CN107144146B - 基于母管制的罐式煅烧炉余热利用*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***，包括多台罐式煅烧炉、水套进水母管、水套出水母管、多台余热锅炉、蒸汽母管、汽轮机和凝汽器，每一台罐式煅烧炉的烟气出口与每一台余热锅炉的烟气进口连通；多台余热锅炉的蒸汽出口通过蒸汽母管与所述汽轮机的蒸汽进口连通；所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通；所述凝汽器的冷却水进口与供热外网的回水管道连通；所述凝汽器的冷却水出口通过水套进水母管与各罐式煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口连通；多台罐式煅烧炉的煅烧炉水套的热水出口通过水套出水母管与供热外网的供水管道连通，向外提供热水。该***将多台煅烧炉的烟气余热和水套冷却水余热进行高效集成回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及炭素行业余热利用技术领域，尤其涉及一种基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***。
背景技术
炭素材料是电解铝生产工艺的主要原料之一，炭素材料制品的生产是制约铝工业发展的关键环节。我国铝工业近几年来发展进入快速通道，铝用炭素随之发展，炭素材料制品产能已从几年前的百万吨级增加到现在的千万吨级，而且还在以一定增速发展。
罐式煅烧炉是炭素生产工艺中的主要设备之一，能够锻烧不同挥发份含量的石油焦,具有锻烧料质量稳定、炭质烧损率低、锻后焦的堆积密度高、操作简单、维护工作量小、连续生产周期长等优点，因此，广泛应用于炭素厂和铝厂中。
在采用煅烧炉对原料进行煅烧时，石油焦挥发分燃烧产生的热量除可供锻烧石油焦所需之外，还有大量的富余热量随烟气排出，烟气温度甚至高达900℃。根据热平衡计算，原料锻烧吸热只占煅烧炉热支出的33.5％，而被煅烧烟气所带走的热量占整个煅烧炉热支出的47.9％。然而，由于煅烧炉烟气有个明显特征，即烟气温度高，但是烟气量小，这就导致炭素厂对于煅烧炉高温烟气的余热回收不太积极，甚至有许多炭素厂采用鼓风冷却的方式，即通过大功率鼓风机将低温空气混入高温烟气，进行强制降温然后排入大气，造成宝贵的烟气余热资源白白浪费，而且大功率鼓风机的新增耗电量也带来了炭素生产成本的提升。
此外，罐式煅烧炉在出料端设置有冷却水套，用于对高温煅后焦(可达1000℃以上)进行冷却，冷却水套内的冷却水与煅烧炉的煅后焦间接换热，吸热后的冷却水送至冷却塔散热，然后重新返回水套，作为冷却水套进水，如此循环。水套的冷却水出水蕴含有大量的热量，数量非常可观，但是其最大的劣势在于温度过低，只有50℃左右，属于低温余热，品位极低，所以其利用非常困难，炭素厂一般不会考虑对该部分热源进行回收利用。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种能够对炭素厂的煅烧炉烟气、水套冷却水等余热资源进行综合回收利用，将高温、小流量的烟气余热和低温、大流量的水套冷却水余热进行高效回收基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***，包括多台罐式煅烧炉、水套进水母管、水套出水母管、多台余热锅炉、蒸汽母管、汽轮机和凝汽器，其中，每一台罐式煅烧炉的烟气出口与每一台余热锅炉的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；多台余热锅炉的蒸汽出口通过蒸汽母管与所述汽轮机的蒸汽进口连通，各余热锅炉的蒸汽出口的蒸汽在所述蒸汽母管中汇集，所述蒸汽母管中的蒸汽进入所述汽轮机，驱动所述汽轮机旋转做功；所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通；所述凝汽器的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器通过供热外网的回水进行冷却；所述凝汽器的冷却水出口通过水套进水母管与各罐式煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口连通，所述凝汽器的冷却水出口的冷却水在所述水套进水母管中汇集，然后分为多个支路分别进入各罐式煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口，对各罐式煅烧炉的煅烧炉水套进行冷却；多台罐式煅烧炉的煅烧炉水套的热水出口通过水套出水母管与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套的热水出口的热水在所述水套出水母管中汇集，然后送至供热外网供水管道，向外提供热水。
所述的余热利用***，其中，还包括烟气母管、引风机、脱硫装置和烟囱，所述多台余热锅炉的烟气出口通过烟气母管与所述引风机、脱硫装置和烟囱沿烟气流向顺次连通，所述多台余热锅炉的排烟通过所述烟气母管进入引风机升压后通过脱硫装置进行脱硫处理，然后通过烟囱排向大气。
所述的余热利用***，其中，还包括凝结水泵、除氧给水***和给水母管，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵、除氧给水***通过给水母管与所述多台余热锅炉的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器的凝结水出口的凝结水经过所述凝结水泵加压后进入除氧给水***进行处理，然后通过给水母管分为多个支路分别进入各余热锅炉。
所述的余热利用***，其中，所述汽轮机设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水***提供加热汽源。
所述的余热利用***，其中，所述除氧给水***包括除氧器和给水泵，所述汽轮机的抽汽口与所述除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供加热汽源，所述除氧器的出水口与所述给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口通过给水母管与多台余热锅炉的给水进口连通。
所述的余热利用***，其中，还包括发电机，所述发电机与所述汽轮机同轴相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。
所述的余热利用***，其中，所述煅烧炉水套的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。
本发明的有益效果在于：
1)由于罐式煅烧炉的烟气温度高、品位高，因此通过余热锅炉结合汽轮发电机组将高品位的烟气热能转换为高品质的电能；同时将汽轮机凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水余热进行回收，考虑到冷却水温度低、品位低，余热很难利用，因此将冷却水余热用于对外供应热水，与传统的循环冷却水通过冷却塔排向大气的方式相比，具有显著的经济效益；
2)汽轮机、凝汽器的循环冷却水与煅烧炉的水套冷却水换热***采用串联方式，冷却水先进入凝汽器冷却***进行一次换热，然后进入水套冷却***二次换热，这是充分考虑两个换热***热源特征后的优化设计，其与并联连接方式相比，***所需的冷却水总量大幅减小，而与先进入水套冷却***再进入凝汽器冷却***的串联方式相比，显然本发明可以明显改善凝汽器的冷却效果，提高凝汽器真空，从而大大提高汽轮发电机组的发电量；
3)本发明构建了一种基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***，对炭素厂煅烧炉的几种余热资源进行统筹规划，首先根据煅烧炉烟气的高温、小流量特点，采用余热锅炉对烟气余热进行回收，转化为蒸汽资源，同时考虑到炭素厂一般均配置多台煅烧炉且单台煅烧炉烟气量和对应产汽量较小的特点，将余热锅炉排烟和蒸汽设计为母管制，蒸汽汇集后通过汽轮机进行利用，烟气汇集后进行集中净化和排放；然后对汽轮机凝汽器循环水余热和煅烧炉水套余热进行集成回收，将外部热网的回水用于凝汽器的冷却，凝汽器出口循环冷却水继续用于各台煅烧炉水套的冷却，各台煅烧炉水套的出口冷却水也设计成母管制，汇集后集中向外部热网供应热水，完成了对罐式煅烧炉余热的高度集成利用，实现了热能梯级利用和科学用能；
4)本发明整套余热利用***的综合热效率可达80％以上，较单纯余热发电方式相比(整体热效率只能达到25％左右)，能源综合利用效率显著提高。
附图说明
通过参考以下具体实施方式的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：
图1是本发明所述基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。
图1是本发明所述基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***的示意图，如图1所示，所述基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***包括多台罐式煅烧炉(1.1～1.N)、水套进水母管9、水套出水母管10、多台余热锅炉(2.1～2.N)、蒸汽母管7、汽轮机11和凝汽器12，其中，
每一台罐式煅烧炉的烟气出口与每一台余热锅炉的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；
多台余热锅炉的蒸汽出口通过蒸汽母管7与所述汽轮机11的蒸汽进口连通，各台余热锅炉的出口蒸汽在所述蒸汽母管7中汇集，所述蒸汽母管7中的蒸汽进入所述汽轮机11，驱动所述汽轮机11旋转做功；
所述汽轮机11的排汽口与所述凝汽器12的进汽口连通；
所述凝汽器12的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器12通过供热外网的回水进行冷却；
所述凝汽器12的冷却水出口通过水套进水母管9与各罐式煅烧炉的煅烧炉水套(16.1～16.N)的冷却水进口连通，所述凝汽器12的出口冷却水在所述水套进水母管9中汇集，然后分为多个支路分别进入各罐式煅烧炉的煅烧炉水套(16.1～16.N)的冷却水进口，对各罐式煅烧炉的煅烧炉水套(16.1～16.N)进行冷却；
多台罐式煅烧炉的煅烧炉水套(16.1～16.N)的热水出口通过水套出水母管10与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套(16.1～16.N)的热水出口的热水在所述水套出水母管10中汇集，然后送至供热外网供水管道，向外提供热水。
上述基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***对炭素厂罐式煅烧炉的几种余热资源进行统筹规划、综合回收，实现了多台罐式煅烧炉余热的集成利用，且将余热回收设计成母管制，对多台罐式煅烧炉的烟气余热、水套冷却水余热进行集中处理，具有显著的经济效益。
优选地，所述煅烧炉水套(16.1～16.N)采用逆流换热，所述煅烧炉水套(16.1～16.N)的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套(16.1～16.N)的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。
另外，优选地，所述余热利用***还包括发电机17，所述发电机17与所述汽轮机11同轴相连，所述汽轮机11拖动所述发电机17发电。
上述基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***考虑到罐式煅烧炉烟气温度高、品位高，因此通过余热锅炉结合汽轮发电机组将高品位的烟气热能转换为高品质的电能；而将汽轮机、凝汽器的循环冷却水与罐式煅烧炉的煅烧炉水套冷却水余热进行回收时，考虑到该冷却水温度低、品位低，余热很难利用，最终以供热为目的，将冷却水余热用于对外供应热水，与传统的循环冷却水通过冷却塔排向大气进而造成冷源损失的方式相比，本发明将热网回水作为凝汽器冷却***的换热介质，利用排汽的凝结热来加热冷却水，将该冷却水用于热水供暖，从而将排汽凝结热加以利用，使整套余热利用***的循环热效率大大提高，具有显著的经济效益。
另外，汽轮机、凝汽器的循环冷却水与罐式煅烧炉的煅烧炉水套冷却水换热***采用串联方式，冷却水先进入凝汽器冷却***，然后进入水套冷却***，是充分考虑两个换热***热源特征后的优化设计，与并联连接相比，凝汽器和煅烧炉水套的冷却效果更好，因为并联方式下去往凝汽器和煅烧炉水套的水量均大幅减少，导致其冷却效果大受影响；而与先进入水套冷却***再进入凝汽器冷却***的串联方式相比，可以明显改善凝汽器的冷却效果，提高凝汽器真空，从而大大提高汽轮发电机组的发电量。
在本发明的一个可选实施例中，上述余热利用***还包括凝结水泵13和除氧给水***和给水母管8，所述凝汽器12的凝结水出口与凝结水泵13、除氧给水***通过给水母管8与所述多台余热锅炉的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器12的出口凝结水经过所述凝结水泵13加压后进入除氧给水***进行处理，然后通过给水母管8分为多个支路分别进入各台余热锅炉。
优选地，所述汽轮机11设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水***提供加热汽源。
进一步，优选地，所述除氧给水***包括除氧器14和给水泵15，所述汽轮机11的抽汽口与所述除氧器14的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器14提供加热汽源，所述除氧器14的出水口与所述给水泵15的进水口连通，所述给水泵15的出水口通过给水母管8与多台余热锅炉2的给水进口连通。
在本发明的一个可选实施例中，上述余热利用***还包括烟气母管3、引风机4、脱硫装置5和烟囱6，所述多台余热锅炉的烟气出口通过烟气母管3与所述引风机4、脱硫装置5和烟囱6沿烟气流向顺次连通，所述余热锅炉2的排烟通过烟气母管3经过引风机4升压后进入脱硫装置5进行脱硫处理，然后通过烟囱6排向大气。
上述炭素厂煅烧炉余热利用***的工艺流程如下：
汽水***流程：多台余热锅炉产生的高温蒸汽进入汽轮机11，在汽轮机11中膨胀做功后进入凝汽器7，在凝汽器7中降温并凝结成凝结水，然后通过凝结水泵13打入除氧给水***，在除氧给水***中经过除氧器除氧后，通过给水泵15送至给水母管3，给水母管3分为多个支路分别送至多台余热锅炉，作为各余热锅炉的给水，从而完成一个汽水循环流程。
冷却水***流程：供热外网的回水作为凝汽器7的冷却水源，进入凝汽器7的冷却水进口，在凝汽器7中一次换热后进入水套进水母管9，然后分为多个支路分别进入多个煅烧炉水套(16.1～16.N)冷却水进口，作为各煅烧炉水套(16.1～16.N)的冷却水源在各煅烧炉水套中进行二次换热，各煅烧炉水套的热水出口排出的热水汇集到水套出水母管10，然后送至供热外网的供水管道，向供热外网供应热水。
烟气***流程：各煅烧炉产生的800℃～900℃的高温烟气进入各余热锅炉，在各余热锅炉中放热后降温至150～200℃左右后汇集进入烟气母管3，通过引风机4送至脱硫装置5，在脱硫装置5中经过烟气脱硫处理后进入烟囱6，最后排向大气。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。
Claims (7)
1.一种基于母管制的罐式煅烧炉余热利用***，其特征在于，包括多台罐式煅烧炉、水套进水母管、水套出水母管、多台余热锅炉、蒸汽母管、汽轮机和凝汽器，其中，
每一台罐式煅烧炉的烟气出口与每一台余热锅炉的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温；
多台余热锅炉的蒸汽出口通过蒸汽母管与所述汽轮机的蒸汽进口连通，各余热锅炉的蒸汽出口出来的蒸汽在所述蒸汽母管中汇集，所述蒸汽母管中的蒸汽进入所述汽轮机，驱动所述汽轮机旋转做功；
所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通；
所述凝汽器的冷却水进口与供热外网的回水管道连通，所述凝汽器通过供热外网的回水进行冷却；
所述凝汽器的冷却水出口通过水套进水母管与各罐式煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口连通，所述凝汽器的冷却水出口的冷却水在所述水套进水母管中汇集，然后分为多个支路分别进入各罐式煅烧炉的煅烧炉水套的冷却水进口，对各罐式煅烧炉的煅烧炉水套进行冷却；
多台罐式煅烧炉的煅烧炉水套的热水出口通过水套出水母管与供热外网的供水管道连通，所述煅烧炉水套的热水出口的热水在所述水套出水母管中汇集，然后送至供热外网供水管道，向外提供热水。
2.根据权利要求1所述的余热利用***，其特征在于，还包括烟气母管、引风机、脱硫装置和烟囱，所述多台余热锅炉的烟气出口通过烟气母管与所述引风机、脱硫装置和烟囱沿烟气流向顺次连通，所述多台余热锅炉的排烟通过所述烟气母管进入引风机升压后通过脱硫装置进行脱硫处理，然后通过烟囱排向大气。
3.根据权利要求1所述的余热利用***，其特征在于，还包括凝结水泵、除氧给水***和给水母管，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵、除氧给水***通过给水母管与所述多台余热锅炉的给水进口沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器的凝结水出口的凝结水经过所述凝结水泵加压后进入除氧给水***进行处理，然后通过给水母管分为多个支路分别进入各余热锅炉。
4.根据权利要求3所述的余热利用***，其特征在于，所述汽轮机设置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽为所述除氧给水***提供加热汽源。
5.根据权利要求4所述的余热利用***，其特征在于，所述除氧给水***包括除氧器和给水泵，所述汽轮机的抽汽口与所述除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供加热汽源，所述除氧器的出水口与所述给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口通过给水母管与多台余热锅炉的给水进口连通。
6.根据权利要求1所述的余热利用***，其特征在于，还包括发电机，所述发电机与所述汽轮机同轴相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电。
7.根据权利要求1所述的余热利用***，其特征在于，所述煅烧炉水套的冷却水进口位于煅烧炉水套的低温端，所述煅烧炉水套的热水出口位于煅烧炉水套的高温端。
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