专利名称：矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种余热利用装置，特别涉及矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，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。由于矿热炉炼钢烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在1250°C左右，粉尘浓度达18g/Nm3，小于8um的灰占粉尘总量的75%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矿热炉烟气的余热回收。目前，热管式换热器已经成功运用到矿热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，系统运行不稳定，造成冶炼生产无法正常进行，被迫停产检修。同时，由于矿热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。
发明内容本实用新型 针对现有技术中存在的问题，提供一种矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，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，改善除尘能力，得到很好的除尘效果，粉尘排放浓度5mg/Nm3。本实用新型所采用的技术方案如下:矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，包括燃烧沉降室、蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、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蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、主风机、排气筒，所述蓄热均温器包括碳硅复合材料蓄热体、激波清灰装置和灰斗，所述激波清灰装置分段布置于碳硅复合材料蓄热体之间，所述高温热管蒸发器通过管道连接蒸汽汽包，蒸汽汽包通过管道连接蒸汽蓄热器，所述布袋除尘器中设置有碳铜复合材料滤芯，所述中低温均流蓄热室内安装有不锈钢薄板压制成型换热器，不锈钢薄板压制成型换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，不锈钢薄板压制成型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管壳式冷凝器的进气口连接，管壳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，管壳式冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，管壳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R413a为循环有机工质。由于矿热炉烟气温度波动剧烈，烟气温度峰值高，当烟气经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高温热管蒸发器，由于烟气温度峰值降低，可以使高温热管蒸发器投资减少；烟气温度波动幅度减少，则有利于提高高温热管蒸发器的稳定性，延长使用寿命。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 82°C，出口 52°C )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112°C，出口 82°C )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 170°C，出口 112°C )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22 27 %，降低了烟气的排放温度，减少了热污染，达到好的环保要求。由于本实用新型余热发电设备放置在布袋除尘器后，热源烟气含尘量低，因此可以将中低温均流蓄热室内的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；体积减小，同时维护量减小，也延长了不锈钢薄板压制成型换热器的使用寿命，粉尘排放浓度更低。 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.采用高温热管蒸发器来回收矿热炉高温烟气的余热、多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收矿热炉中低温烟气的余热，实现矿热炉烟气余热梯级利用；3.通过溴化锂吸收式制冷机冷却，冷却水的温度降至10 15°C，满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求；4.不锈钢薄板压制成型换热器不积灰，不堵塞；5.提高余热发电装置效率；6.减少余热发电装置投资。
图1为本实用新型的装置结构示意图。[0019]图中:1.矿热炉，2.水冷烟道，3.燃烧沉降室，4.蓄热均温器，5.碳硅复合材料蓄热体，6.激波清灰装置，7.灰斗，8.高温热管蒸发器，9.蒸汽汽包，10.蒸汽蓄热器，11.布袋除尘器，12.中低温均流蓄热室，13.不锈钢薄板压制成型换热器，14.主风机，15.排气筒，16.换热器给水泵，17.循环水池，18.低压级蒸发器，19.中压级蒸发器，20.高压级蒸发器，21.低压级工质加压泵，22.中压级工质加压泵，23.高压级工质加压泵，24.储液罐，25.带补汽口有机透平，26.三相发电机，27.循环水泵，28.管壳式冷凝器，29.溴化锂吸收式制冷机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型中矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，包括燃烧沉降室3、蓄热均温器4、高温热管蒸发器8、布袋除尘器11、中低温均流蓄热室12、主风机14、排气筒15，其特征在于:所述燃烧沉降室3通过管道顺序连接蓄热均温器4、高温热管蒸发器8、布袋除尘器
11、中低温均流蓄热室12、主风机14、排气筒15，所述蓄热均温器4包括碳硅复合材料蓄热体5、激波清灰装置6和灰斗7，所述激波清灰装置6分段布置于碳硅复合材料蓄热体5之间，所述高温热管蒸发器8通过管道连接蒸汽汽包9，蒸汽汽包9通过管道连接蒸汽蓄热器10，所述布袋除尘器11中设置有碳铜复合材料滤芯，所述中低温均流蓄热室12内安装有不锈钢薄板压制成型换热器13，不锈钢薄板压制成型换热器13的冷水进口与换热器给水泵16连接，不锈钢薄板压制成型换热器13的热水出口接高压级蒸发器20的热水进口，高压级蒸发器20的冷水出口接中压级蒸发器19的热水进口，中压级蒸发器19的冷水出口接低压级蒸发器18的热水进口，低压级蒸发器18的冷水出口接循环水池17，循环水池17与换热器给水泵16连接，构成一个回路，低压级蒸发器18的工质进口端与低压级工质加压泵21的高压出口端连接，低压级蒸发器18的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平25的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵22的进口端连接，中压级工质加压泵22的出口端连接中压级蒸发器19，中压级蒸发器19的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平25的中压补汽口连接·，另一路与高压级工质加压泵23的进口端连接，高压级工质加压泵23的出口端连接高压级蒸发器20，高压级蒸发器20的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平25的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平25的下部接口通过管道与管壳式冷凝器28的进气口连接，管壳式冷凝器28的液相出口通过管道与储液罐24连接，储液罐24与低压级工质加压泵21的低压进口端连接，带补汽口有机透平25与三相发电机26连接，管壳式冷凝器28的一个端部法兰接口与循环水泵27连接，管壳式冷凝器28的另一个端部接溴化锂吸收式制冷机29，溴化锂吸收式制冷机29与循环水泵27连接，构成另一个回路。所述低沸点工质为R413a，三级蒸发，低压级蒸发压力为0.281MPa，中压级蒸发压力为0.474MPa，高压级蒸发压力为1.186MPa，膨胀做功后的工质压力为0.278MPa时，系统输出电功率为3000KW，朗肯循环效率为25.88%，系统排出的烟气温度为80°C。采用先除尘后余热发电装置，即先将高含尘烟气进入碳铜复合材料滤芯除尘器净化，除尘器中的碳铜复合材料滤芯，一般能够承受380°C左右的长期工作温度，最高能承受4200C的高温，且能承受大颗粒的冲刷，因此可以直接净化烟气，而不需要做任何预处理，净化后的粉尘浓度降至5mg/Nm3，解决了不锈钢薄板压制成型换热器由于灰尘的堵塞而带来的清灰问题。本实用新型的工作过程:35000KVA矿热炉I烟气流量32 X 104Nm3/h，温度1250°C，含尘浓度18g/Nm3由第四孔排出，经水冷烟道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，由燃烧沉降室3出来的烟气进入蓄热均温器4，所述蓄热均温器4包括碳硅复合材料蓄热体5、激波清灰装置6和灰斗7，所述激波清灰装置6分段布置于碳硅复合材料蓄热体5之间，通过蓄热均温器4中碳硅复合材料蓄热体5对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入高温热管蒸发器8，蒸汽汽包9中的水在高温热管蒸发器8中吸收高温烟气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包9，蒸汽汽包9中的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄热器10，经调节后外供稳定、连续、参数符合用户要求的蒸汽用于发电。高温烟气经高温热管蒸发器8换热后，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，变为中低温烟气，再进入布袋除尘器11，经除尘后粉尘浓度5mg/Nm3，然后进入中低温均流蓄热室12中，烟气放出热量，温度降至80°C，由主风机14压入排气筒15排入大气。同时，循环水通过换热器给水泵16驱动，进入安装于中低温均流蓄热室12内的不锈钢薄板压制成型换热器13中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度170°C，汽水混合物在自然循环力推动下进入高压级蒸发器20中放出热量，温度降至112°C，然后进入中压级蒸发器19中放出热量，水温降至82°C，再进入低压级蒸发器18中放出热量，水温降至52°C，变成低温水，低温水 流入循环水池17，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21的驱动，先在低压级蒸发器18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25的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵22加压后，进入中压级蒸发器19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25的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵23加压后，进入高压级蒸发器20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25的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平25内膨胀做功，并带动三相发电机26发电，系统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25排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器28冷凝为饱和液体，进入储液罐24，储液罐24可确保低压级工质加压泵21连续加压，再由低压级工质加压泵21将工质液体加压后送入低压级蒸发器18中，开始新一轮循环，从管壳式冷凝器28出来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机29冷却，冷却水的温度降至10 15°C，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27送入管壳式冷凝器28中，开始新一轮循环。由于蓄热均温器4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，因而可减少余热梯级利用装置的投资，提高余热梯级利用装置的稳定性，并可安全地配置各类余热利用设备。该设备的最大特点是采用高温热管蒸发器来回收矿热炉高含尘烟气的余热产生蒸汽发电、再采用先除尘后多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收铁合金炉中低温烟气的余热，实现铁合金炉高含尘烟气余热梯级利用。以35000KVA矿热炉余热利用及除尘工艺为例，本实用新型装置与常规装置比较，说明如下:[0028]
权利要求1.矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，包括燃烧沉降室、蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、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蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、主风机、排气筒，所述蓄热均温器包括碳硅复合材料蓄热体、激波清灰装置和灰斗，所述激波清灰装置分段布置于碳硅复合材料蓄热体之间，所述高温热管蒸发器通过管道连接蒸汽汽包，蒸汽汽包通过管道连接蒸汽蓄热器，所述布袋除尘器中设置有碳铜复合材料滤芯，所述中低温均流蓄热室内安装有不锈钢薄板压制成型换热器，不锈钢薄板压制成型换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，不锈钢薄板压制成型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管壳式冷凝器的进气口连接，管壳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，管壳式冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，管壳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所述的矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，其特征在于:采用R413a为循环有机工质 。
专利摘要矿热炉高含尘烟气余热发电专用设备，包括沉降室、蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、主风机、排气筒，其特征在于所述沉降室顺序连接蓄热均温器、高温热管蒸发器、布袋除尘器、中低温均流蓄热室、主风机、排气筒，所述蓄热均温器包括蓄热体、清灰装置和灰斗，所述高温热管蒸发器连接蒸汽汽包，所述中低温均流蓄热室装有换热器，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，带补汽口有机透平与发电机连接，其特征在于采用R413a为循环有机工质。本实用新型可最大限度地回收矿热炉烟气中的热能转化为高品位电能，其热效率比单级蒸发有机朗肯循环提高22～27％，还能达到好的环保效果。
文档编号F27D17/00GK203116541SQ20132017347
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者王逸萍 申请人:无锡市东优环保科技有限公司