一种基于CO2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统的制作方法

本发明属于冶金余热回收与利用领域，涉及一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统。

背景技术：

烧结过程余热资源的高效回收与利用是进一步降低烧结工序能耗的主要措施之一，其中来自于烧结机尾部的温度约为800℃～950℃烧结矿所携带的显热(即烧结矿显热)约占烧结过程余热资源总量的70％。烧结矿经破碎筛分后，进入冷却设备时的温度约为650℃～700℃，其热量品质仍然较高。基于此，烧结矿显热的高效回收与利用是整个烧结余热回收与利用的核心与重点。

烧结余热竖罐式回收是一种高效的烧结矿余热回收方式，具有系统漏风率低、余热回收利用率高、颗粒物排放量小和出口热空气能级较高等优点。目前的烧结矿余热发电普遍采用余热锅炉-汽轮机系统，余热锅炉生产蒸汽效率较低，且蒸汽的“量”“质”波动较大，故寻找合适的换热介质是困扰工程界的一个难题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统，该系统在满足烧结矿冷却工艺要求的前提下，可以对外输出电能，并制取生活热水，提高余热资源利用效率。

本发明提供一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统，包括：烧结余热回收系统、co2跨临界循环发电系统和热水回收系统，其中：

烧结余热回收系统包括：风机、烧结竖罐、除尘器、第一换热器和第二换热器；所述烧结竖罐下端设有冷空气入口，上端设有热空气出口，冷空气通过风机吹入烧结竖罐与炽热烧结矿进行换热后产生的热空气从热空气出口排出，热空气经除尘器除尘后依次通过第一换热器和第二换热器进行换热，换热后的冷空气再通过风机吹入烧结竖罐，完成烧结余热回收；

co2跨临界循环发电系统包括：泵、回热器、第一换热器、膨胀机、发电机和冷凝器；co2工质经第一换热器吸热升温，高温高压状态下进入膨胀机做功带动发电机发电，做功后的乏气进入回热器中与从泵出来的冷凝加压后的co2工质进行换热实现预冷，随后进入冷凝器与冷却水换热实现冷凝；冷凝的液态co2工质经泵加压后形成的超临界状态co2工质再经管路依次通过回热器、第一换热器，经两次吸热升温，在第一换热器出口再次达到高温高压状态，完成循环；

热水回收系统包括：第二换热器、冷凝器和混合器；冷却水分别进入第二换热器和冷凝器，与热空气和co2进行换热，吸热产生的热水通过混合器输出给用户。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，所述冷凝器和泵之间的co2工质为亚临界液态。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，所述泵和膨胀机之间的co2工质为超临界状态。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，所述膨胀机和冷凝器之间的co2工质为亚临界气态。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，在风机和第二换热器之间设有空气补入口。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，在冷凝器和泵之间设有co2充注口。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，所述烧结竖罐上端的热空气出口为环形风道出口。

在本发明的基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统中，所述烧结竖罐顶部设有烧结矿进口，底部设有烧结矿出口。

本发明的一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统至少具有以下有益效果：

(1)发电量高，热能利用率高。经模拟该系统在典型工况下的吨矿发电量可达34.11kwh/t，而余热锅炉-汽轮机系统仅为29kwh/t～32kwh/t，故采用该系统吨矿发电量提高了10％左右；且本发明将冷却水吸热升温后得到的热水充分利用，余热资源得到全部利用，切实高效可行。

(2)本发明将烧结余热回收系统、co2跨临界循环发电系统、热水回收系统相结合，使得一体化系统在沿着冷热流体流动方向和冷热能传递方向都实现了温度对口、梯级利用，形成了一种的更为完善的烧结矿余热资源高效回收与利用的方法。

(3)本发明中发电系统的循环工质选取的是co2，co2在超临界区域比热大，导热性能好，动力粘度低，且在换热过程中会出现较大的温度滑移，与热源降温过程匹配较好，有效地减小了系统在换热过程中的不可逆损失。

(4)本发明提出的一体化系统中加入了回热装置，既能够降低冷凝器入口温度，减小冷凝过程中工质与冷源之间的换热温差，降低冷凝器热负荷，又能提高工质进入第一换热器的入口温度，减小第一换热器的换热温差，进而减小了系统中的不可逆换热损失。

(5)该发明具有较高的余热回收利用率，并有效降低了烧结工序能耗。该系统及方法合理、高效，设备简洁易操作，比较利于在冶金过程余热资源回收与利用技术领域推广应用。

附图说明

图1是本发明的一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种基于co2跨临界循环的烧结矿余热回收与利用系统，包括：烧结余热回收系统、co2跨临界循环发电系统和热水回收系统。

烧结余热回收系统包括：风机9、烧结竖罐1、除尘器6、第一换热器7和第二换热器8；所述烧结竖罐1下端设有冷空气入口4，上端设有热空气出口5，冷空气通过风机9吹入烧结竖罐1与炽热烧结矿进行换热后产生的热空气从热空气出口5排出，热空气经除尘器6除尘后依次通过第一换热器7和第二换热器8进行换热，换热后的冷空气再通过风机9吹入烧结竖罐1，完成烧结余热回收；

co2跨临界循环发电系统包括：泵13、回热器14、第一换热器7、膨胀机10、发电机11和冷凝器12；co2工质经第一换热器7吸热升温，高温高压状态下进入膨胀机10做功带动发电机11发电，做功后的乏气进入回热器14中与从泵13出来的冷凝加压后的co2工质进行换热实现预冷，随后进入冷凝器12与冷却水换热实现冷凝；冷凝的液态co2工质经泵13加压后形成的超临界状态co2工质再经管路依次通过回热器14、第一换热器7，经两次吸热升温，在第一换热器7出口再次达到高温高压状态，完成循环；

热水回收系统包括：第二换热器8、冷凝器12和混合器15；冷却水分别进入第二换热器8和冷凝器12，与热空气和co2进行换热，吸热产生的热水通过混合器输出给用户。

所述冷凝器12和泵13之间的co2工质为亚临界液态。所述泵13和膨胀机10之间的co2工质为超临界状态。所述膨胀机10和冷凝器12之间的co2工质为亚临界气态。

具体实施时，在冷凝器12和泵13之间设有co2充注口17。在风机9和第二换热器8之间设有空气补入口16。所述烧结竖罐1上端的热空气出口5为环形风道出口。所述烧结竖罐1顶部设有烧结矿进口2，底部设有烧结矿出口3。

典型工况：对国内某360m²烧结机，配单罐体，单罐生产能力为430t/h。烧结竖罐1的顶部设置有烧结矿进口2，底部设置有烧结矿出口3和冷空气入口4，罐体设置有环形风道出口。在烧结余热回收系统中，温度为800℃～950℃的炽热烧结矿自竖罐顶部进入与底部鼓入的冷却空气进行热量交换，冷却空气流量取55万m³/h，可使烧结矿迅速冷却；冷却后的烧结矿由竖罐底部排出，而与烧结矿充分接触后的携带烧结矿全部显热的热空气则从罐体环形风道出口排出，吸热后的空气温度升高至约550℃排向除尘器6；经除尘后约530℃的热空气进入第一换热器7加热co2工质，自身被冷却至200℃，紧接着空气进入第二换热器8与冷却水换热，自身被冷却至60℃，随后经风机9进行加压重新从竖罐底部冷空气入口4进入罐体中进行循环工作。

在co2跨临界循环发电系统中，co2工质的流量为58.13万kg/h，从第一换热器7出来的温度压力分别为500℃和30mpa的co2工质直接进入膨胀机10做功，带动发电机11发电；做功后的乏气温度和压力分别为361.0℃和7mpa，然后进入回热器14与从泵13出来的冷凝加压后的co2工质进行换热实现预冷，预冷后的co2工质温度为199.9℃，然后进入冷凝器12与10℃的冷却水换热实现冷凝，冷凝后的co2工质温度为28℃；紧接着co2工质进入泵13加压，加压后温度压力分别为83.18℃和30mpa，然后依次进入回热器14吸热升温至180℃，进入第一换热器7吸热升温至500℃，至此co2跨临界循环形成。经模拟该系统在典型工况下的吨矿发电量可达34.11kwh/t，而余热锅炉-汽轮机系统仅为29kwh/t～32kwh/t，故采用该系统吨矿发电量提高了10％左右，切实高效可行。

在热水回收系统中，10℃的冷却水分别进入第二换热器8、冷凝器12与热空气、co2工质充分换热，吸热后水的温度达到80℃，出来的热水经管路在混合器15混合，由热力管道供往酒店、公寓、浴室等场合作为生活热水使用。至此，余热资源得到全部回收利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。