一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，由燒結(jié)過程間歇性熱源、蓄熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)組成。燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣經(jīng)并聯(lián)連接后組成燒結(jié)過程間歇性熱源；燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣經(jīng)除塵之后將熱量通過煙氣余能利用換熱器傳遞給蓄熱裝置，燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣從煙氣余能利用換熱器出來后溫度降低，用于燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火；蓄熱系統(tǒng)中包含輔助加熱器，蓄熱系統(tǒng)通過蒸發(fā)器將熱量傳遞給有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，有機(jī)工質(zhì)在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹做功帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明能夠有效解決燒結(jié)過程熱源溫度低及間歇性余能利用難度大的問題，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)過程間歇性余能資源分級回收與梯級利用。
【專利說明】
一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵廠余能發(fā)電技術(shù)和節(jié)能減排領(lǐng)域，特別涉及一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì):在2000年到2009年間，我國生鐵產(chǎn)量以每年18.5%的平均速度增長。到2010年，我國產(chǎn)鋼6.27億噸，占世界鋼產(chǎn)量的44.3%，到2013年，我國鋼產(chǎn)量達(dá)到了 7.17億噸，繼續(xù)占據(jù)世界第一位。鋼鐵生產(chǎn)消耗了大量的能源和載能工質(zhì)，其能耗占我們國民經(jīng)濟(jì)總能耗的15%左右，其中“鐵前”工序(包括燒結(jié)/球團(tuán)和焦化等工序)能耗約占所有工序總能耗的26 %，僅次于煉鐵工序(占總能耗的64 % )。因此，燒結(jié)/球團(tuán)工藝的節(jié)能降耗在整個鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗中具有重要意義。在燒結(jié)工序中，有50%的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣帶走(其中燒結(jié)機(jī)主煙道煙氣余能占整個燒結(jié)工序能耗的13%-23%，環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣余能占燒結(jié)工序能耗的19%-35%)。因此，合理利用燒結(jié)過程煙氣和冷卻過程廢氣對整個鋼鐵生產(chǎn)過程來說至關(guān)重要。目前，燒結(jié)工藝余能回收利用主要有三種方式:一是經(jīng)過凈化后作為燒結(jié)過程點(diǎn)火的助燃空氣或用于預(yù)熱燒結(jié)混合料，以降低燃耗;二是通過熱管裝置或者余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠蒸汽管網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐;三是通入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，其發(fā)電機(jī)組按余熱鍋爐的形式可分為四種，即:單壓余熱發(fā)電、雙壓余熱發(fā)電、閃蒸余熱發(fā)電和補(bǔ)燃余熱發(fā)電。而現(xiàn)實(shí)中我國燒結(jié)工序余能利用率還不足30%。燒結(jié)過程由于其固有特點(diǎn)，其余能利用主要有以下兩個難點(diǎn):
[0003](I)熱源溫度低。燒結(jié)過程的煙氣及冷卻廢氣流量很大，但傳統(tǒng)意義上150°C以下的低溫段和部分中溫段余能沒有利用價值，而且還要受到燒結(jié)機(jī)落礦溫度和環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率的影響，導(dǎo)致可利用的余能資源屬于中低溫余能，質(zhì)量不高且回收難度大。
[0004](2)熱源不穩(wěn)定。目前，回收燒結(jié)過程余能主要采用水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電系統(tǒng)對主蒸汽的品質(zhì)要求很嚴(yán)，而燒結(jié)過程熱力系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，廢氣溫度波動范圍在±100°C以上，具有間歇性特征，造成主蒸汽溫度的波動超標(biāo)，迫使余能電站頻繁停機(jī)，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和壽命。
[0005]基于以上原因，應(yīng)當(dāng)設(shè)法提高燒結(jié)余能資源的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的回收效率，然而現(xiàn)有的燒結(jié)余能利用系統(tǒng)中，汽輪機(jī)對于發(fā)電機(jī)組的熱源穩(wěn)定性有很高的要求，若溫度無法達(dá)到要求則會直接威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。另外，熱源的中斷也會造成機(jī)組的頻繁甩爐，嚴(yán)重影響到發(fā)電設(shè)備的使用壽命。鑒于燒結(jié)過程余能利用的兩大難點(diǎn)，有必要重新設(shè)計(jì)余能利用系統(tǒng)，提高系統(tǒng)對于燒結(jié)過程間歇性余能的適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種回收燒結(jié)過程間歇性余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，通過蓄熱裝置將燒結(jié)過程間歇性熱源的熱量傳遞給有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，對燒結(jié)過程余能有更好的利用。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]整個系統(tǒng)包括燒結(jié)過程間歇性熱源、蓄熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具體包括燒結(jié)機(jī)、環(huán)冷機(jī)、除塵器、燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火、煙氣余能利用換熱器、蓄熱裝置、輔助加熱器、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、回?zé)崞鳌⒗淠骱驮鰤豪?燒結(jié)過程間歇性熱源包括燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的煙氣和環(huán)冷機(jī)產(chǎn)生的冷卻廢氣;燒結(jié)機(jī)和環(huán)冷機(jī)通入除塵器之后連接至煙氣余能利用換熱器的煙氣側(cè)進(jìn)口，煙氣余能利用換熱器的煙氣側(cè)出口連接至燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火;煙氣余能利用換熱器的水側(cè)出口連接至蓄熱裝置的進(jìn)口，煙氣余能利用換熱器的水側(cè)進(jìn)口連接至蓄熱裝置的出口；蓄熱系統(tǒng)中，蓄熱裝置的出口通入輔助加熱器后連接至蒸發(fā)器的進(jìn)口；有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，膨脹機(jī)的出口連接至回?zé)崞鞲邷貍?cè)的入口，回?zé)崞鞲邷貍?cè)的出口連接至冷凝器的入口，增壓栗的出口連接至回?zé)崞鞯蜏貍?cè)的進(jìn)口，回?zé)崞鞯蜏貍?cè)的出口連接至蒸發(fā)器的進(jìn)口。
[0009]燒結(jié)機(jī)和環(huán)冷機(jī)通過并聯(lián)的形式連接。
[0010]蓄熱裝置采用顯熱蓄熱或潛熱蓄熱。
[0011]煙氣余能利用換熱器采用強(qiáng)化換熱管作為傳熱元件，燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣連接至強(qiáng)化換熱管外側(cè)，水連接至強(qiáng)化換熱管內(nèi)側(cè)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)低，與常規(guī)的水蒸汽朗肯循環(huán)相比具有系統(tǒng)簡單緊湊、轉(zhuǎn)速低、效率高、耐低溫、循環(huán)壓力高，在膨脹機(jī)膨脹過程中工質(zhì)不會進(jìn)入兩相區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。
[0014](2)本發(fā)明的蓄熱系統(tǒng)可有效解決燒結(jié)過程間歇性余能利用難度大的問題。當(dāng)燒結(jié)機(jī)煙氣與環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣提供的能量大于有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷量時，即燒結(jié)過程熱源提供的熱量足夠供給負(fù)荷，還有能量結(jié)余，這部分剩余的能量就以熱能的形式儲存在蓄熱裝置中，此時蓄熱裝置的出口介質(zhì)溫度不斷增大，其負(fù)載能量也增大;反之，當(dāng)燒結(jié)過程熱源由于故障停機(jī)或計(jì)劃停機(jī)停止供應(yīng)能量時，蓄熱裝置溫度會逐漸減小，此時整個有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的能量將由蓄熱裝置供應(yīng)能量;在極端條件下，燒結(jié)過程間歇性熱源長時間中斷后，蓄熱裝置中介質(zhì)的溫度低于參考值，此時蓄熱系統(tǒng)中的輔助加熱器還可以解決極端條件下熱源熱量不足的問題，也可避免因熱源的中斷而造成機(jī)組的頻繁甩爐。因此，本發(fā)明的蓄熱系統(tǒng)可保證整個系統(tǒng)持續(xù)正常運(yùn)行。
[0015](3)本發(fā)明的余能利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)過程間歇性余能資源分級回收與梯級利用。燒結(jié)機(jī)煙氣和環(huán)冷機(jī)冷卻廢氣將能量傳遞給煙氣余能利用換熱器后，其溫度還較高，因此根據(jù)余能梯級利用的原則，通入燒結(jié)機(jī)機(jī)頭給燒結(jié)原料預(yù)熱，或者通入點(diǎn)火器實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)點(diǎn)火，以上兩種措施都可以有效降低燃料消耗，這種利用方式使得燒結(jié)過程綜合余能利用率顯著提升。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的效果分析圖。
[0018]其中:1_燒結(jié)機(jī)，2-環(huán)冷機(jī)，3-除塵器，4-燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火，5-煙氣余能利用換熱器，6-蓄熱裝置，7-輔助加熱器，8-蒸發(fā)器，9-膨脹機(jī)，10-發(fā)電機(jī)，11-回?zé)崞鳎?2-冷凝器，13-增壓栗。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0020]參照圖1所示，本發(fā)明提出一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燒結(jié)機(jī)1、環(huán)冷機(jī)2、除塵器3、燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火4、煙氣余能利用換熱器5、蓄熱裝置6、輔助加熱器7、蒸發(fā)器8、膨脹機(jī)9、發(fā)電機(jī)10、回?zé)崞?1、冷凝器12和增壓栗13。其中燒結(jié)機(jī)I產(chǎn)生的煙氣和環(huán)冷機(jī)2產(chǎn)生的冷卻廢氣通過并聯(lián)的形式連接后，經(jīng)過除塵器3除塵之后將熱量通過煙氣余能利用換熱器5傳遞給蓄熱裝置6，蓄熱裝置6采用顯熱蓄熱或潛熱蓄熱;燒結(jié)機(jī)I產(chǎn)生的煙氣和環(huán)冷機(jī)2產(chǎn)生的冷卻廢氣從煙氣余能利用換熱器5出來之后溫度降低，用于燒結(jié)機(jī)I上燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火4;蓄熱系統(tǒng)中包含輔助加熱器7，用來解決極端條件下熱源熱量供應(yīng)不足的問題;蓄熱裝置6通過蒸發(fā)器8將熱量傳遞給有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器8、膨脹機(jī)9、發(fā)電機(jī)10、回?zé)崞?br>11、冷凝器12和增壓栗13等組成，蓄熱裝置6中的介質(zhì)在蒸發(fā)器8中將有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)成膨脹機(jī)9的入口狀態(tài)，有機(jī)工質(zhì)在膨脹機(jī)9進(jìn)口處于過熱蒸汽狀態(tài)，有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)9膨脹做功帶動發(fā)電機(jī)10發(fā)電，有機(jī)工質(zhì)膨脹后排氣進(jìn)入回?zé)崞?1，用于減少蒸發(fā)器8的加熱負(fù)荷和冷凝器12的冷卻負(fù)荷，在冷凝器12中，有機(jī)工質(zhì)被冷凝為凝結(jié)壓力下的液體，再被增壓栗13加壓到蒸發(fā)壓力下的過冷液體狀態(tài)，經(jīng)過回?zé)崞?1后進(jìn)入蒸發(fā)器8加熱;煙氣余能利用換熱器5采用強(qiáng)化換熱管作為傳熱元件，燒結(jié)機(jī)I煙氣和環(huán)冷機(jī)2冷卻廢氣流經(jīng)強(qiáng)化換熱管外側(cè)，水流經(jīng)其強(qiáng)化換熱管內(nèi)側(cè)吸收燒結(jié)機(jī)I產(chǎn)生的煙氣和環(huán)冷機(jī)2產(chǎn)生的冷卻廢氣的熱量，水溫升高的同時使燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣溫度下降，用于熱風(fēng)點(diǎn)火和燒結(jié)料預(yù)熱5。
[0021 ]本發(fā)明中低沸點(diǎn)工質(zhì)為R245fa和R123等熱力學(xué)性能、環(huán)保性和安全性較好的有機(jī)工質(zhì)，有機(jī)工質(zhì)在膨脹機(jī)9進(jìn)口處于過熱蒸汽狀態(tài)，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱效率相比常規(guī)的水蒸汽朗肯循環(huán)系統(tǒng)較高。
[0022]圖2所示為本發(fā)明中回收燒結(jié)過程間歇性余能的有效輸出能量、蓄熱裝置6的溫度和有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載能量的變化趨勢。圖中方形點(diǎn)表示燒結(jié)過程余能的有效輸出能量，圓形點(diǎn)表示有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載能量，三角形點(diǎn)表示蓄熱裝置6內(nèi)介質(zhì)的溫度。當(dāng)燒結(jié)過程熱源提供的有效能量大于有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷量時，即燒結(jié)過程熱源提供的熱量足夠供給負(fù)荷，還有能量結(jié)余。這部分剩余的能量就以熱能的形式儲存在蓄熱裝置6中，此時蓄熱裝置6的出口介質(zhì)溫度不斷增大，其負(fù)載能量也增大;反之，當(dāng)燒結(jié)過程熱源停止供應(yīng)能量時，則蓄熱裝置6溫度會逐漸減小，此時整個有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的能量將由蓄熱裝置6中的能量供應(yīng)，可知蓄熱裝置6在燒結(jié)熱源停止供應(yīng)若干小時后仍然可以為有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供有效運(yùn)轉(zhuǎn)能量，蓄熱作用明顯;在極端條件下，燒結(jié)過程間歇性熱源長時間中斷后，蓄熱裝置6中介質(zhì)的溫度低于參考值，此時蓄熱系統(tǒng)中的輔助加熱器7還可以解決極端條件下熱源熱量不足的問題，也可避免因熱源的中斷而造成機(jī)組的頻繁甩爐。這說明本發(fā)明所述回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在燒結(jié)機(jī)I停機(jī)時可保證有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，可有效解決現(xiàn)存燒結(jié)余能利用中所存在的熱源溫度低與熱源不穩(wěn)定的難題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種回收燒結(jié)過程余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:整個系統(tǒng)包括燒結(jié)過程間歇性熱源、蓄熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具體包括燒結(jié)機(jī)(1)、環(huán)冷機(jī)(2)、除塵器(3)、燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火(4)、煙氣余能利用換熱器(5)、蓄熱裝置(6)、輔助加熱器(7)、蒸發(fā)器(8)、膨脹機(jī)(9)、發(fā)電機(jī)(10)、回?zé)崞?11)、冷凝器(12)和增壓栗(13);燒結(jié)過程間歇性熱源包括燒結(jié)機(jī)(I)產(chǎn)生的煙氣和環(huán)冷機(jī)(2)產(chǎn)生的冷卻廢氣;燒結(jié)機(jī)(I)和環(huán)冷機(jī)(2)通入除塵器(3)之后連接至煙氣余能利用換熱器(5)的煙氣側(cè)進(jìn)口，煙氣余能利用換熱器(5)的煙氣側(cè)出口連接至燒結(jié)料預(yù)熱和熱風(fēng)點(diǎn)火(4);煙氣余能利用換熱器(5)的水側(cè)出口連接至蓄熱裝置(6)的進(jìn)口，煙氣余能利用換熱器(5)的水側(cè)進(jìn)口連接至蓄熱裝置(6)的出口；蓄熱系統(tǒng)中，蓄熱裝置(6)的出口通入輔助加熱器(7)后連接至蒸發(fā)器(8)的進(jìn)口；有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，膨脹機(jī)(9)的出口連接至回?zé)崞?11)高溫側(cè)的入口，回?zé)崞?11)高溫側(cè)的出口連接至冷凝器(12)的入口，增壓栗(13)的出口連接至回?zé)崞?11)低溫側(cè)的進(jìn)口，回?zé)崞?11)低溫側(cè)的出口連接至蒸發(fā)器(8)的進(jìn)口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收燒結(jié)過程間歇性余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:燒結(jié)機(jī)(I)和環(huán)冷機(jī)(2)通過并聯(lián)的形式連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收燒結(jié)過程間歇性余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:蓄熱裝置(6)采用顯熱蓄熱或潛熱蓄熱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收燒結(jié)過程間歇性余能的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:煙氣余能利用換熱器(5)采用強(qiáng)化換熱管作為傳熱元件，燒結(jié)機(jī)(I)煙氣和環(huán)冷機(jī)(2)冷卻廢氣連接至強(qiáng)化換熱管外側(cè)，水連接至強(qiáng)化換熱管內(nèi)側(cè)。
【文檔編號】F27D17/00GK105928372SQ201610243059
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】王秋旺, 劉衍, 楊劍, 王晶鈺, 程志龍
【申請人】西安交通大學(xué)