CN203132372U - 冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备 - Google Patents

Abstract

冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，包括燃烧沉降室、高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，其特征在于：所述燃烧沉降室顺序连接高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，所述高温除尘器中设置碳钨复合材料滤芯，所述均流换热室安装有换热器，换热器的冷水进口与水泵连接，换热器的热水出口依次接高压级蒸发器、中压级蒸发器、低压级蒸发器，蒸发器一端与工质加压泵连接，另一端与带补汽口有机透平连接，带补汽口有机透平一端与冷凝器连接，另一端与发电机连接，采用R227ea为循环有机工质。本实用新型具有削峰填谷，减小温度的波动幅度，又能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能。

Description

冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备

技术领域

本实用新型涉及一种余热发电设备，特别涉及一种冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，属于烟气除尘及余热发电技术领域。

背景技术

钢铁工业每年消耗大量能源，冶炼过程中产生的高温烟气和设备散热带走了大量能量。由于冶金炉炼钢烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在1200℃左右，粉尘浓度达25g/Nm³，小于5um的灰占粉尘总量的70％以上，粉尘量大，并且粘而细。并且烟气温度剧烈波动，含尘量大，普通水列管余热锅炉很难运用于冶金炉烟气的余热回收。目前，热管换热器已经成功运用到冶金炉的烟气余热回收中，但由于热管的固有缺陷(造价高、不抗冻、不耐高温、使用年限短)，使得热管余热回收装置在钢铁行业的普及还面临很多问题。

由于烟气中含有大量的粉尘，粘而细的粉尘在换热元件上出现积灰、堵塞现象，不仅影响换热效率，造成余热锅炉产汽量不足，更为严重的是由于余热锅炉堵灰，***运行不稳定，造成冶炼生产无法正常进行，被迫停产检修。

同时，由于冶金炉烟气温度波动剧烈，波幅大，余热回收装置就必须设计得足够大，确保高温烟气也能有效冷却。但实际蒸汽产量却远低于余热回收装置的最大蒸发量，出现大马拉小车的局面。这就相对减少了余热回收装置的经济价值，增加了余热回收装置的投资。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，该设备不仅能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，拖动除尘风机，同时可降低烟气的排放温度，得到很好的环保效果，粉尘排放浓度16mg/Nm³。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，包括水冷滑套、燃烧沉降室、高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，其特征在于：所述燃烧沉降室通过管道顺序连接高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，所述高温除尘器中设置有碳钨复合材料滤芯，所述蓄热均温器包括烟气进口、碳锰复合材料蓄热体、激波清灰装置、烟气出口和灰斗，所述碳锰复合材料蓄热体设置于烟气进口和烟气出口之间，所述激波清灰装置分段布置于蓄热体之间，所述均流换热室内安装有翅片管换热器，翅片管换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，翅片管换热器的热水出口接高压级蒸发器的热水进口，高压级蒸发器的冷水出口接中压级蒸发器的热水进口，中压级蒸发器的冷水出口接低压级蒸发器的热水进口，低压级蒸发器的冷水出口接循环水池，循环水池与换热器给水泵连接，构成一个回路，低压级蒸发器的工质进口端与低压级工质加压泵的高压出口端连接，低压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵的进口端连接，中压级工质加压泵的出口端连接中压级蒸发器，中压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵的进口端连接，高压级工质加压泵的出口端连接高压级蒸发器，高压级蒸发器的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平的下部接口通过管道与蜂窝状铜肋板式冷凝器的进气口连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的液相出口通过管道与储液罐连接，储液罐与低压级工质加压泵的低压进口端连接，带补汽口有机透平与三相发电机连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的另一个端部接溴化锂吸收式制冷机，溴化锂吸收式制冷机与循环水泵连接，构成另一个回路。

其进一步特征在于：采用R227ea为循环有机工质。

本实用新型的有益效果是：由于冶金炉烟气温度波动剧烈，烟气温度峰值高，当烟气通过本实用新型的蓄热均温器处理后，烟气温度波动幅度可以大为减少，同时也降低了烟气温度的峰值。经过蓄热均温器的烟气进换热器，由于烟气温度峰值降低，可以使余热发电装置投资减少，烟气温度波动幅度减少，则有利于提高余热发电装置的稳定性，延长使用寿命；同时，由于本实用新型换热器放置在除尘器后，热源烟气含尘量低，设备设计制造时可不予考虑，因此可以将换热核心单元翅片间距设计很小，而且无须卸灰、清灰、输灰设施；余热利用设施体积减小，同时维护量减小，也延长了换热器的使用寿命，粉尘排放浓度更低。

该发电设备与单级单压有机朗肯循环最大的区别在于，该发电设备在有机工质高、中、低蒸发器里采用多级蒸发的措施，利用热水的低温段(进口85℃，出口55℃)加热工质产生低压工质蒸汽，进入有机透平的低压补汽口膨胀做功；利用热水的中温段(进口115℃，出口85℃)加热工质产生中压工质蒸汽，进入有机透平的中压补汽口膨胀做功；利用饱和水蒸汽的高温段(进口175℃，出口115℃)加热工质产生高压工质蒸汽，进入有机透平的高压缸膨胀做功；实现余热流对有机工质的梯级分压加热，这样就在各级受热面中减少了余热流与工质间的传热温差的不均衡性，降低了由于温差传热不可逆损失带来的熵增，其热效率可比单级蒸发有机朗肯循环提高23～28％，降低了烟气的排放温度，降低了投资及运行费用，排放浓度低，可以确保排放粉尘浓度在16mg/Nm³。

本实用新型的优点在于：

1.蓄热均温器可对烟气温度削峰填谷，降低烟气的最高温度、减小烟气温度的波动幅度，缓解烟气温度的骤升骤降，解决热胀冷缩问题；

2.采用多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收电炉烟气的余热，其热效率可比单级蒸发有机朗肯循环提高23～28％；

3.通过溴化锂吸收式制冷机冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求；

4.工质储液罐，可确保工质循环泵连续加压；

5.翅片管换热器不积灰，不堵塞，延长设备的使用寿命；

6.提高余热发电装置效率；

7.减少余热发电装置投资；

8.运行能耗低，净化效果好。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构示意图。

图1中：1.冶金炉，2.水冷滑套，3.燃烧沉降室，4.高温除尘器，5.蓄热均温器，6.烟气进口，7.碳锰复合材料蓄热体，8.灰斗，9.激波清灰装置，10.烟气出口，11.均流换热室，12.翅片管换热器，13.主风机，14.排气筒，15.换热器给水泵，16.循环水池，17.低压级蒸发器，18.中压级蒸发器，19.高压级蒸发器，20.低压级工质加压泵，21.中压级工质加压泵，22.高压级工质加压泵，23.储液罐，24.带补汽口有机透平，25.三相发电机，26.循环水泵，27.蜂窝状铜肋板式冷凝器，28.溴化锂吸收式制冷机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，包括水冷滑套2、燃烧沉降室3、高温除尘器4、蓄热均温器5、均流换热室11、主风机13、排气筒14，其特征在于：所述燃烧沉降室3通过管道顺序连接高温除尘器4、蓄热均温器5、均流换热室11、主风机13、排气筒14，所述高温除尘器4中设置有碳钨复合材料滤芯，所述蓄热均温器5包括烟气进口6、碳锰复合材料蓄热体7、激波清灰装置9、烟气出口10和灰斗8，所述碳锰复合材料蓄热体7设置于烟气进口6和烟气出口10之间，所述激波清灰装置9分段布置于碳锰复合材料蓄热体7之间，所述均流换热室11内安装有翅片管换热器12，翅片管换热器12的冷水进口与换热器给水泵15连接，翅片管换热器12的热水出口接高压级蒸发器19的热水进口，高压级蒸发器19的冷水出口接中压级蒸发器18的热水进口，中压级蒸发器18的冷水出口接低压级蒸发器17的热水进口，低压级蒸发器17的冷水出口接循环水池16，循环水池16与换热器给水泵15连接，构成一个回路，低压级蒸发器17的工质进口端与低压级工质加压泵20的高压出口端连接，低压级蒸发器17的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平24的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵21的进口端连接，中压级工质加压泵21的出口端连接中压级蒸发器18，中压级蒸发器18的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平24的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵22的进口端连接，高压级工质加压泵22的出口端连接高压级蒸发器19，高压级蒸发器19的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平24的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平24的下部接口通过管道与蜂窝状铜肋板式冷凝器27的进气口连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器27的液相出口通过管道与储液罐23连接，储液罐23与低压级工质加压泵20的低压进口端连接，带补汽口有机透平24与三相发电机25连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器27的一个端部法兰接口与循环水泵26连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器27的另一个端部接溴化锂吸收式制冷机28，溴化锂吸收式制冷机28与循环水泵26连接，构成另一个回路。

所述低沸点有机工质为R227ea，三级蒸发，低压级蒸发压力为0.39MPa，中压级蒸发压力为1.11MPa，高压级蒸发压力为1.95MPa，膨胀做功后的工质压力为0.285MPa时，***输出电功率为2500KW，朗肯循环效率为27.3％，***排出的烟气温度为90℃。

采用先除尘后余热发电装置，即先将高温含尘烟气进入碳钨复合材料滤芯除尘器净化，除尘器中的碳钨复合材料滤芯，一般能够承受750℃左右的长期工作温度，最高能承受800℃的高温，且能承受高温大颗粒的冲刷，因此可以直接净化高温烟气，而不需要做任何预处理，净化后的粉尘浓度降至16mg/Nm³成为洁净烟气，余热发电装置不需要处理灰尘的堵塞、清灰等问题。

本实用新型的工作过程：80t/h冶金炉1烟气流量25×10⁴Nm³/h，温度1000℃，含尘浓度35g/Nm³由第四孔排出，经水冷滑套2混入冷风，燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室3；燃烧沉降室3的作用是：降低烟气流速，使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降，并适当混入冷风，最终燃烬一氧化碳气体，调节控制沉降室的烟气温度750℃，由燃烧沉降室3出来的烟气进入高温除尘器4，经除尘后粉尘浓度16mg/Nm³，进入蓄热均温器5，通过蓄热均温器5中碳锰复合材料蓄热体7对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入集气室11中，高温烟气放出热量，完成热交换，温度降至90℃，由主风机13压入排气筒14排入大气，同时，循环水通过换热器给水泵15驱动，进入安装于均流换热室11内的翅片管换热器12中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度175℃，汽水混合物在自然循环力推动下进入高压级蒸发器19中放出热量，温度降至115℃，然后进入中压级蒸发器18中放出热量，水温降至85℃，再进入低压级蒸发器17中放出热量，水温降至55℃，变成低温水，低温水流入循环水池16，开始新一轮循环，同时，经过冷凝的有机工质液体，经过低压级工质加压泵20的驱动，先在低压级蒸发器17中吸收余热载体的热量，变成低压级工质蒸汽，一路经管道进入带补汽口有机透平24的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵21加压后，进入中压级蒸发器18中吸收余热载体的热量，变成中压级工质蒸汽，一路经管道进入带补汽口有机透平24的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵22加压后，进入高压级蒸发器19中吸收余热载体的热量，变成高压级工质蒸汽，经管道进入带补汽口有机透平24的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平24内膨胀做功，并带动三相发电机25发电，***发出的电能为三相交流电，额定电压为380V，可经过调压后并入厂内电网，或直接送给用电设备使用，从带补汽口有机透平24排出的工质蒸汽由蜂窝状铜肋板式冷凝器27冷凝为饱和液体，进入储液罐23，储液罐23可确保低压级工质加压泵20连续加压，再由低压级工质加压泵20将工质液体加压后送入低压级蒸发器17中，开始新一轮循环，从蜂窝状铜肋板式冷凝器27出来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机28冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求，经循环水泵26送入蜂窝状铜肋板式冷凝器27中，开始新一轮循环。

由于蓄热均温器5可对烟气温度削峰填谷，降低烟气的最高温度、减小烟气温度的波动幅度，缓解烟气温度的骤升骤降，因而可减少余热发电装置的投资，提高余热发电装置的稳定性，并可安全地配置各类余热发电设备。

该设备的最大特点是采用先除尘后多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收冶金炉烟气的余热。

以80t/h冶金炉余热发电及除尘工艺为例，本实用新型装置与常规装置比较，说明如下：

注：按年工作330日计算。

由此可见，本实用新型烟尘排放浓度低，装置投资低、运行能耗低，净化效果好。

本实用新型可最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，可在单级蒸发有机朗肯循环热效率的基础上提高23～28％，降低了烟气的排放温度，减少了热污染，达到好的环保效果。

Claims (2)

1.冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，包括水冷滑套、燃烧沉降室、高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，其特征在于：所述燃烧沉降室通过管道顺序连接高温除尘器、蓄热均温器、均流换热室、主风机、排气筒，所述高温除尘器中设置有碳钨复合材料滤芯，所述蓄热均温器包括烟气进口、碳锰复合材料蓄热体、激波清灰装置、烟气出口和灰斗，所述碳锰复合材料蓄热体设置于烟气进口和烟气出口之间，所述激波清灰装置分段布置于蓄热体之间，所述均流换热室内安装有翅片管换热器，翅片管换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，翅片管换热器的热水出口接高压级蒸发器的热水进口，高压级蒸发器的冷水出口接中压级蒸发器的热水进口，中压级蒸发器的冷水出口接低压级蒸发器的热水进口，低压级蒸发器的冷水出口接循环水池，循环水池与换热器给水泵连接，构成一个回路，低压级蒸发器的工质进口端与低压级工质加压泵的高压出口端连接，低压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵的进口端连接，中压级工质加压泵的出口端连接中压级蒸发器，中压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵的进口端连接，高压级工质加压泵的出口端连接高压级蒸发器，高压级蒸发器的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平的下部接口通过管道与蜂窝状铜肋板式冷凝器的进气口连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的液相出口通过管道与储液罐连接，储液罐与低压级工质加压泵的低压进口端连接，带补汽口有机透平与三相发电机连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，蜂窝状铜肋板式冷凝器的另一个端部接溴化锂吸收式制冷机，溴化锂吸收式制冷机与循环水泵连接，构成另一个回路。

2.根据权利要求1所述的冶金炉高含尘烟气有机朗肯余热发电专用设备，其特征在于：采用R227ea为循环有机工质。

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