專利名稱：煙氣余熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及余熱回收領(lǐng)域，特別涉及一種能夠提高煙道中煙氣的能量回收效率的 煙氣余熱回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及環(huán)保要求的提高，越來越多的燃油燃?xì)忮仩t投入使用。 冶金行業(yè)、有色行業(yè)和機械加工行業(yè)的加熱爐、熱處理爐，其進入煙 的煙氣溫度通常在 700°C以上，該煙氣經(jīng)過簡單的處理之后，即排放到大氣中，從而大量的熱能隨煙氣排放而 白白浪費，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)有的鍋爐的熱利用率通常只有20%-30%，而煙氣帶走的熱量通常達 到30%-60%，甚至更多。國家新出臺的節(jié)能政策和標(biāo)準(zhǔn)對節(jié)能提出了新的要求。由于油 氣資源的日趨緊張以及用戶的燃料費用大幅提高，提高鍋爐的效率日趨迫切。為了提高能源的利用效率，在現(xiàn)有的常規(guī)比例燃燒的加熱爐的煙道中，通常其中 設(shè)置有空氣換熱器，以利用進入煙囪的煙氣的溫度通過所述空氣換熱器進行換熱，但是由 于空氣換熱的局限性，利用空氣換熱器所帶來的熱交換效率仍然很低。且通過空氣換熱器 進行換熱之后，煙道中經(jīng)過換熱之后的煙氣的溫度仍然達到350°C以上。而現(xiàn)有的蓄熱燃燒 的加熱爐煙氣約有30%直接進入煙道由煙囪排掉，排出的煙氣溫度在700°C以上。大部分 熱處理爐煙道內(nèi)沒有空氣換熱器，也沒有煤氣換熱器。此外，針對350°C左右的煙氣的能量的回收，現(xiàn)有的設(shè)備通常比較復(fù)雜，且難于用 于產(chǎn)生高溫蒸汽，以用于通過渦輪機進行發(fā)電，因為該渦輪機適用于大型發(fā)電機組，據(jù)資料 介紹，最小功率在750kw以上且效率較低且對高溫蒸汽的純度以及壓力要求極為嚴(yán)格，而 現(xiàn)有的350度左右的溫度煙氣是難于滿足該要求。至今，對于溫度在350°C左右的煙道煙氣 通常采用直接排放的方式，極大地浪費了能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決煙氣余熱回收效率 低、利用范圍有限，特別是對非高溫?zé)煔?例如350-1000°C )的能量回收效率有限的問題。為達到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種煙氣余熱回收系統(tǒng)，包括煙道；設(shè)置在 煙道內(nèi)的至少一個熱回收裝置，液體換熱工質(zhì)從煙道外被供給至所述熱回收裝置；與所述 熱回收裝置連通的工質(zhì)輸送管網(wǎng)，以輸出換熱后的工質(zhì)用于進行發(fā)電，其中流入所述熱回 收裝置內(nèi)的工質(zhì)的壓力控制成、使得流出所述換熱裝置的煙氣的溫度為140°C至220°C之 間。根據(jù)本發(fā)明實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，回收效率高、不會對環(huán)境造成二次污染， 特別是針對現(xiàn)有的350°C以上的排放的煙氣，提供了良好的回收性能，提高了熱利用率。根據(jù)本發(fā)明實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，還可以具有如下附加技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述煙道內(nèi)設(shè)置有多排并置 的熱回收裝置。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，液體換熱工質(zhì)從煙道外被循 環(huán)供給至所述熱回收裝置。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述熱回收裝置形成為余熱 鍋爐。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述余熱鍋爐的熱管被形成
為直管。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述熱管橫貫所述煙道的截面。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述熱管的一部分相對于所 述煙道方向以預(yù)定的角度設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，還進一步包括螺桿膨脹機，所述螺 桿膨脹機連接至所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)的輸出口，以進行發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述螺桿膨脹機包括并排設(shè) 置的至少兩個螺桿，所述螺桿可被工質(zhì)推動做功，以進行發(fā)電。由于所述螺桿相對于彼此匹配，且可以利用氣液混合體來做功，從而提供了一種 低成本發(fā)電的系統(tǒng)。此外，由于螺桿之間的相對轉(zhuǎn)動，從而不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的汽輪機中存在的 結(jié)垢等問題，從而降低了整個系統(tǒng)的維護成本和工質(zhì)的生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，還進一步包括外部工質(zhì)接入點，以 向所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)輸入額外的工作工質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，還進一步包括工質(zhì)外送接點，以將 所述系統(tǒng)內(nèi)流動的工質(zhì)部分或者全部排放至所述煙氣余熱回收系統(tǒng)的外部。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其中，所述工質(zhì)的壓力為不大于 2. 45MPa。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，進一步包括空氣換熱器或者煤氣 換熱器，所述換熱器設(shè)置在煙道內(nèi)，用于將煙氣的溫度降低至350-550°C。本發(fā)明附加的方 面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的 實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明實施例中的螺桿膨脹機的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明主要在 于提出了一種煙氣余熱回收系統(tǒng)100。所述煙氣余熱回收系統(tǒng)100包括煙道ι ；設(shè)置在煙道1內(nèi)的至少一個熱回收裝置2，例如水的液體換熱工質(zhì)從煙道1外被供給至所述熱回收裝置2 ；與所述熱回收裝置1連通的工質(zhì)輸送管網(wǎng)5，以輸出換熱后的 工質(zhì)，其中流入所述熱回收裝置2內(nèi)的工質(zhì)的壓力控制成、使得流出所述煙道之外煙氣的 溫度為140°C至220°C之間。在煙道中，煙氣的溫度還受到硫腐蝕的限制，硫在煙氣中以SO2* SO3的形式存在， 在煙氣露點以下SO2和SO3會與煙氣中的水蒸氣結(jié)合成亞硫酸和硫酸腐蝕設(shè)備的金屬件。 煙氣的露點溫度受燃料硫分、燃燒方式、燃燒強度、煙塵性質(zhì)等影響，但只要將余熱回收后 的煙氣溫度控制在140至220°C左右就能有效控制硫腐蝕。根據(jù)本發(fā)明實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)100，對煙氣余熱進行了進一步回收，進 一步提高了余熱的回收效率，且不會對環(huán)境造成二次污染，特別是針對現(xiàn)有的煙道1內(nèi)、 350°C以上排放的煙氣，提供了良好的回收性能，提高了熱利用率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述煙氣余熱回收系統(tǒng)100進一步包括空氣換熱器7， 所述空氣換熱器7設(shè)置在煙道1內(nèi)，用于將煙氣的溫度降低至350-550°C。需要說明的是， 所述煙道1中不僅可以設(shè)置空氣換熱器，也可以設(shè)置煤氣換熱器。此外，此部分熱量直接用 于加熱爐、熱處理爐本身以提高其本身的熱效率。如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述煙道1內(nèi)可以設(shè)置有多排并置的熱回 收裝置2，以進一步增強系統(tǒng)的換熱效率和性能。例如水的液體換熱工質(zhì)可以從煙道1外可 以被循環(huán)供給至所述熱回收裝置2，從而提高整個系統(tǒng)的工質(zhì)循環(huán)效率，并降低整個系統(tǒng)的 運行成本。根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述熱回收裝置2形成為余熱鍋爐。而根據(jù)本發(fā)明一個 優(yōu)選實施例，所述熱回收裝置2形成為熱管式余熱鍋爐。由于熱管占用空間少，煙氣阻力損 失小，可單根更換等優(yōu)點，故而優(yōu)選。此外，熱管具有自動的溫度開關(guān)功能，能夠準(zhǔn)確的控制 煙氣溫度，沒有溫差時，所述熱管不發(fā)生傳熱，在有溫差時，所述熱管自動地將煙氣中的熱 與熱管內(nèi)的工質(zhì)進行熱交換。所述余熱鍋爐的熱管被形成為直管，從而盡可能地增大與煙 道內(nèi)煙氣的接觸面積，從而增加換熱效率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述熱管橫貫所述煙 道1的截面而設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述熱管的一部分相對于所述煙道的煙氣 流動方向以預(yù)定的角度設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)100，所述熱管可以橫貫所述煙道的 截面。例如水的換熱工質(zhì)通過所述熱管與煙道1內(nèi)的煙氣進行換熱，以變成升溫之后的氣 態(tài)、液態(tài)或者氣液混合態(tài)工質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)100，所述熱管的一部分相對于所述 煙道的煙氣流動方向以預(yù)定的角度設(shè)置，以使熱管與煙道1內(nèi)的煙氣進行充分換熱。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)100，可以進一步包括螺桿膨脹機 4，所述螺桿膨脹機4連接至所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)5的輸出口，從而利用升溫之后的氣態(tài)、液態(tài) 或者氣液混合態(tài)工質(zhì)進行發(fā)電。所述螺桿膨脹機4可以包括第一螺桿41 ；與第一螺桿41并排的第二螺桿42，所 述第一螺桿41和第二螺桿42可被工質(zhì)推動做功，以進行發(fā)電。需要說明的是，所述螺桿膨 脹機4可以包括至少兩個螺桿，例如在工質(zhì)流量大時，可以并排設(shè)置2個或以上螺桿發(fā)電機組。
所述第一螺桿41、第二螺桿42可以形成為彼此匹配的陰陽螺桿。由于所述螺桿相 對于彼此匹配，且可以利用氣液混合體來做功，從而提供了一種低成本發(fā)電的系統(tǒng)。此外， 由于螺桿41、42之間的相對轉(zhuǎn)動，從而不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的汽輪機中存在的結(jié)垢等問題，從而 降低了整個系統(tǒng)的維護成本。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的煙氣余熱回收系統(tǒng)，還進一步包括外部工質(zhì)接入點3， 以向所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)5輸入額外的工作工質(zhì)。據(jù)此，可以實現(xiàn)在余熱鍋爐所輸送的工作 工質(zhì)不足的情況下，額外地向所述系統(tǒng)中供給工作工質(zhì)，從而保證螺桿膨脹機4的正常運 行。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，所述煙氣余熱回收系統(tǒng)100可以進一步包括工質(zhì)外 送接點6，以將所述系統(tǒng)100內(nèi)流動的工質(zhì)部分或全部排放至所述煙氣余熱回收系統(tǒng)的外 部，這通常在整個系統(tǒng)需要進行維護、檢修等非常態(tài)的情況下進行。當(dāng)外送接點6的另一側(cè) 連接其它管網(wǎng)系統(tǒng)時，則通過外送接點6也可以將工質(zhì)全部外送，此時發(fā)電裝置和相關(guān)的 接入點則沒有必要配置。根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述工質(zhì)的壓力可以設(shè)置為不大于2. 45MPa,由此可以保 證所述煙道之外煙氣的溫度為140°C至220°C之間。流出煙道1之外的煙氣的溫度優(yōu)選不小于140°C，這是因為在低于140°C的情況 下，煙氣中的S會變成硫酸對煙道造成腐蝕，并提高維護成本。在煙道中，煙氣的溫度還受 到硫腐蝕的限制，硫在煙氣中以SO2和SO3的形式存在，在煙氣露點以下SO2和SO3會與煙氣 中的水蒸氣結(jié)合成亞硫酸和硫酸腐蝕設(shè)備的金屬件。煙氣的露點溫度受燃料硫分、燃燒方 式、燃燒強度、煙塵性質(zhì)等影響，但只要將余熱回收后的煙氣溫度控制在140至220°C左右 就能有效控制硫腐蝕。在煙道1中并排設(shè)置有多個熱回收裝置2可以彼此相鄰設(shè)置，也可以彼此分開設(shè) 置，以提高整個煙氣的能量回收效率。所述熱回收裝置2中的液態(tài)工質(zhì)在該裝置中吸收煙 氣的熱量而變成具有一定溫度壓力的汽液混合物或蒸汽的工質(zhì)，從熱回收裝置2出來的工 質(zhì)有以下路徑可以選擇A)在本發(fā)明實施例的一個示例中，經(jīng)過工質(zhì)輸送管網(wǎng)5送入發(fā)電裝置4中進行發(fā) 電。而在另一個示例中，通過外部工質(zhì)接入點3將外部工質(zhì)接入發(fā)電裝置4中，在內(nèi)部工質(zhì) 和外部工質(zhì)的共同作用下進行發(fā)電；B)在本發(fā)明實施例的一個示例中，通過工質(zhì)外送接點6將工質(zhì)部分或全部送入其 他能源系統(tǒng)；未被外送的部分工質(zhì)用于送螺桿膨脹機進行發(fā)電。C)在本發(fā)明實施例的一個示例中，當(dāng)設(shè)備處于檢修等非常態(tài)的情況下，通過工質(zhì) 外送接點6將工質(zhì)直接發(fā)散到大氣中。煙氣在通過熱回收裝置2后溫度大幅降低，以600°C的煙氣為例，根據(jù)本發(fā)明煙氣 的排放溫度可以控制在140°C左右，大約75%的熱能被熱回收裝置2回收。140°C左右的煙 氣可以采用機械排煙的方式進行排煙。由此可見，整個系統(tǒng)的熱回收效率非常高。下面參照圖2來描述螺桿膨脹機4的工作原理。如圖2所示，升溫之后的液態(tài)或者氣液混合態(tài)工質(zhì)先進入螺桿齒槽A，推動第一、 第二螺桿41、42這兩個陰陽螺桿向相反方向轉(zhuǎn)動，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，蒸汽降壓降溫膨脹作 功，最后從齒槽B排出，并可以循環(huán)系統(tǒng)，以提供給所述煙氣余熱回收系統(tǒng)100，而升溫之后的液態(tài)或者氣液混合態(tài)工質(zhì)所做的功率從第一、第二螺桿41、42中陽螺桿輸出，從而驅(qū)動 工作機械來進行發(fā)電等。
螺桿膨脹機的內(nèi)效率最高可達70%，效率大于同容量的汽輪機內(nèi)效率。而機器尺 寸越大，效率越高。螺桿膨脹機可直接利用飽和蒸汽、濕蒸汽甚至熱水。其結(jié)構(gòu)簡單，加工 容易，在運行過程中，由于機內(nèi)部件的相互掃刮作用而具有除銹自潔能力。該結(jié)構(gòu)的螺桿膨 脹機具有效率高、成本低、不會發(fā)生喘振、對濕蒸汽有良好的適應(yīng)能力、能進行重負(fù)荷啟動、 軸封效果好、壽命長等特點。本發(fā)明實施例通過使用螺桿膨脹機，通過螺桿與螺桿、螺桿與機殼的相對運動，限 制了污垢的生長，未能除去的剩余污垢可起到減小間隙的作用，可降低泄漏損失，能夠進一 步提高機組的效率，且即便在工作介質(zhì)壓力大幅變動時，內(nèi)效率也幾乎不改變。本發(fā)明實施 例通過應(yīng)用螺桿膨脹機，可以回收汽輪機熱力循環(huán)中無法利用的余熱能量，并能將其轉(zhuǎn)換 為電能，減少了煙氣余熱的損失，提高了經(jīng)濟性。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
一種煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括煙道；設(shè)置在煙道內(nèi)的至少一個熱回收裝置，液體換熱工質(zhì)從煙道外被供給至所述熱回收裝置；與所述熱回收裝置連通的工質(zhì)輸送管網(wǎng)，以輸出換熱后的工質(zhì)，其中流入所述熱回收裝置內(nèi)的工質(zhì)的壓力控制成、使得流出所述煙道之外煙氣的溫度為140℃至220℃之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述煙道內(nèi)設(shè)置有多排并 置的熱回收裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，液體換熱工質(zhì)從煙道外被 循環(huán)供給至所述熱回收裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收裝置形成為余 熱鍋爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱鍋爐為熱管式余 熱鍋爐，其中所述余熱鍋爐的熱管被形成為直管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管橫貫所述煙道的 截面而設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管的一部分相對于 所述煙道的煙氣流動方向以預(yù)定的角度設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，進一步包括螺桿膨脹機，所述螺桿膨脹機連接至所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)的輸出口，以進行發(fā)電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述螺桿膨脹機包括 并排設(shè)置的至少兩個螺桿，所述螺桿可被工質(zhì)推動做功，以進行發(fā)電。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，進一步包括 外部工質(zhì)接入點，以向所述工質(zhì)輸送管網(wǎng)輸入額外的工作工質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，進一步包括工質(zhì)外送接點，以將所述系統(tǒng)內(nèi)流動的工質(zhì)部分或全部排放至所述煙氣余熱回收系統(tǒng) 的外部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述工質(zhì)的壓力為不大于 2. 45MPa。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收系統(tǒng)，進一步包括空氣換熱器或者煤氣換熱器，所述換熱器設(shè)置在煙道內(nèi)，用于將煙氣的溫度降低至 350-550 O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙氣余熱回收系統(tǒng)，包括煙道；設(shè)置在煙道內(nèi)的至少一個熱回收裝置，液體換熱工質(zhì)從煙道外被供給至所述熱回收裝置；與所述熱回收裝置連通的工質(zhì)輸送管網(wǎng)，以輸出換熱后的工質(zhì)，其中流入所述熱回收裝置內(nèi)的工質(zhì)的壓力控制成、使得流出所述煙道之外煙氣的溫度為140℃至220℃之間。根據(jù)本發(fā)明的煙氣余熱回收系統(tǒng)，回收效率高、不會對環(huán)境造成二次污染。
文檔編號F01D15/10GK101865610SQ201010209029
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者寇軍 申請人:寇軍