專利名稱：軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱能回收系統(tǒng)，尤其是一種軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎 肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)余熱利用，是工業(yè)節(jié)能的重要方面，可以看作是工業(yè)二次能源的開發(fā)利用。從 現(xiàn)代熱物理學(xué)的觀點(diǎn)來看，同樣多的熱量，在不同的溫度下可供利用的價值不同。余熱源的 溫度越低，余熱的品位就愈低。工業(yè)煙氣余熱可根據(jù)它所具有的溫度來分類，一般可分為三 類(1)高溫?zé)煔?>600°C ) ； (2)中溫?zé)煔?30(T60(TC ) ； (3)低溫?zé)煔?<300°C )。高、中 溫?zé)煔獾挠酂幔F(xiàn)采用余熱發(fā)電系統(tǒng)更符合能級匹配的原則。高、中溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電技術(shù) 在我國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于建材行業(yè)的水泥爐窯、玻璃爐窯；冶金行業(yè)的高 爐、煉鋼轉(zhuǎn)爐等上面。高、中溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電在國內(nèi)應(yīng)用的技術(shù)比較成熟，目前國家大量鼓 勵和支持的方向是低溫余熱發(fā)電，因?yàn)殡娏?、冶金、化工、建材、石化等高能耗行業(yè)存在大量 低品位余熱。鋼鐵生產(chǎn)消耗大量的能源和載能工質(zhì)，其能耗占我國國民經(jīng)濟(jì)總能耗的10%左 右。目前，我國鋼鐵企業(yè)煙氣余熱利用中，高溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽们闆r較好，主要有干 熄焦余熱回收、燒結(jié)礦顯熱余熱回收、高爐煤氣余壓透平發(fā)電等。而中低溫?zé)煔庥酂岬幕?收利用率較低，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)可以充分利用鋼鐵工業(yè)余熱，目前也是國內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展 的方向，鋼鐵工業(yè)純低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電主要包括鋼鐵燒結(jié)余熱發(fā)電、煉鋼電爐低溫余熱發(fā) 電，這些常規(guī)溫余熱發(fā)電項(xiàng)目中采用水蒸汽為工質(zhì)，由四大設(shè)備鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和給 水泵組成。工質(zhì)在熱力設(shè)備中不斷進(jìn)行等壓加熱、絕熱膨脹、等壓放熱和絕熱壓縮四個過 程，使熱能不斷轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。鋼鐵工業(yè)煙氣余熱利用發(fā)電項(xiàng)目如 下
1)、鋼鐵燒結(jié)余熱發(fā)電。某鋼廠300m2燒結(jié)帶冷機(jī)煙氣余熱發(fā)電工程，是我國鋼鐵企業(yè) 燒結(jié)系統(tǒng)第一次實(shí)施的低溫廢氣余熱發(fā)電的項(xiàng)目。我國第一個擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)、全 部采用國產(chǎn)設(shè)備的鋼鐵燒結(jié)余熱發(fā)電工程——某鋼廠第三燒結(jié)廠“5MW低溫余熱電站”。其 標(biāo)定發(fā)電量為5340千瓦，超過設(shè)計額定發(fā)電功率5000千瓦6個百分點(diǎn)，年實(shí)際發(fā)電量4000 萬度，相比其它采用國外技術(shù)的燒結(jié)廠，可以多發(fā)35%的電能。年減排二氧化碳3. 11萬噸， 相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤1. 45萬噸，年創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益1800萬元。目前國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)都 在采用或者已經(jīng)采用了燒結(jié)帶冷機(jī)煙氣低溫余熱發(fā)電項(xiàng)項(xiàng)目；
2)、煉鋼電爐低溫余熱發(fā)電。某鋼廠電爐煙氣余熱利用項(xiàng)目，裝機(jī)容量10000千瓦，年 可發(fā)電5500萬度，項(xiàng)目總投資8000萬元。建成后可實(shí)現(xiàn)每年發(fā)電量6100萬度，每年減排 二氧化碳5. 75萬噸，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤2. 23萬噸，每年創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益3780萬元；
3)、煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣余熱發(fā)電。某鋼廠第一煉鋼廠4座25t轉(zhuǎn)爐煙氣產(chǎn)生的32噸余熱蒸 汽，對煉鋼煙氣轉(zhuǎn)爐煙氣余熱發(fā)電工程進(jìn)行了設(shè)計，建設(shè)額定功率為3. 5MW的余熱電站，投 資回收期為6. 63年(不含建設(shè)期)。
三、現(xiàn)有產(chǎn)品的缺點(diǎn)1、低溫余熱發(fā)電以水為工質(zhì)難以回收溫度在30(Ti0(rc范 圍內(nèi)尾氣余熱的問題；2、一般用水作為工質(zhì)的余熱回收裝置需要建造余熱鍋爐房，能源本 能實(shí)的梯級利用，而且增加企業(yè)能耗；3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價成本高，沒有充分利用低品位 余熱。比如管道部件、閥門等，有可能則比較復(fù)雜；在電網(wǎng)中運(yùn)行的機(jī)組，其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)比較復(fù) 雜；4、用水為工質(zhì)余熱發(fā)電容易形成濕氣的可能性以及當(dāng)高速小水滴沖擊汽輪機(jī)時產(chǎn)生腐 蝕損壞的可能性；5、與正戊烷相比，水蒸汽密度小、比容大，這可以使汽輪機(jī)(特別是其末 級葉片的高度)、排氣管道及冷凝器中的管道的設(shè)計尺寸較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種軋鋼板車間加熱爐低品位 煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余 熱發(fā)電系統(tǒng)，它包括加熱爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、水循環(huán)泵、工質(zhì)密封循環(huán)泵、固定管板式熱交換 冷凝器與冷卻塔；所述的加熱爐內(nèi)具有空氣、煤氣換熱器與工質(zhì)蒸發(fā)腔，工質(zhì)蒸發(fā)腔內(nèi)充滿 正戊烷，工質(zhì)蒸發(fā)腔內(nèi)架設(shè)有工質(zhì)管式蒸發(fā)器，加熱爐的排氣端連接有排氣筒，加熱爐的排 氣端內(nèi)部安裝有增壓風(fēng)機(jī)；所述的工質(zhì)蒸發(fā)腔的工質(zhì)出汽端口通過管道連接汽輪發(fā)電機(jī) 組的工質(zhì)進(jìn)汽端口，汽輪發(fā)電機(jī)組的工質(zhì)出汽端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器 的工質(zhì)進(jìn)汽端口，固定管板式熱交換冷凝器的工質(zhì)排液端口通過管道連接工質(zhì)密封循環(huán)泵 的工質(zhì)進(jìn)液端口，工質(zhì)密封循環(huán)泵的工質(zhì)排液端口通過管道連接工質(zhì)蒸發(fā)腔的工質(zhì)進(jìn)液端 口 ；所述冷卻塔的出水端口通過管道連接水循環(huán)泵的進(jìn)水端口，水循環(huán)泵的出水端口通過 管道連接固定管板式熱交換冷凝器的冷卻水進(jìn)水端口，固定管板式熱交換冷凝器的冷卻水 出水端口通過管道接入冷卻塔。所述的工質(zhì)管式蒸發(fā)器為螺旋肋片管式蒸發(fā)器。本發(fā)明與水蒸汽朗肯循環(huán)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)與水蒸汽相比，正戊烷密度大、比容小，這可以使汽輪機(jī)(特別是其末級葉片的高 度)、排氣管道及冷凝器中的管道的設(shè)計尺寸較小。2)低沸點(diǎn)工質(zhì)正戊烷具有良好的熱力學(xué)性質(zhì)，同時已把爆炸防護(hù)以及環(huán)境與工作 地點(diǎn)的防護(hù)考慮在內(nèi)。低的沸點(diǎn)及高的蒸汽壓力使本發(fā)明比水蒸汽朗肯循環(huán)具有較高的熱 效率，對較低溫度熱源的利用有更高的效率。3)與水蒸汽不同，正戊烷在膨脹做功過程中，從高壓到低壓始終保持干燥狀態(tài)，這 就消除了形濕氣的可能性以及當(dāng)高速小水滴沖擊汽輪機(jī)時產(chǎn)生腐蝕損壞的可能性。所以， 本發(fā)明能比水蒸汽汽輪機(jī)更有效地適應(yīng)部分負(fù)荷運(yùn)行及大的功率變動，不需要裝過熱器。4)在缺水地區(qū)，優(yōu)先使用空氣冷卻的冷凝器。本發(fā)明使用的空冷冷凝器要比水蒸 氣電廠使用的空冷冷凝器的體積小得多，價格也低得多。5)與水蒸汽相比，由于有機(jī)工質(zhì)的聲速低，在低葉片速度時，能獲得有利的空氣動 力配合，50Hz時能產(chǎn)生高的汽輪機(jī)效率，不需要裝齒輪箱。6)有機(jī)工質(zhì)冷凝壓力高，整個系統(tǒng)在接近和稍高于大氣壓力下工作，使得有機(jī)工 質(zhì)的漏失現(xiàn)象大為降低。7)有機(jī)工質(zhì)凝固點(diǎn)很低(低于_73°C)，在較低溫度下仍能釋放能量。這樣在寒冷天氣可增加出力，冷凝器也不需要增加防凍設(shè)施。8)正戊烷這種工質(zhì)價格低廉，來源廣，石油化工等行業(yè)本身就可以大量生產(chǎn)。并且 它的性質(zhì)比較穩(wěn)定，已經(jīng)大量用于其他行業(yè)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖所示該軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，它包括 加熱爐2、汽輪發(fā)電機(jī)組7、水循環(huán)泵10、工質(zhì)密封循環(huán)泵11、固定管板式熱交換冷凝器12 與冷卻塔9 ；所述的加熱爐2內(nèi)具有空氣、煤氣換熱器3與工質(zhì)蒸發(fā)腔15，工質(zhì)蒸發(fā)腔15內(nèi) 充滿正戊烷，工質(zhì)蒸發(fā)腔15內(nèi)架設(shè)有工質(zhì)管式蒸發(fā)器4，加熱爐2的排氣端連接有排氣筒 5，加熱爐2的排氣端內(nèi)部安裝有增壓風(fēng)機(jī)6 ；所述的工質(zhì)蒸發(fā)腔15的工質(zhì)出汽端口通過管 道連接汽輪發(fā)電機(jī)組7的工質(zhì)進(jìn)汽端口，汽輪發(fā)電機(jī)組7的工質(zhì)出汽端口通過管道連接固 定管板式熱交換冷凝器12的工質(zhì)進(jìn)汽端口，固定管板式熱交換冷凝器12的工質(zhì)排液端口 通過管道連接工質(zhì)密封循環(huán)泵11的工質(zhì)進(jìn)液端口，工質(zhì)密封循環(huán)泵11的工質(zhì)排液端口通 過管道連接工質(zhì)蒸發(fā)腔15的工質(zhì)進(jìn)液端口 ；所述冷卻塔9的出水端口通過管道連接水循環(huán) 泵10的進(jìn)水端口，水循環(huán)泵10的出水端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器12的冷 卻水進(jìn)水端口，固定管板式熱交換冷凝器12的冷卻水出水端口通過管道接入冷卻塔9。所述的工質(zhì)管式蒸發(fā)器4為螺旋肋片管式蒸發(fā)器。在進(jìn)行中低溫余熱回收利用時，當(dāng)余熱溫度在30(T40(TC時，已不宜以水為工質(zhì)， 特別是對250°C以下的低溫余熱的動力回收，實(shí)際已不可能以水為工質(zhì)，這時需要考慮采用 低沸點(diǎn)工質(zhì)的動力循環(huán)。本發(fā)明的原理是采用在比較低的溫度下能成為高壓氣體的低沸點(diǎn)物質(zhì)(或者混 合物)，從廢棄的余熱中產(chǎn)生動力，可回收不同溫度范圍的低溫余熱?，F(xiàn)利用低溫有機(jī)工質(zhì) (正戊烷)作為循環(huán)的工質(zhì)時，主要設(shè)備有工質(zhì)管式蒸發(fā)器4、汽輪發(fā)電機(jī)組7、固定管板式 熱交換冷凝器12和工質(zhì)密封循環(huán)泵11等。對于低等的焓熱，本發(fā)明與常規(guī)的水蒸汽朗肯 循環(huán)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在回收顯熱方面有較高的效率，由于循環(huán)中顯熟/潛熱不 相等，而ORC技術(shù)中此比例大。因此采用ORC技術(shù)可回收較多的熱量。我公司選用低沸點(diǎn) 工質(zhì)為正戊烷在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，這種工質(zhì)的沸點(diǎn)為36. 05°C，臨界溫度為469. 77K，臨界壓 力為3. 389MPa,臨界密度為0. 2426g/m30水蒸氣和正戊烷的壓力、密度比較見表1。 表 權(quán)利要求
1.一種軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征是它包括 加熱爐(2)、汽輪發(fā)電機(jī)組(7)、水循環(huán)泵(10)、工質(zhì)密封循環(huán)泵(11)、固定管板式熱交換冷 凝器(12)與冷卻塔(9);所述的加熱爐(2)內(nèi)具有空氣、煤氣換熱器(3)與工質(zhì)蒸發(fā)腔(15)， 工質(zhì)蒸發(fā)腔(15)內(nèi)充滿正戊烷，工質(zhì)蒸發(fā)腔(15)內(nèi)架設(shè)有工質(zhì)管式蒸發(fā)器(4)，加熱爐(2) 的排氣端連接有排氣筒(5)，加熱爐(2)的排氣端內(nèi)部安裝有增壓風(fēng)機(jī)(6)；所述的工質(zhì)蒸 發(fā)腔(15)的工質(zhì)出汽端口通過管道連接汽輪發(fā)電機(jī)組(7)的工質(zhì)進(jìn)汽端口，汽輪發(fā)電機(jī)組 (7)的工質(zhì)出汽端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器(12)的工質(zhì)進(jìn)汽端口，固定管 板式熱交換冷凝器(12)的工質(zhì)排液端口通過管道連接工質(zhì)密封循環(huán)泵(11)的工質(zhì)進(jìn)液端 口，工質(zhì)密封循環(huán)泵(11)的工質(zhì)排液端口通過管道連接工質(zhì)蒸發(fā)腔(15)的工質(zhì)進(jìn)液端口 ； 所述冷卻塔(9 )的出水端口通過管道連接水循環(huán)泵(10 )的進(jìn)水端口，水循環(huán)泵(10 )的出水 端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器(12)的冷卻水進(jìn)水端口，固定管板式熱交換冷 凝器(12)的冷卻水出水端口通過管道接入冷卻塔(9 )。
2.如權(quán)利要求1所述的軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，其 特征是所述的工質(zhì)管式蒸發(fā)器(4)為螺旋肋片管式蒸發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軋鋼板車間加熱爐低品位煙氣有機(jī)郎肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，加熱爐內(nèi)具有空氣、煤氣換熱器與工質(zhì)蒸發(fā)腔，工質(zhì)蒸發(fā)腔內(nèi)充滿正戊烷，工質(zhì)蒸發(fā)腔內(nèi)架設(shè)工質(zhì)管式蒸發(fā)器；工質(zhì)蒸發(fā)腔的出汽端口通過管道連接汽輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)汽端口，汽輪發(fā)電機(jī)組的出汽端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器的進(jìn)汽端口，固定管板式熱交換冷凝器的排液端口通過管道連接密封循環(huán)泵的進(jìn)液端口，工質(zhì)密封循環(huán)泵的排液端口通過管道連接蒸發(fā)腔的工質(zhì)進(jìn)液端口；冷卻塔的出水端口通過管道連接水循環(huán)泵的進(jìn)水端口，水循環(huán)泵的出水端口通過管道連接固定管板式熱交換冷凝器的冷卻水進(jìn)水端口，固定管板式熱交換冷凝器的冷卻水出水端口通過管道接入冷卻塔。本發(fā)明可以回收溫度在300~100℃范圍內(nèi)的加熱爐尾氣余熱。
文檔編號F01K11/02GK102121405SQ201110047548
公開日2011年7月13日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者劉建立, 張衛(wèi)東, 曹春華, 費(fèi)壽良, 錢興善, 錢洪 申請人:無錫三達(dá)環(huán)保科技有限公司