CN116105508A - 一种基于熔盐储能的电炉余热回收***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于熔盐储能的电炉余热回收***及方法。所述的***包括：熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第一换热器的热媒端串接废气除尘后管道上；第一换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。本发明通过将熔盐储能***替代传统的电炉余热锅炉，提高余热发电效率及发电量。

Description

一种基于熔盐储能的电炉余热回收***及方法
技术领域
本发明属于能源领域、储能领域、余热回收及发电领域，涉及一种基于熔盐储能的电炉余热回收***及方法。
背景技术
钢铁工业是能源消耗和碳排放的大户，我国钢铁行业的二氧化碳排放量高达18亿吨左右，与所有工业行业中居首位。因此，我国钢铁工业节能减排、转型升级的需求极为迫切。2021年我国钢铁行业平均自发电率约54％，与国际先进水平有较大差距。这意味着我国钢铁行业的余热资源利用率较低。钢铁行业余热资源普遍存在高品位、间断性的特点，并且由于水和蒸汽的储能容量太小，在余热资源间断性的情况下，难以产生高品位的蒸汽，故钢铁行业的余热资源利用效率不高。电炉余热是这一问题的典型体现，电炉出口烟气温度可达1500℃以上，如采用废钢预热，预热后的温度也有800～900℃，是高品质的热源，但电炉冶炼具有间断性，且电炉烟气含尘量较高并含有较难处理的二噁英，因此电炉余热利用一直是钢铁行业的难点。近年来虽有电炉余热全能量回收的概念，但由于其采用的依然是传统余热锅炉，故所产生的蒸汽品位依然是中低压的饱和蒸汽。因此急需开发新的余热回收利用装置以充分利用电炉烟气高品位的余热资源，以提高钢铁企业的余热资源利用效率。
目前，随熔盐储能技术及供应链的成熟，熔盐储能在清洁供热、火电灵活性改造、压缩空气储能等新兴市场的商业化正在全面铺开，而钢铁行业内熔盐储能的应用基本处于空白状态，而熔盐储能由于其良好的储热特性和高效的能源转化效率是提高钢铁行业余热资源利用效率的合理有效手段。然而经调研可知，目前国内外公开的专利成果中关于熔盐储能的应用主要集中于非钢铁领域，而在钢铁领域内的应用主要集中于具有连续热源或烟气中含尘量较少的工序；关于电炉余热回收的成果主要集中于烟气调节处理、余热锅炉以外相关部件的优化替换。将熔盐储能换热器替换传统余热锅炉的研究几乎没有涉及。
发明内容
为了解决上述问题，克服现有电炉烟气余热利用效率较低、余热发电量较少的问题，提供了基于熔盐储能的电炉余热回收***及方法，能够在保证除尘、除二噁英效果的同时，最大限度回收电炉烟气赋存的能量，达到提高余热回收效率的目的。
为达到上述目的，本发明基于熔盐储能的电炉余热回收方法，所述的方法包括下述的步骤：
炼钢后的废气经初步除尘后通过熔盐储罐***储能换热；
熔盐储罐***储能换热后产生的高温蒸汽通过汽轮机发电。
进一步的，熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第一换热器的热媒端串接废气除尘后管道上；
第一换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
进一步的，熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第三换热器和第一换热器的热媒端依次串接废气管道上；
第三换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第一换热器的冷媒出口第三换热器冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
为达到上述目的，本发明基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的***包括：熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第一换热器的热媒端串接废气除尘后管道上；
第一换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
为达到上述目的，本发明基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的***包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第三换热器和第一换热器的热媒端依次串接废气管道上；
第三换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第一换热器的冷媒出口第三换热器冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
进一步的，所述的废气是经废钢预热后的废气。
本发明通过将熔盐储能***替代传统的电炉余热锅炉，充分运用熔盐良好的热交换特性和储能特性，最大限度回收电炉烟气余热，使所产蒸汽等级至少在高温高压等级以上，提高余热发电效率及发电量。
附图说明
图1是本发明电炉采用废钢预热工艺时的***示意图(并不代表本发明所适用的所用情况)；
图2是本发明电炉不采用废钢预热工艺时的***示意图(并不代表本发明所适用的所用情况)；
其中，1为电炉，2为沉降室，3为绝热烟道，4为第一换热器(熔盐换热器)，5为高温储罐，6为低温储罐、7为第二换热器(蒸汽换热器)，8为发电***，9为灰仓，10为除尘***，11为第三换热器(熔盐烟道)。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的基于熔盐储能的电炉余热回收装置***包括：电炉、沉降室、绝热烟道、熔盐储罐***、第一换热器(熔盐换热器)、第二换热器(蒸汽换热器)、第三换热器(熔盐烟道)、发电***、除尘***、灰仓。
根据不同的电炉工艺，所述电炉烟气出口可与所述沉降室直接相连，也可第三换热器(熔盐烟道)直接相连。
所述沉降室出口通过所述绝热烟道与所述熔盐换热器的烟气入口连接。
所述第一换热器(熔盐换热器)中包括具有较高换热系数的新型间壁式换热面，同时烟气和熔盐采用逆流布置进一步增大换热系数，换热面内采用机械振打装置作为常用清灰装置，激波清灰装置作为辅助清灰装置，以确保受热面清洁，进一步提高熔盐换热器的换热效率。烟气中的灰尘在换热器中被清除后排入所述灰仓。换热后的低温烟气进入除尘***继续除尘合格后排放。
所述熔盐储罐***包含高温熔盐罐、低温熔盐罐、保证高温熔盐能够正常流动的熔盐泵***。低温熔盐储罐通过熔盐泵将低温液态熔盐泵送至所述第一换热器(熔盐换热器)的熔盐介质入口，在第一换热器(熔盐换热器)经过换热后继续被泵送至高温熔盐罐存储能量。若电炉烟气出口与所述熔盐烟道直接连接，则经熔盐换热器后的高温熔盐继续泵送至熔盐烟道，经过换热后返回至高温熔盐罐存储能量。储存能量的高温熔盐通过熔盐泵泵送至所述第二换热器(蒸汽换热器)的高温介质入口，进行换热释放能量。
所述第二换热器(蒸汽换热器)的高温介质入口连接高温熔盐罐，低温介质入口连接所述发电***，给水通过给水泵泵送至蒸汽换热器低温介质，在蒸汽换热器内吸收热量后，变成过热蒸汽进入所述发电***进行发电。发电后的乏汽经冷却后变成给水重新回到蒸汽发生器，如此完成蒸汽-给水***的循环。
实施例1：
基于图1，本发明的具体工作过程为：电炉1炼钢后的废气经过废钢余热过程进入沉降室2，烟气在沉降室2初步除尘后流经绝热烟道3进入熔盐换热器4，熔盐换热器4中的高低温介质采用逆流布置，以保证换热速度。烟气在熔盐换热器4中被急冷降温后流经除尘***10进行进一步除尘，待烟尘含量合格后烟气经烟囱排入大气。烟气流经熔盐换热器4时遗留的烟尘被熔盐换热器的除尘装置除去，沉降进入灰仓9。熔盐储罐***包括高温熔盐罐5、低温熔盐罐6以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵。低温熔盐被低温熔盐泵泵送至熔盐换热器4中吸收烟气热量，吸热后进入高温熔盐储罐5进行热量存储。需要释放能量时，高温熔盐经高温熔盐泵泵送至蒸汽换热器7与发电***8中泵送至熔盐换热器7的给水进行换热，给水吸收热量后蒸发成为高参数的主蒸汽，主蒸汽冲转发电***8中的汽轮机带动发电机进行发电。蒸汽换热器7采用顺流布置以保证换热稳定。发电后的乏汽经发电***8的凝汽器冷却成为冷却水，后经给水泵泵送至蒸汽换热器7完成汽水循环。
实施例2：
基于图2，由于不采用废钢预热工艺，电炉第四孔出口烟气温度较高，为利用此段烟气热量，采用熔盐烟道11连接电炉1及沉降室2。经熔盐加热器加热的高温熔盐继续流经熔盐烟道11，吸热流至高温熔盐储罐5。(其余工作流程同实施例1，如需介绍具体工作流程和***部件请专利机构按照实施例1的方式进行描述)
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于熔盐储能的电炉余热回收方法，其特征在于，所述的方法包括下述的步骤：
炼钢后的废气经初步除尘后通过熔盐储罐***储能换热；
熔盐储罐***储能换热后产生的高温蒸汽通过汽轮机发电。
2.如权利要求1所述的基于熔盐储能的电炉余热回收方法，其特征在于，熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第一换热器的热媒端串接废气除尘后管道上；
第一换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
3.如权利要求1所述的基于熔盐储能的电炉余热回收方法，其特征在于，熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第三换热器和第一换热器的热媒端依次串接废气管道上；
第三换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第一换热器的冷媒出口第三换热器冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
4.一种基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的***包括：熔盐储罐***包括第一换热器、第二换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第一换热器的热媒端串接废气除尘后管道上；
第一换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
5.一种基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的***包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和高温熔盐罐、低温熔盐罐以及供熔盐循环的高、低温熔盐泵；其中，第三换热器和第一换热器的热媒端依次串接废气管道上；
第三换热器的冷媒出口连接高温熔盐罐的进口；
高温熔盐罐的出口连接第二换热器的热媒进口；
第二换热器的热媒出口连接低温熔盐罐的进口；
低温熔盐罐的出口连接第一换热器的冷媒进口；
第一换热器的冷媒出口第三换热器冷媒进口；
第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的高温蒸汽进口；第二换热器的冷媒出口连接在汽轮机组的蒸汽出口。
6.如权利要求4所述的基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的废气是经废钢预热后的废气。
7.如权利要求4或5所述的基于熔盐储能的电炉余热回收***，其特征在于，所述的烟气在第一换热器中被急冷降温后流经除尘***10进行进一步除尘后经烟囱排入大气。
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