和发电机，高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机的主汽口相连，低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机的补汽口相连。本发明将产生的高压过热蒸汽和低压过热蒸汽分别进入了主汽口和补汽口进行发电，能量梯级利用，提高了发电的热效率。本发明尽可能回收烟气余热，降低了烟气排出时的温度，减少余热资源的损失。由于采用过热蒸汽发电，提高了蒸汽的发电品质，使发电热效率提高，同时延长了补汽凝汽式汽轮机的使用寿命。

Description

加热炉余热综合利用发电***
技术领域
本发明涉及一种加热炉余热综合利用发电***。
背景技术
目前，冶金厂的加热炉采用蓄热式燃烧，常规燃烧和富氧燃烧。对于常规燃烧，由于空气中除21％的氧气之外还有79％的氮气，在燃烧过程中氮气不参与燃烧反应，全部转换为烟气。富氧燃烧是用纯氧来部分代替助燃空气和燃料进行燃烧反应，采用富氧燃烧可以降低烟气量，减少烟气带走的热量。常规燃烧和富氧燃烧条件下，加热炉出炉烟气温度900℃左右，传统的余热回收方法是在烟道内设置高效空气和煤气预热器，利用余热对助燃空气和煤气进行预热，经过对助燃空气和煤气进行预热后，一般烟气温度仍有350℃左右，然后直接经烟囱排放，浪费了大量的能源。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种综合利用加热炉内的冷却水梁余热和尾部烟道内的烟气余热进行发电的加热炉余热综合利用发电***。
为达到上述目的，本发明加热炉余热综合利用发电***至少包括高压过热蒸汽产生机构、低压过热蒸汽产生机构、补汽凝汽式汽轮机和与所述补汽凝汽式汽轮机传动连接的发电机，所述补汽凝汽式汽轮机的进汽口组包括主汽口和补汽口，所述高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与所述主汽口相连，所述低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与所述补汽口相连；
所述高压过热蒸汽产生机构包括高压汽包、设置在加热炉内用于吸收冷却水梁余热的汽水冷却换热器和设置在尾部烟道内的高压过热蒸汽换热器，所述高压汽包和所述汽水冷却换热器通过热水循环泵相互连通，形成第一循环回路，高压汽包的蒸汽出口与高压过热蒸汽换热器的蒸汽入口相连，高压过热蒸汽换热器的蒸汽出口即所述高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口；高压汽包内的水经所述第一循环回路后在高压汽包内形成高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽经所述高压过热蒸汽换热器过热后转变为高压过热蒸汽，所述高压过热蒸汽进入所述补汽凝汽式汽轮机的主汽口，供补汽凝汽式汽轮机带动所述发电机发电；
所述低压过热蒸汽产生机构包括低压汽包、设置在尾部烟道内的低压蒸发管束换热器和设置在尾部烟道内的低压过热蒸汽换热器，所述低压汽包和所述低压蒸发管束换热器相互连通，形成第二循环回路，低压汽包的蒸汽出口和低压过热蒸汽换热器的蒸汽入口相连，低压过热蒸汽换热器的蒸汽出口即所述低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口；低压汽包内的水经所述第二循环回路后在低压汽包内形成饱和水和低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽经低压过热蒸汽换热器过热之后转变为低压过热蒸汽，所述低压过热蒸汽进入所述补汽凝汽式汽轮机的补汽口，供补汽凝汽式汽轮机带动所述发电机发电；
所述高压汽包和低压汽包之间连接有给水泵，将所述低压汽包内的所述饱和水运至所述高压汽包内；所述高压过热蒸汽换热器、所述低压过热蒸汽换热器和所述低压蒸发管束换热器是按烟气流向依次设置在尾部烟道内的。
进一步地，所述发电***还包括设置在尾部烟道内的省煤器，所述省煤器按照烟气流向设置在所述低压蒸发管束换热器之后，所述补汽凝汽式汽轮机的凝汽器通过凝结水泵与所述省煤器的入口相连，所述省煤器的出口和所述低压汽包相连，所述凝汽器回收的凝结水在所述省煤器内吸热后进入所述低压汽包内。
具体地，所述尾部烟道的端部连接有引风机，所述引风机与烟囱相连。
具体地，所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压在0.8～2.0MPa范围内，所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压在0.2～0.8MPa范围内
本发明既对冷却水梁余热回收，也对烟气余热回收，利用回收的余热资源进行发电，充分利用了余热资源。本发明产生的高压过热蒸汽和低压过热蒸汽分别进入了补汽凝汽式汽轮机的主汽口和补汽口，实现了能量的梯级利用，提高了发电的热效率。在尾部烟道内依次布置高压过热蒸汽换热器、低压过热蒸汽换热器、低压蒸发管束换热器、省煤器，用来吸收不同品质的余热，使烟气温度不断降低，使烟气的余热资源尽可能的被利用。采用过热蒸汽发电，提高了蒸汽的发电品质和发电热效率，而且还提高了补汽凝汽式汽轮机排汽的干度，从而延长了补汽凝汽式汽轮机的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1的加热炉余热综合利用发电***的结构示意图；
图2是实施例2的加热炉余热综合利用发电***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例回收的余热包括两部分：加热炉炉膛内冷却水梁的余热和加热炉的尾部烟道350℃左右的烟气。在加热炉1的炉膛内设置有汽水冷却换热器16，用来吸收冷却水梁的余热。在尾部烟道内按照烟气流向依次设置高压过热蒸汽换热器2、低压过热蒸汽换热器3、低压蒸发管束换热器4，用来吸收烟气的余热。尾部烟道的端部与引风机6相连，引风机6与烟囱7相连。加热炉炉膛内燃烧产生的高温烟气预热空气煤气之后，烟气温度降低到350℃左右，然后烟气依次流经尾部烟道内的高压过热蒸汽换热器2、低压过热蒸汽换热器3、低压蒸发管束换热器4，烟气温度不断降低，最后烟气在引风机6的作用下经烟囱7排出，从而实现了对烟气余热的回收。
本实施例加热炉余热综合利用发电***包括高压过热蒸汽产生机构、低压过热蒸汽产生机构、补汽凝汽式汽轮机8和发电机9，其中补汽凝汽式汽轮机8和发电机9传动连接，补汽凝汽式汽轮机带动发电机进行发电工作。补汽凝汽式汽轮机8的进汽口组包括主汽口和补汽口，高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机8的主汽口相连，低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机8的补汽口相连。
高压过热蒸汽产生机构包括高压汽包14、汽水冷却换热器16和高压过热蒸汽换热器2。其中汽水冷却换热器16设置在加热炉的炉膛内，用于吸收冷却水梁的余热。高压汽包14通过热水循环泵15与汽水冷却换热器16的入口相连，汽水冷却换热器16的出口又与高压汽包14相连，也就是高压汽包14和汽水冷却换热器16之间相互连通，形成第一循环回路，该第一循环回路通过热水循环泵15强制进行循环工作。高压汽包14的蒸汽出口与高压过热蒸汽换热器2的蒸汽入口相连，高压过热蒸汽换热器2的蒸汽出口为所述高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口，也就是说高压过热蒸汽换热器2的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机8的主汽口相连。
高压汽包14下部的水在热水循环泵15的作用下进入汽水冷却换热器16内吸收冷却水梁的余热，吸热后的水变成了汽水混合物，再次进入高压汽包14，从而完成了一次冷却水梁余热回收的循环。由于冷却水梁的余热被吸收，冷却水梁不会因高温而产生变形，从而保证了加热炉安全的进行。由于高压汽包14除了作为储水储汽的容器外，还能汽水混合物转变为高压饱和蒸汽，所以当汽水混合物再次进入高压汽包14后，汽水混合物一部分转变成了高压饱和蒸汽，一部分转变为饱和水。随后，高压饱和蒸汽进入高压过热蒸汽换热器2内，吸热加温之后转变为高压过热蒸汽，高压过热蒸汽进入补汽凝汽式汽轮机8的主汽口，供补汽凝汽式汽轮机8带动发电机9发电，同时尾部烟道内的烟气的温度得到降低。
低压过热蒸汽产生机构包括低压汽包12、设置在尾部烟道内的低压蒸发管束换热器4和低压过热蒸汽换热器3。所述低压汽包12和所述低压蒸发管束换热器4的入口相连，所述低压蒸发管束换热器4的出口又与低压汽包12相连，也就是说低压汽包12和所述低压蒸发管束换热器4之间相互连通，形成第二循环回路。低压汽包12的蒸汽出口和低压过热蒸汽换热器3的蒸汽入口相连，低压过热蒸汽换热器3的蒸汽出口为所述低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口，也就说低压过热蒸汽换热器3的蒸汽出口与补汽凝汽式汽轮机8的补汽口相连。低压汽包内部设置有除氧器。
低压汽包12下部的水进入低压蒸发管束换热器4内，吸收烟气余热后，转变成了汽水混合物，汽水混合物再次进入低压汽包12内，从而完成一次循环过程。该第二循环回路不需要任何的外力，由于在所述低压汽包12和所述低压蒸发管束换热器4的入口之间的管道内流动的是水，而所述低压蒸发管束换热器4的出口与低压汽包12之间的管道内流动的是汽水混合物，所以第二循环回路是依靠水和汽水混合物的重度差来完成的自然循环过程。由于低压汽包除了可以作为储水储汽的容器外，还能将汽水混合物转变为低压饱和蒸汽和饱和水，所以当汽水混合物再次进入低压汽包12后，一部分汽水混合物转变成了低压饱和蒸汽，另一部分汽水混合物转变成了饱和水。随后，低压饱和蒸汽进入低压过热蒸汽换热器3内，吸热加温之后转变为低压过热蒸汽，低压过热蒸汽进入补汽凝汽式汽轮机8的补汽口，供补汽凝汽式汽轮机8带动发电机9发电，同时尾部烟道内的烟气温度得到进一步降低。由于低压汽包内设置有除氧器，低压汽包内形成的低压饱和蒸汽可以对除氧器中的水进行热力除氧，使低压汽包内的水脱除了氧，同时脱除了二氧化碳。
高压汽包14和低压汽包12之间通过给水泵13相连，在低压汽包12内形成的饱和水经过给水泵13打入高压汽包14内，参与高压汽包14和汽水冷却换热器16之间的循环过程。
本发明采用对加热炉内冷却水梁的余热和尾部烟道内烟气的余热回收后产生的过热蒸汽进行综合利用发电的方式，相对于单独采用对加热炉内冷却水梁的余热回收后产生的蒸汽进行发电的方式和单独采用对尾部烟道内烟气的余热回收后产生的蒸汽进行发电的方式，本实施例的各装置分布合理，更能吸收尾部烟道内低温烟气的低品位余热，降低排烟温度，减少能量损失。
本实施例利用高压过热蒸汽换热器2将高压汽包14产生的高压饱和蒸汽过热，使高压饱和蒸汽转变为高压过热蒸汽，高压过热蒸汽进入补汽凝汽式汽轮机8的主汽口；同时利用低压过热蒸汽换热器3将低压汽包12产生的低压饱和蒸汽过热，使低压饱和蒸汽转变为低压过热蒸汽，低压过热蒸汽进入补汽凝汽式汽轮机8的补汽口。本实施例产生的高压过热蒸汽和低压过热蒸汽分别进入了补汽凝汽式汽轮机8的主汽口和补汽口，能量梯级利用，提高了发电的热效率。
本实施例本着能源梯级利用的原则，在尾部烟道内依次布置高压过热蒸汽换热器2、低压过热蒸汽换热器3、低压蒸发管束换热器4，用来吸收不同品质的余热，使烟气温度不断降低，使烟气的余热资源尽可能的被利用。更重要的是，本发明的低压过热蒸汽换热器3、低压蒸发管束换热器4利用了烟气的低品位余热，降低了烟气排出时的温度，减少余热资源的损失。
本发明采用过热蒸汽发电，提高了蒸汽的发电品质。过热蒸汽发电相对于饱和蒸汽发电而言，过热蒸汽发电不仅使整个发电热效率提高，而且还提高了补汽凝汽式汽轮机8排汽的干度，从而延长了补汽凝汽式汽轮机8的使用寿命。
本实施例对冷却水梁的冷却方式相对于传统的冷却方式，节约了大量的水资源和驱动水循环电能，减少了投资。
实施例2
如图2所示，本实施例在上述实施例1的基础上在尾部烟道内设置有省煤器5，所述省煤器按照烟气流向设置在所述低压蒸发管束换热器之后，所述补汽凝汽式汽轮机8的凝汽器10通过凝结水泵11与所述省煤器的入口相连，所述省煤器的出口和所述低压汽包相连，所述凝汽器回收的凝结水在所述省煤器内吸热后进入所述低压汽包12内。
这样的话，补汽凝汽式汽轮机8尾部的乏汽经过凝汽器10后成为凝结水，由凝结水泵11打入省煤器5，用来吸收烟气的低温余热，吸热后的水进入低压汽包12内，从而使凝结水再次参与到第一循环回路和第二循环回路中，再次产生高压过热蒸汽和低压过热蒸汽供补汽凝汽式汽轮机8带动发电机9发电。
本实施例具有实施例1中加热炉余热综合利用发电***的所有有益效果。另外，由于本实施例还在尾部烟道内低压蒸发管束换热器4的后面设置了省煤器5，使省煤器5中的水进一步吸收烟气的余热，排出的烟气温度得到进一步降低，大约低至120℃，极大的降低了烟气温度，尽可能的利用了余热资源。
本实施例中的凝结水回收装置将乏汽凝结为凝结水，使凝结水再次参与到第一循环回路和第二循环回路中，液态水和蒸汽之间不断转换和循环，节约水资源。
实施例3
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：本实施例中所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压为0.8Mpa，所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压为0.2MPa。
实施例4
本实施例与上述实施例1的不同仅在于：本实施例中所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压为1.27MPa，所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压为0.5MPa。
实施例5
本实施例与上述实施例1的不同仅在于：本实施例中所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压为2.0MPa，所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压为0.8MPa。
本发明中的的所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压不限于实施例3、4、5中的高压值，优选范围为0.8～2.0MPa；所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压不限于实施例3、4、5中的低压值，优选范围为0.2～0.8MPa。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种加热炉余热综合利用发电***，其特征在于：所述发电***至少包括高压过热蒸汽产生机构、低压过热蒸汽产生机构、补汽凝汽式汽轮机和与所述补汽凝汽式汽轮机传动连接的发电机，所述补汽凝汽式汽轮机的进汽口组包括主汽口和补汽口，所述高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与所述主汽口相连，所述低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口与所述补汽口相连；
所述高压过热蒸汽产生机构包括高压汽包、设置在加热炉内用于吸收冷却水梁余热的汽水冷却换热器和设置在尾部烟道内的高压过热蒸汽换热器，所述高压汽包和所述汽水冷却换热器通过热水循环泵相互连通，形成第一循环回路，高压汽包的蒸汽出口与高压过热蒸汽换热器的蒸汽入口相连，高压过热蒸汽换热器的蒸汽出口即所述高压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口；高压汽包内的水经所述第一循环回路后在高压汽包内形成高压饱和蒸汽，所述高压饱和蒸汽经所述高压过热蒸汽换热器过热后转变为高压过热蒸汽，所述高压过热蒸汽进入所述补汽凝汽式汽轮机的主汽口，供补汽凝汽式汽轮机带动所述发电机发电；
所述低压过热蒸汽产生机构包括低压汽包、设置在尾部烟道内的低压蒸发管束换热器和设置在尾部烟道内的低压过热蒸汽换热器，所述低压汽包和所述低压蒸发管束换热器相互连通，形成第二循环回路，低压汽包的蒸汽出口和低压过热蒸汽换热器的蒸汽入口相连，低压过热蒸汽换热器的蒸汽出口即所述低压过热蒸汽产生机构的蒸汽出口；低压汽包内的水经所述第二循环回路后在低压汽包内形成饱和水和低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽经低压过热蒸汽换热器过热之后转变为低压过热蒸汽，所述低压过热蒸汽进入所述补汽凝汽式汽轮机的补汽口，供补汽凝汽式汽轮机带动所述发电机发电；
所述高压汽包和低压汽包之间连接有给水泵，将所述低压汽包内的所述饱和水运至所述高压汽包内；所述高压过热蒸汽换热器、所述低压过热蒸汽换热器和所述低压蒸发管束换热器是按烟气流向依次设置在尾部烟道内的。
2.根据权利要求1所述的加热炉余热综合利用发电***，其特征在于：所述发电***还包括设置在尾部烟道内的省煤器，所述省煤器按照烟气流向设置在所述低压蒸发管束换热器之后，所述补汽凝汽式汽轮机的凝汽器通过凝结水泵与所述省煤器的入口相连，所述省煤器的出口和所述低压汽包相连，所述凝汽器回收的凝结水在所述省煤器内吸热后进入所述低压汽包内。
3.根据权利要求1或2所述的加热炉余热综合利用发电***，其特征在于：所述高压饱和蒸汽和所述高压过热蒸汽中的高压在0.8～2.0MPa范围内，所述低压饱和蒸汽和所述低压过热蒸汽中的低压在0.2～0.8MPa范围内。
4.根据权利要求1或2所述的加热炉余热综合利用发电***，其特征在于：所述尾部烟道的端部连接有引风机，所述引风机与烟囱相连。
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