專利名稱：礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，具體地說是能最大限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，又能改善除塵能力，屬于礦熱爐除塵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦熱爐煙氣溫度很高，經(jīng)捕集后進(jìn)入管道的溫度一般在1000°C左右，粉塵濃度達(dá)35g/Nm3，小于5um的灰占粉塵總量的80%以上，粉塵量大，并且粘而細(xì)。目前通常采用先換熱降溫(換熱降溫方式有:機(jī)力冷卻器換熱、噴霧冷卻換熱、余熱鍋爐換熱等)后除塵的方法。先換熱降溫后除塵的方法存在諸多缺點(diǎn):1、機(jī)力冷卻器換熱后除塵:降溫效果差，進(jìn)口煙氣溫度不宜大于450°C，降溫范圍有限，機(jī)冷器管壁容易堵灰，造成燒布袋，系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。2、噴霧冷卻換熱后除塵:增加煙氣中水的含量，不僅使布袋板結(jié)，還容易造成水與粉塵粘結(jié)，造成系統(tǒng)設(shè)備堵塞。3、余熱鍋爐換熱后除塵:由于煙氣中含有大量的粉塵，粘而細(xì)的粉塵即使在光管的熱管元件上也會出現(xiàn)積灰、堵塞現(xiàn)象，對于環(huán)向翅片管的熱管元件積灰、堵塞更加嚴(yán)重，同時(shí)為了防止結(jié)灰，余熱利用設(shè)施中換熱核心元件翅片間距大，不僅影響換熱效率，造成余熱鍋爐產(chǎn)汽量不足，更為嚴(yán)重的是由于余熱鍋爐堵灰，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，造成冶煉生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，被迫停產(chǎn)檢修。由于以上缺點(diǎn)，工程中采用許多吹灰方法:如激波吹灰、蒸汽吹灰、落丸清灰等，但由于粉塵細(xì)而粘，并且粉塵量大，每生產(chǎn)I噸鋼就會產(chǎn)生35kg粉塵，這些清灰方式收效甚微，無法從根本上解決積灰、堵塞問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，通過該方法不僅能最大限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，拖動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)，同時(shí)可降低煙氣的排放溫度，達(dá)到好的環(huán)保效果，并且不影響礦熱爐生產(chǎn)的穩(wěn)定和連續(xù)，還能得到很好的除塵效果，排放的粉塵濃度10mg/Nm3。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，其特征在于:本發(fā)明礦熱爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室；燃燒沉降室的作用是:降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度600°C，由燃燒沉降室出來的煙氣進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進(jìn)入蓄熱室，高溫?zé)煔夥懦鰺崃浚瓿蔁峤粨Q，溫度降至90°C，由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同時(shí)，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入安裝于蓄熱室內(nèi)的分離套管式熱管換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物(溫度150°C )，汽水混合物在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至120°C，然后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至90°C，再進(jìn)入低壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至60°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)。同時(shí)，經(jīng)過冷凝的有機(jī)工質(zhì)液體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵的驅(qū)動(dòng)，先在低壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的低壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的中壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質(zhì)蒸汽；經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的高壓進(jìn)汽缸，工質(zhì)蒸汽在多級有機(jī)透平內(nèi)膨脹做功，并帶動(dòng)三相發(fā)電機(jī)發(fā)電。從帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平排出的工質(zhì)蒸汽由管殼式冷凝器冷凝為飽和液體，再由低壓級工質(zhì)加壓泵將工質(zhì)液體加壓后送入低壓級蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔過來的循環(huán)水通過循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入管殼式冷凝器中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環(huán)。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。其進(jìn)一步特征在于:采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明的余熱發(fā)電裝置放在高溫除塵器后，熱源煙氣含塵量低，因此可以將蓄熱室內(nèi)的換熱核心單元翅片間距設(shè)計(jì)很??；而且無須卸灰、清灰、輸灰設(shè)施；體積減小，同時(shí)維護(hù)量減小，也延長了分離套管式熱管換熱器的使用壽命，粉塵排放濃度更低。該發(fā)電設(shè)備與單級單壓有機(jī)朗肯循環(huán)最大的區(qū)別在于，該發(fā)電設(shè)備在有機(jī)工質(zhì)高、中、低蒸發(fā)器里采用多級蒸發(fā)的措施，利用熱水的低溫段(進(jìn)口 90°C，出口 60°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生低壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平的低壓補(bǔ)汽口膨脹做功；利用熱水的中溫段(進(jìn)口 120°C，出口 90°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生中壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平的中壓補(bǔ)汽口膨脹做功；利用飽和水蒸汽的高溫段(進(jìn)口 150°C，出口 120°C )加熱工質(zhì)產(chǎn)生高壓工質(zhì)蒸汽，進(jìn)入有機(jī)透平的高壓缸膨脹做功；實(shí)現(xiàn)余熱流對有機(jī)工質(zhì)的梯級分壓加熱，這樣就在各級受熱面中減少了余熱流與工質(zhì)間的傳熱溫差的不均衡性，降低了由于溫差傳熱不可逆損失帶來的熵增，可在單級蒸發(fā)有機(jī)朗肯循環(huán)熱效率的基礎(chǔ)上提高10 20%，降低了煙氣的排放溫度，排放濃度低，可以確保排放粉塵濃度在10mg/Nm3。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效果:1、最大限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，其熱效率比單級蒸發(fā)有機(jī)朗肯提高10 20%。2、滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，符合節(jié)能減排的國家政策。3、分離套管式熱管換熱器不積灰，不堵塞，換熱效率提高8 9倍。4、省掉了熱管換熱器的吹灰系統(tǒng)，從而降低了造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用。5、采用耐高溫不銹鋼材料濾芯除塵器,排放濃度10mg/Nm3。6、應(yīng)用范圍廣，礦熱爐除塵余熱發(fā)電都可采用。綜上所述，本發(fā)明方法采用先除塵后余熱發(fā)電的裝置，煙塵排放濃度低，發(fā)電量多，裝置運(yùn)行穩(wěn)定能耗低。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法的工藝流程圖。圖1中:1.礦熱爐，2.水冷煙道，3.燃燒沉降室，4.高溫除塵器，5.蓄熱室，6.主風(fēng)機(jī)，7.排氣筒，8.分離套管式熱管換熱器，9.換熱器給水泵，10.循環(huán)水池，11.低壓級蒸發(fā)器，12.中壓級蒸發(fā)器，13.高壓級蒸發(fā)器，14.低壓級工質(zhì)加壓泵，15.中壓級工質(zhì)加壓泵，
16.高壓級工質(zhì)加壓泵，17.帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平，18.三相發(fā)電機(jī)，19.循環(huán)水泵，20.管殼式冷凝器，21.冷卻塔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:如圖1所示:本發(fā)明礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法步驟如下:25500KVA礦熱爐I煙氣流量15X 104Nm3/h，溫度1000°C，含塵濃度35g/Nm3由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道2混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室3 ;燃燒沉降室3的作用是:降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度600°C，由燃燒沉降室3出來的煙氣進(jìn)入高溫除塵器4，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進(jìn)入蓄熱室5，高溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱交換，溫度降至90°C，由主風(fēng)機(jī)6壓入排氣筒7排入大氣。同時(shí)，循環(huán)水通過換熱器給水泵9驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入安裝于蓄熱室4內(nèi)的分離套管式熱管換熱器8中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物(溫度150°C )，汽水混合物在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器13中放出熱量，溫度降至120°C，然后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器12中放出熱量，溫度降至90°C，再進(jìn)入低壓級蒸發(fā)器11中放出熱量，溫度降至60°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池10，開始新一輪循環(huán)。同時(shí)，經(jīng)過冷凝的有機(jī)工質(zhì)液體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵14的驅(qū)動(dòng)，先在低壓級蒸發(fā)器11中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平17的低壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓泵15加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器12中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平17的中壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵16加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器13中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質(zhì)蒸汽；經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平17的高壓進(jìn)汽缸，工質(zhì)蒸汽在多級有機(jī)透平17內(nèi)膨脹做功，并帶動(dòng)三相發(fā)電機(jī)18發(fā)電。從帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平17排出的工質(zhì)蒸汽由管殼式冷凝器20冷凝為飽和液體，再由低壓級工質(zhì)加壓泵14將工質(zhì)液體加壓后送入低壓級蒸發(fā)器11中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔21過來的循環(huán)水通過循環(huán)水泵19驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入管殼式冷凝器20中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入冷卻塔21內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環(huán)。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。所述低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)為R413a，三級蒸發(fā)，低壓級蒸發(fā)壓力為0.43MPa，中壓級蒸發(fā)壓力為0.86MPa，高壓級蒸發(fā)壓力為1.75MPa，膨脹做功后的工質(zhì)壓力為0.3IMPa時(shí)，系統(tǒng)輸出電功率為2000KW，朗肯循環(huán)效率為21 %，系統(tǒng)排出的煙氣溫度為90°C。采用先除塵后余熱發(fā)電裝置，即先將高溫含塵煙氣進(jìn)入不銹鋼材料濾芯除塵器凈化，除塵器中的不銹鋼材料濾芯，一般能夠承受600°C左右的長期工作溫度，最高能承受650°C的高溫，且能承受高溫大顆粒的沖刷，因此可以直接凈化高溫?zé)煔?，而不需要做任何預(yù)處理。凈化后的粉塵濃度降至10mg/Nm3成為潔凈煙氣，不需要處理灰塵的堵塞、清灰等問題。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用先除塵后多級蒸發(fā)有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電來回收礦熱爐煙氣的余熱。以25500KVA礦熱爐余熱回收及除塵工藝為例，本發(fā)明方法與常規(guī)方法比
較，說明如下:

權(quán)利要求
1.礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，其特征在于:本發(fā)明礦熱爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室；燃燒沉降室的作用是:降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當(dāng)混入冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度600°c，由燃燒沉降室出來的煙氣進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進(jìn)入蓄熱室，高溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱交換，溫度降至90°C，由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同時(shí)，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入安裝于蓄熱室內(nèi)的分離套管式熱管換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物(溫度150°C )，汽水混合物在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至120°C，然后進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至90°C，再進(jìn)入低壓級蒸發(fā)器中放出熱量，溫度降至60°C，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)。同時(shí)，經(jīng)過冷凝的有機(jī)工質(zhì)液體，經(jīng)過低壓級工質(zhì)加壓泵的驅(qū)動(dòng)，先在低壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成低壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的低壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)中壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入中壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成中壓級工質(zhì)蒸汽；一路經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的中壓補(bǔ)汽口，另一路經(jīng)高壓級工質(zhì)加壓泵加壓后，進(jìn)入高壓級蒸發(fā)器中吸收余熱載體的熱量，變成高壓級工質(zhì)蒸汽；經(jīng)管道進(jìn)入帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平的高壓進(jìn)汽缸，工質(zhì)蒸汽在多級有機(jī)透平內(nèi)膨脹做功，并帶動(dòng)三相發(fā)電機(jī)發(fā)電。從帶補(bǔ)汽口有機(jī)透平排出的工質(zhì)蒸汽由管殼式冷凝器冷凝為飽和液體，再由低壓級工質(zhì)加壓泵將工質(zhì)液體加壓后送入低壓級蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔過來的循環(huán)水通過循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入管殼式冷凝器中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動(dòng)下進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環(huán)。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，其特征在于:所述高溫除塵器中設(shè)置有不銹鋼材料濾芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，其特征在于:采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。
全文摘要
礦熱爐煙氣多級有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電方法，其特征在于礦熱爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室；然后進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后進(jìn)入蓄熱室，完成熱交換，由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同時(shí)，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入安裝于蓄熱室內(nèi)的換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物。有機(jī)工質(zhì)液體，吸收汽水混合物的熱量，在多級有機(jī)透平內(nèi)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其特征在于所述高溫除塵器中設(shè)置有不銹鋼濾芯，其進(jìn)一步特征在于采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。本發(fā)明方法可最大限度地回收煙氣中的熱能直接轉(zhuǎn)化為高品位電能，其效率比單級蒸發(fā)有機(jī)朗肯提高10～20％，還能達(dá)到好的環(huán)保效果。
文檔編號F01D15/10GK103105071SQ20111036923
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者馮建新 申請人:無錫市廣運(yùn)環(huán)保機(jī)械有限公司