CN109163571B - 基于母管制的罐式煅烧炉余热发电*** - Google Patents

基于母管制的罐式煅烧炉余热发电*** Download PDF

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Abstract

基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***包括汽轮机、发电机、高压蒸汽母管、低压蒸汽母管和至少一套余热发电子***,任一套余热发电子***包括罐式煅烧炉、煅后焦冷却装置、余热锅炉,罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温,任一套余热发电子***的余热锅炉内包括第二过热器、蒸发器、第一过热器、省煤器,各第二过热器的出汽口通过高压蒸汽母管与汽轮机的主汽口连通,各第一过热器的出汽口通过低压蒸汽母管与汽轮机的补汽口连通,汽轮机与发电机相连。布局紧凑、投资成本低。将煅后焦冷却装置设计成分级冷却模式,避免的煅后焦温度偏高,煅后焦高温余热通过煅后焦冷却装置进行回收利用,并用于驱动汽轮机发电,提升煅烧工艺的资源利用率。

Description

基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***
技术领域
本发明涉及炭素行业余热利用技术领域,具体地说,涉及一种基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***。
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,罐式煅烧炉出料口处的高温煅后焦(温度可达1000℃)也蕴含大量的显热,目前采用的方法均是在煅烧炉下方设置冷却水套,通过循环冷却水对高温煅后焦进行冷却,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,显然,这种方式导致了大量的热能浪费。
因此,如果能构建一套煅烧炉余热利用***,对炭素厂的煅烧炉烟气余热和煅后焦余热进行高效回收,必然能产生非常可观的经济收益。
发明内容
为解决以上问题,本发明提供一种基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,包括汽轮机4、发电机5、高压蒸汽母管14、低压蒸汽母管15和至少一套余热发电子***,任一套余热发电子***都至少包括罐式煅烧炉1、煅后焦冷却装置2、余热锅炉3,所述罐式煅烧炉的出料口与所述煅后焦冷却装置的进料口连通,所述罐式煅烧炉出来的高温煅后焦在煅后焦冷却装置中换热降温,而所述罐式煅烧炉的烟气出口则与所述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,任一套余热发电子***的余热锅炉内包括第二过热器301、蒸发器302、第一过热器303、省煤器304,各第二过热器301的出汽口通过高压蒸汽母管14与汽轮机4的主汽口连通,各第一过热器303的出汽口通过低压蒸汽母管15与汽轮机4的补汽口连通,汽轮机4与发电机5相连。
优选地,任一套余热发电子***中,所述煅后焦冷却装置包括煅后焦汽化冷却模块201和煅后焦水冷模块202,所述煅后焦汽化冷却模块位于煅后焦的高温侧,所述煅后焦水冷模块位于煅后焦低温侧。
优选地,余热发电***还包括除氧器8、凝汽器6、凝结水泵7、除氧器进水母管16、高压给水母管17、低压给水母管18、凝结水泵出水母管19,而任一套余热发电子***还包括低压锅筒10、高压锅筒13、低压给水泵9、高压给水泵12,所述汽轮机的排汽口与凝汽器6、凝结水泵7、凝结水泵出水母管19沿汽水流向顺次连通,所述凝结水泵出水母管19与各煅后焦水冷模块202的进水口连通,各煅后焦水冷模块202的出水口与除氧器8的进水口通过除氧器进水母管16 连通,所述除氧器8的第一出水口与低压给水泵9、低压给水母管18顺次连通,所述低压给水母管18与各低压锅筒10的进水口连通,向各低压锅筒10供水,所述除氧器8的第二出水口与高压给水泵12、高压给水母管17顺次连通,所述高压给水母管17与各省煤器304、各高压锅筒13的进水口顺次连通,向各高压锅筒13供水。
优选地,任一套余热发电子***中,各低压锅筒10通过第一下降管101与所述煅后焦汽化冷却模块201的进水口连通,通过第一上升管102与煅后焦汽化冷却模块(201)的出汽口连通,形成一个低压汽水循环回路。
优选地,任一套余热发电子***中,所述高压锅筒13通过第二下降管131与所述余热锅炉的蒸发器302的进水口连通,通过第二上升管132与所述余热锅炉的蒸发器302出汽口连通,形成高压汽水循环回路。
优选地,任一套余热发电子***中,所述低压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的第一过热器的进汽口连通,所述低压锅筒的出口饱和蒸汽送入所述第一过热器进行过热;所述高压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的第二过热器的进汽口连通,高压锅筒的出口饱和蒸汽送入所述第二过热器进行过热。
优选地,任一套余热发电子***中,所述第二过热器、蒸发器、第一过热器、省煤器在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。
优选地,所述汽轮机还设置有低压抽汽口,所述低压抽汽口与除氧器的加热蒸汽进口连通,为所述除氧器提供除氧用汽。
优选地,任一套余热发电子***还包括循环泵11,所述循环泵11设置于第一下降管101上,以驱动所述低压锅筒10与所述煅后焦汽化冷却模块之间的低压汽水强制循环。
本发明的有益效果在于:
1)构建了一种基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,将罐式煅烧炉的煅后焦余热和烟气余热进行统一回收,并设计成一体化***,对煅后焦显热采用煅后焦冷却装置进行回收,对烟气显热采用余热锅炉进行回收,煅后焦冷却装置产生的饱和蒸汽送入余热锅炉进行过热,余热锅炉出口的过热蒸汽进入汽轮机,驱动汽轮机做功发电,实现了罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热一体化回收利用。此外,针对每套罐式煅烧炉对应产汽量较少的特征,本发明将***设计为多台煅烧炉供应一台汽轮机的母管制模式,不仅节约了汽轮发电机组的数量,而且增大了汽轮发电机组的单机容量,提升了机组的发电效率。本发明整套热力***设计合理,布局紧凑,占地面积小、投资成本低。
2)对于煅后焦高温余热,与采用水套冷却的常规方式相比,本发明通过煅后焦冷却装置进行回收利用,转化成宝贵的蒸汽资源,并用于驱动汽轮机发电,大大提升了煅烧工艺的资源利用率,减少了炭素厂的外购电量,降低了炭素厂的生产成本。
3)在煅后焦冷却***设计方面,本发明将煅后焦冷却装置设计成分级冷却模式,对于高温区的煅后焦显热,采用品位更高的煅后焦汽化冷却装置进行吸收,对于经过一级换热降温后的低温煅后焦显热,采用品位更低的煅后焦水冷装置进行吸收,且加设一级煅后焦水冷装置对煅后焦进行二次降温,不仅进一步回收了煅后焦余热,更重要的是,还有效解决了只设置煅后焦汽化冷却装置很可能导致的煅后焦温度偏高的问题。
4)在汽水***设计方面,考虑到煅后焦汽化冷却装置的运行条件,并为了确保其冷却效果,本发明将煅后焦汽化冷却装置设计成低压汽水***,且采用强制循环模式,通过循环泵驱动整个汽水***的循环运行,而对于余热锅炉的汽水循环,则设计成自然循环模式,以降低***耗电量,从而使得整套装置在保证***安全可靠的条件下有效兼顾了***的节能运行。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述,本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。此外,在本说明书中,附图未按比例画出,并且相同的附图标记表示相同的部分。
基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***包括至少一套余热发电子***,任一余热发电子***都至少包括罐式煅烧炉1、煅后焦冷却装置2、余热锅炉 3、低压锅筒10、高压锅筒13、低压给水泵9、高压给水泵12。而多套余热发电子***共用汽轮机4、发电机5、除氧器8、凝汽器6、凝结水泵7、高压蒸汽母管14、低压蒸汽母管15、除氧器进水母管16、高压给水母管17、低压给水母管18、凝结水泵出水母管19。下文中仅以一套余热发电子***为例进行说明。
其中,所述罐式煅烧炉1的出料口与所述煅后焦冷却装置2的进料口连通,所述罐式煅烧炉1 出来的高温煅后焦在煅后焦冷却装置2中换热降温。而所述罐式煅烧炉1的烟气出口则与所述余热锅炉3的烟气进口连通,所述罐式煅烧炉1 出来的高温烟气在余热锅炉3中换热降温。优选地,所述煅后焦冷却装置2包括煅后焦汽化冷却模块201和煅后焦水冷模块202,所述煅后焦汽化冷却模块201位于煅后焦的高温侧,所述煅后焦水冷模块202位于煅后焦低温侧。
所述余热锅炉3的内部设置有多级受热面,包括第二过热器301、蒸发器 302、第一过热器303、省煤器304。所述第二过热器301的出汽口通过高压蒸汽母管14与汽轮机4的主汽口连通,若是有多套余热发电子***,则每个余热发电子***的余热锅炉3的第二过热器301的出汽口都与高压蒸汽母管 14连通。如图1所示,N个第二过热器301的出汽口都与高压蒸汽母管14连通。所述第一过热器303的出汽口通过低压蒸汽母管15与汽轮机4的补汽口连通(若是有多套余热发电子***,则每个余热发电子***的余热锅炉3的第一过热器303的出汽口都与低压蒸汽母管15联通),所述汽轮机4与所述发电机5相连,所述汽轮机4拖动所述发电机5发电。所述汽轮机4的排汽口与凝汽器6、凝结水泵7、凝结水泵出水母管19沿汽水流向顺次连通,所述凝结水泵出水母管19与煅后焦水冷模块202的进水口连通,煅后焦水冷模块202的出水口与除氧器8的进水口通过除氧器进水母管16连通(若是有多套余热发电子***,则每个余热发电子***的煅后焦水冷模块202的出水口都与除氧器进水母管16连通)。所述除氧器8的第一出水口与低压给水泵9、低压给水母管18顺次连通,所述低压给水母管18与低压锅筒10的进水口连通,向所述低压锅筒10供水(若是有多套余热发电子***,则低压给水母管 18与每个余热发电子***的低压锅筒10的进水口连通)。所述除氧器8的第二出水口与高压给水泵12、高压给水母管17顺次连通,所述高压给水母管 17与省煤器304、高压锅筒13的进水口顺次连通,向所述高压锅筒13供水 (若是有多套余热发电子***,则高压给水母管17与每个余热发电子***的省煤器304、高压锅筒13的进水口顺次连通)。
所述低压锅筒10通过第一下降管101与所述煅后焦汽化冷却模块201的进水口连通,通过第一上升管102与煅后焦汽化冷却模块201的出汽口连通,形成一个低压汽水循环回路,所述低压锅筒10为煅后焦汽化冷却模块201供水,并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
所述高压锅筒13通过第二下降管131与所述余热锅炉3的蒸发器302的进水口连通,通过第二上升管132与所述余热锅炉3的蒸发器302出汽口连通,形成一个高压汽水循环回路,所述高压锅筒13为所述蒸发器302供水,并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
所述低压锅筒10的蒸汽出口与所述余热锅炉3的第一过热器303的进汽口连通,所述低压锅筒10的出口饱和蒸汽送入所述第一过热器303进行过热。
所述高压锅筒13的蒸汽出口与所述余热锅炉3的第二过热器301的进汽口连通,高压锅筒13的出口饱和蒸汽送入所述第二过热器301进行过热。
在一个可选实施例中,所述第二过热器301、蒸发器302、第一过热器303、省煤器304在余热锅炉3内沿烟气流向顺次布置。
在一个可选实施例中,所述汽轮机4还设置有低压抽汽口,所述低压抽汽口与除氧器8的加热蒸汽进口连通,为所述除氧器8提供除氧用汽。
在一个可选实施例中,还包括循环泵11,所述循环泵11设置于第一下降管101上,以驱动所述低压锅筒10与所述煅后焦汽化冷却模块201之间的低压汽水强制循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,其特征在于,包括汽轮机(4)、发电机(5)、高压蒸汽母管(14)、低压蒸汽母管(15)和至少一套余热发电子***,任一套余热发电子***都至少包括罐式煅烧炉(1)、煅后焦冷却装置(2)、余热锅炉(3),所述罐式煅烧炉的出料口与所述煅后焦冷却装置的进料口连通,所述罐式煅烧炉出来的高温煅后焦在煅后焦冷却装置中换热降温,而所述罐式煅烧炉的烟气出口则与所述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,
任一套余热发电子***的余热锅炉内包括第二过热器(301)、蒸发器(302)、第一过热器(303)、省煤器(304),各第二过热器(301)的出汽口通过高压蒸汽母管(14)与汽轮机(4)的主汽口连通,各第一过热器(303)的出汽口通过低压蒸汽母管(15)与汽轮机(4)的补汽口连通,汽轮机(4)与发电机(5)相连,其中,任一套余热发电子***中,所述煅后焦冷却装置包括煅后焦汽化冷却模块(201)和煅后焦水冷模块(202),所述煅后焦汽化冷却模块位于煅后焦的高温侧,所述煅后焦水冷模块位于煅后焦低温侧,
其中,余热发电***还包括除氧器(8)、凝汽器(6)、凝结水泵(7)、除氧器进水母管(16)、高压给水母管(17)、低压给水母管(18)、凝结水泵出水母管(19),而任一套余热发电子***还包括低压锅筒(10)、高压锅筒(13)、低压给水泵(9)、高压给水泵(12),
所述汽轮机的排汽口与凝汽器(6)、凝结水泵(7)、凝结水泵出水母管(19)沿汽水流向顺次连通,所述凝结水泵出水母管(19)与各煅后焦水冷模块(202)的进水口连通,各煅后焦水冷模块(202)的出水口与除氧器(8)的进水口通过除氧器进水母管( 16) 连通,所述除氧器(8)的第一出水口与低压给水泵(9)、低压给水母管(18)顺次连通,所述低压给水母管(18)与各低压锅筒(10)的进水口连通,向各低压锅筒(10)供水,所述除氧器( 8) 的第二出水口与高压给水泵( 12) 、高压给水母管( 17) 顺次连通,所述高压给水母管(17)与各省煤器(304)、各高压锅筒(13)的进水口顺次连通,向各高压锅筒(13)供水,
其中,任一套余热发电子***中,各低压锅筒(10)通过第一下降管(101) 与所述煅后焦汽化冷却模块(201)的进水口连通,通过第一上升管(102)与煅后焦汽化冷却模块(201)的出汽口连通,形成一个低压汽水循环回路,
其中,任一套余热发电子***中,所述高压锅筒(13)通过第二下降管(131)与所述余热锅炉的蒸发器(302)的进水口连通,通过第二上升管(132)与所述余热锅炉的蒸发器(302)出汽口连通,形成高压汽水循环回路。
2.根据权利要求1所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,其特征在于,任一套余热发电子***中,
所述低压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的第一过热器的进汽口连通,所述低压锅筒的出口饱和蒸汽送入所述第一过热器进行过热;
所述高压锅筒的蒸汽出口与所述余热锅炉的第二过热器的进汽口连通,高压锅筒的出口饱和蒸汽送入所述第二过热器进行过热。
3.根据权利要求1所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,其特征在于,任一套余热发电子***中,所述第二过热器、蒸发器、第一过热器、省煤器在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。
4.根据权利要求1所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,其特征在于,所述汽轮机还设置有低压抽汽口,所述低压抽汽口与除氧器的加热蒸汽进口连通,为所述除氧器提供除氧用汽。
5.根据权利要求1所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热发电***,其特征在于,任一套余热发电子***还包括循环泵(11),所述循环泵(11)设置于第一下降管(101)上,以驱动所述低压锅筒(10)与所述煅后焦汽化冷却模块之间的低压汽水强制循环。
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