本发明涉及余热利用技术领域，具体涉及一种基于有机朗肯循环(organicrankinecycle，简称orc)的烟气余热回收利用装置及控制系统。
背景技术：
在钢铁生产过程中，需要大量高质量的活性石灰，回转窑煅烧活性石灰具有产量大、品质优、原料利用率高等特点，因此应用广泛。活性石灰生产过程产生大量的低温余热被白白排放，特别是窑尾排放的250℃以下低温烟气，其品位低、介质复杂、易积灰磨损，且依附于主生产线，一直无法有效利用，因此，采用有机朗肯循环发电技术充分回收石灰窑排放的烟气余热，对企业降低能耗、提高经济效益具有十分重要的意义。
然而，对于这种新型低温余热回收利用技术来说，需要解决诸多工艺参数的协调、耦合和控制连锁问题，需要配置一套实时性优，稳定性好，可靠性和安全性高的自动控制系统，才能达到余热发电系统的稳定运行和实现余热利用的最大化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置及控制系统，能够保证余热利用的可靠性和高效性，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于有机朗肯循环的烟气余热回收利用装置，主要包括用于将烟气余热传递给水的烟道式换热器、用于将经过烟道式换热器的水获得的热能传递给有机工质并使有机工质等压加热汽化为蒸汽的蒸发器、用于将经过蒸发器的有机工质蒸汽绝热膨胀做功并将功输出的透平、用于将做功后的有机工质等压冷凝的冷凝器和用于为有机工质循环提供动力的工质泵；
所述烟道式换热器的内部设有用于供烟气通过的烟气通道和用于供水通过的水通道，烟道式换热器烟气通道上端连接有用于向烟道式换热器输入烟气的进烟管，进烟管上设有进烟阀，烟道式换热器烟气通道下端连接有用于将烟道式换热器内烟气输出的出烟管，进烟管与出烟管通过烟气旁通管相连接，烟气旁通管与进烟管连接点位于进烟阀的上游，烟气旁通管上还设有开度可调的烟气旁通阀，烟气旁通阀连接有用于控制烟气旁通阀开度、从而控制进入烟气通道的烟气流速、并进而控制烟道式换热器水通道出水口水温为t1-t2的烟气换热控制系统，135℃≤t1≤t2≤155℃（其中，t1＜t2表示烟道式换热器水通道出水口水温的设定值为大于等于t1小于等于t2的一个范围，t1=t2表示烟道式换热器水通道出水口水温的设定值为一个固定值，本发明中采用t1＜t2较之t1=t2更节省资源，以下的v1和v2情况与此类似）；
所述蒸发器的内部设有用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，蒸发器水通道入水口与烟道式换热器水通道出水口相连通，蒸发器水通道出水口连接有密闭的稳压储水容器，稳压储水容器连接有用于控制稳压储水容器内压强（指任意一点的压强，对于1m水位差产生的压强不足0.01mpa，因此稳压储水容器内水位差产生的压强对本发明的技术方案来说影响不大）为p1-p2的稳压补水控制系统，1.2mpa≤p1＜p2≤1.6mpa，稳压储水容器与烟道式换热器水通道入水口之间设有给水泵和开度可调的给水阀，给水阀连接有用于控制给水阀开度、从而控制进入烟道式换热器水通道的水的流速为v1-v2的给水控制系统，125m3/h≤v1≤v2≤145m3/h；
透平入口与蒸发器工质通道出口相连接，透平入口设有进汽阀，透平外部设有用于连通透平入口与透平出口的蒸汽旁通管，蒸汽旁通管入口位于进汽阀上游，蒸汽旁通管上设有蒸汽旁通阀；透平出口与冷凝器入口相连接，冷凝器出口通过工质泵与蒸发器水通道入口相连接。
优选地，140℃≤t1≤t2≤150℃；1.3mpa≤p1＜p2≤1.5mpa；130m3/h≤v1≤v2≤140m3/h。
优选地，冷凝器与工质泵之间设有有机工质储存容器。
优选地，工质泵与蒸发器工质通道入口之间还设有用于给有机工质进行预热的预热装置，所述预热装置为换热器，预热装置内设有的用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，预热装置水通道两端分别与烟道式换热器水通道出水口和蒸发器水通道入水口相连，预热装置工质通道分别与工质泵和蒸发器工质通道入口相连接；进一步优选地，预热装置水通道与蒸发器水通道入水口之间设有水阀；预热装置工质通道与蒸发器工质通道入口之间设有工质阀。
优选地，烟道式换热器出烟管上设有出烟阀，烟气旁通管与出烟管的连接点位于出烟阀下游。
如上所述的任意一种烟气余热回收利用装置的控制系统，包括给水控制系统、烟气换热控制系统和稳压补水控制系统；
所述给水控制系统以进入烟道式换热器水通道的水的流速为输出量，其设定值为v1-v2，给水控制系统通过设置在给水阀和烟道式换热器水通道入口之间的流量检测装置检测出进入烟道式换热器水通道的水的实际流速v，并反馈给给水控制器形成给水控制系统的主反馈通道，控制器如v控制给水阀的开度，当v＜v1时，控制给水阀的开度增大，从而使进入烟道式换热器水通道的水的流速增大，当v＞v2时，控制给水阀的开度减小，从而使进入烟道式换热器水通道的水的流速减小；
所述的烟气换热控制系统以烟道式换热器水通道出水口水的温度为输出量，其设定值为t1-t2，烟气换热控制系统通过设置在烟道式换热器水通道出水口的温度检测装置检测烟道式换热器水通道出水口水的实际温度t，并反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的主反馈通道，烟气换热控制器如t控制烟气旁通阀的开度，当t＜t1时，控制烟气旁通阀的开度减小，从而使进入烟道式换热器烟气通道的烟气流速增大，进而使烟道式换热器水通道出水口水的温度上升，当t＞t2时，控制烟气旁通阀的开度增大，从而使进入烟道式换热器烟气通道的烟气流速减小，进而使烟道式换热器水通道出水口水的温度下降；
所述的稳压补水控制系统以稳压储水容器内的压强为输出量，其设定值为p1-p2，稳压补水控制系统通过设置在稳压储水容器内的压强检测装置检测出稳压储水容器内的实际压强p，并反馈给稳压补水控制器形成稳压补水控制系统的主反馈通道，当p＜p1时，稳压补水控制器控制补水泵启动向稳压储水容器中注水，当稳压储水容器内的压强升至p2时，控制补水泵停止运行。
优选地，所述的烟气换热控制系统将进入烟道式换热器水通道的水的流速作为扰动量反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的前馈通道。
优选地，所述的稳压补水控制系统的补水泵采用冗余设置，若补水泵在补水期间工作异常，则控制备用的补水泵启动，并延时后控制工作异常的补水泵停止运行。
有益效果：本发明通过采用烟道式换热器和蒸发器两次换热，从而将烟气余热间接传递给有机工质，并通过透平做功达到余热回收利用的目的；通过加压使水沸点升高，保证水在150℃左右时仍呈液态；通过控制系统能够控制进入烟道式换热器水通道的水的流速、烟道式换热器水通道出水口水的温度和稳压储水容器内的压强保持在一定的范围内，保证整个装置运行的顺利进行，能够保证余热利用的可靠性和高效性，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。
附图说明
图1是本发明烟气余热回收利用装置一种实施例（余热发电）的结构示意图；
图2是图1中有机朗肯循环部分的结构示意图；
图3是整个生产线与余热发电装置的控制系统结构示意图；
图4是控制系统配置示意图；
图5是给水控制系统的控制原理示意图；
图6是烟气换热控制系统的控制原理示意图；
图7是稳压补水控制系统的控制原理示意图；
图中标记：1、烟气旁通阀，2、进烟阀，3、烟道式换热器，4、出烟阀，5、蒸发器，6、稳压补水控制系统，7、稳压储水容器，8、给水泵，9、给水阀，10、透平，11、冷却器，12、有机工质储存容器，13、工质泵，14、发电机，15、冷却风机，16、冷却塔，17、冷却水循环泵，18、进汽阀，19、蒸汽旁通阀，20、预热器，21、工质阀，22、水阀，23、并网柜，24、工程师站，25、操作员站，26、打印机，27、操作级网络，28、控制器，29、过程控制级网络设备，30、远程io站。
具体实施方式
下面结合附图、现有技术及本发明一种具体实施例对本发明做进一步详细的说明，以下实施例中未详述部分均采用现有技术。
实施例1
如图1-2所示，一种基于有机朗肯循环的石灰窑烟气余热发电装置，主要包括用于将烟气余热传递给水的烟道式换热器3、用于将经过烟道式换热器3的水获得的热能传递给有机工质并使有机工质等压加热汽化为蒸汽的蒸发器5、用于将经过蒸发器5的有机工质蒸汽绝热膨胀做功并将功输出给发电机14（也可以直接带动其它机械设备进行回收利用）的透平10、用于将做功后的有机工质等压冷凝的冷凝器11和用于为有机工质循环提供动力的工质泵13；
所述烟道式换热器3的内部设有用于供烟气通过的烟气通道和用于供水通过的水通道，烟道式换热器3烟气通道上端连接有用于向烟道式换热器3输入烟气的进烟管，进烟管上设有进烟阀2，烟道式换热器3烟气通道下端连接有用于将烟道式换热器3内烟气输出的出烟管，烟道式换热器3出烟管上设有出烟阀4，进烟管与出烟管通过烟气旁通管相连接，烟气旁通管与进烟管连接点位于进烟阀2的上游，烟气旁通管与出烟管的连接点位于出烟阀4下游，烟气旁通管上还设有开度可调的烟气旁通阀1，烟气旁通阀1连接有用于控制烟气旁通阀1开度、从而控制进入烟气通道的烟气流速、并进而控制烟道式换热器3水通道出水口水温为140℃-150℃（即t1=140℃，t2=150℃）的烟气换热控制系统；
所述蒸发器5的内部设有用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，蒸发器5水通道入水口与烟道式换热器3水通道出水口相连通，蒸发器5水通道出水口连接有密闭的稳压储水容器7（稳压罐），稳压储水容器7连接有用于控制稳压储水容器7内压强为1.3mpa-1.5mpa（即p1=1.3mpa，p2=1.5mpa）的稳压补水控制系统，稳压储水容器7与烟道式换热器3水通道入水口之间设有给水泵8和开度可调的给水阀9，给水阀9连接有用于控制给水阀9开度、从而控制进入烟道式换热器3水通道的水的流速为130m3/h-140m3/h（即v1=130m3/h，v2=140m3/h）的给水控制系统；
透平10入口与蒸发器5工质通道出口相连接，透平10入口设有进汽阀18，透平10外部设有用于连通透平10入口与透平10出口的蒸汽旁通管，蒸汽旁通管入口位于进汽阀18上游，蒸汽旁通管上设有蒸汽旁通阀19；透平10动力输出端连接有发电机14，发电机14连接有并网柜23，通过并网柜23对外供电；透平10出口与冷凝器11入口相连接，冷凝器11出口通过工质泵13与蒸发器5水通道入口相连接；
冷凝器11与工质泵13之间设有有机工质储存容器12；
工质泵13与蒸发器5工质通道入口之间还设有用于给有机工质进行预热的预热装置20，所述预热装置20为换热器，预热装置20内设有的用于供水通过的水通道和用于供有机工质通过的工质通道，预热装置20水通道两端分别与烟道式换热器3水通道出水口和蒸发器5水通道入水口相连，预热装置20工质通道分别与工质泵13和蒸发器5工质通道入口相连接；预热装置20水通道与蒸发器5水通道入水口之间设有水阀22；预热装置20工质通道与蒸发器5工质通道入口之间设有工质阀21。
实施例2
一种如实施例1所述烟气余热发电装置的控制系统，包括给水控制系统、烟气换热控制系统、稳压补水控制系统、orc发电机组控制系统和循环冷却水控制系统，这些系统与石灰窑生产线共用一套操作站（包括工程师站和操作员站），且具有各自的现场（过程）控制站，这些现场控制站均通过以太环网与操作站相连接；
orc发电机组控制系统和循环冷却水控制系统控制有机朗肯循环中透平、发电机、蒸发器、预热器和冷凝器等的各项热力参数以及循环水泵和冷却塔的运行；给水控制站控制进入烟道式换热器的给水流量；烟气换热控制站控制进入烟道式换热器的烟气流量；稳压补水控制站控制整个管路的压力，并适时地进行补水；
所述给水控制系统以进入烟道式换热器3水通道的水的流速为输出量，其设定值为130m3/h-140m3/h，给水控制系统通过设置在给水阀9和烟道式换热器3水通道入口之间的流量检测装置检测出进入烟道式换热器3水通道的水的实际流速v，并反馈给给水控制器形成给水控制系统的主反馈通道，控制器如v控制给水阀9的开度，当v＜130m3/h时，控制给水阀9的开度增大，从而使进入烟道式换热器3水通道的水的流速增大，当v＞140m3时，控制给水阀9的开度减小，从而使进入烟道式换热器3水通道的水的流速减小；流量检测装置采用pds483差压变送器将一次流量元件采集的物理信号变送为4-20ma电流信号，再经dcs的流量计算模块转变为最终的流量值。控制系统根据测量的该流量值，改变给水电动阀的设定开度值，从而将进入烟道式换热器的水量维持在130m3/h-140m3/h；给水阀9采用1:1冗余配置（即采用两个给水阀9一用一备）；
所述的烟气换热控制系统以烟道式换热器3水通道出水口水的温度为输出量，其设定值为140℃-150℃，烟气换热控制系统通过设置在烟道式换热器3水通道出水口的温度检测装置检测烟道式换热器3水通道出水口水的实际温度t，并反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的主反馈通道，烟气换热控制系统将进入烟道式换热器3水通道的水的流速作为扰动量反馈给烟气换热控制器形成烟气换热控制系统的前馈通道，烟气换热控制器根据实际温度t和实际流速v控制烟气旁通阀1的开度，当t＜140℃时，控制烟气旁通阀1的开度减小，从而使进入烟道式换热器3烟气通道的烟气流速增大，进而使烟道式换热器3水通道出水口水的温度上升，当t＞150℃时，控制烟气旁通阀1的开度增大，从而使进入烟道式换热器3烟气通道的烟气流速减小，进而使烟道式换热器3水通道出水口水的温度下降；温度检测装置采用wrgpk铠装铂热电阻测量水温，热电阻信号经三线制电缆引入远程io站柜内的温度变送器，变送器输出的4-20ma电流信号接入模拟量输出模块完成数据采集功能
所述的稳压补水控制系统以稳压储水容器7内的压强为输出量，其设定值为1.3mpa-1.5mpa，稳压补水控制系统通过设置在稳压储水容器7内的压强检测装置检测出稳压储水容器7内的实际压强p，并反馈给稳压补水控制器形成稳压补水控制系统的主反馈通道，当p＜1.3mpa时，稳压补水控制器控制补水泵启动向稳压储水容器7中注水，当稳压储水容器7内的压强升至1.5mpa时，控制补水泵停止运行；所述的压强检测装置为高精度变送器（量程0.6mpa-1.6mpa）；稳压补水控制系统采用pid闭环调节回路来实现控制功能，采用高精度变送器（量程0.6mpa-1.6mpa）进行信号检测，输出信号控制abb510水泵专用变频器，从而将稳压罐的压力稳定在1.3mpa-1.5mpa；在控制系统正常运行时，补水泵为间歇运行，且采用两台补水泵一用一备；首次向系统补水时，可再增加一台共三台补水泵同时运行。
以上实施例仅为本发明实施方式的举例说明，本发明的实施方式并不局限于以上实施例，任何在不改变本发明基本构思情况下所做出的改进和替换均应纳入本发明的保护范围。