专利名称：余热发电及供暖一体化系统及其工艺流程的制作方法
技术领域：
本发明涉及中低温余热发电及高温除尘材料技术领域，适用于冶金、水泥、建材、 化工和陶瓷行业生产过程中产生的中低温烟气余热进行利用，特别适用于余热发电及供暖 一体化设备系统及工艺流程。
背景技术：
水泥、冶金、建材、化工、陶瓷等工业企业全天向外排放250-650°C左右的中低温烟 气、蒸汽、热水等可利用的余热资源。这部分白白排放掉的资源属于中、低温余热。如果回 收利用，每年产生的巨大能量相当于重新发现了一个世界级的大煤矿。目前，对于如上所述的行业生产过程产生的余热资源，利用大致有两种方式一种 是热利用，直接利用其热能供生产或生活需要，其利用率非常低；另一种是利用余热资源将 其转换成电能，目前主要采用的是带补燃锅炉或纯低温不带补燃的余热发电技术，这二种 技术有利有弊，如带补燃锅炉的余热发电技术一般利用换热器产生饱和蒸汽或热水，然后 用燃料把饱和蒸汽或热水在补燃锅炉中加热到比较高的参数，再通过常规的汽轮发电机组 发出电来。这种技术的缺点很明显由于使用了补燃锅炉，因此整个系统比较复杂，运行不 稳定且运行成本很高，在生产系统产生污染的同时加大污染系数(硫排放等)，必须浪费煤 碳等不可再生资源。而纯低温不带补燃的余热发电技术，余热利用效率普遍不理想，余热转 换效率低，发电量少，投资大。带补燃锅炉的余热发电技术和纯低温不带补燃的余热发电技术目前都存在以下 三个问题①传热管经常被灰堵，时间稍长余热锅炉的效率就逐步降低，直至无法满足发电 需要，而这个过程目前大约三个月_六个月左右就可能会发生一次，造成系统不得不停机 检修②传热管被颗粒物冲刷时间一长就会发生磨损以至泄漏，造成系统瘫痪，甚至影响生 产线的安全和正常运行。(如水泥生产线余热发电，约半年左右就可能产生此问题)③经余 热发电利用后的烟气一般在150°C左右就被排入大气，被热电厂放的低温余热占到整个余 热资源的30%左右，此部分余热在上述带补燃锅炉的余热发电技术和纯低温不带补燃的余 热发电技术的系统里均得不到有效利用。④部分窑炉的烟气含燃料气，以一氧化碳和氢气 为主，这二种气体具有高爆性，如果有空气进入就会引发爆炸，因这个安全原因也造成部分 应建余热项目不得放弃。
发明内容
为克服如上所述技术上存在的四个缺陷和问题，本发明的目的是提供一种余热发 电及供暖一体化设备系统及工艺流程，使水泥、冶金、钢铁、化工、陶瓷等工业生产领域的中 低温烟气余热能得以更高效利用，使余热综合利用效率达到80%以上，同时杜绝传热管磨 损、灰堵、爆炸等问题的产生，降低余热发电系统的设备故障率，提高系统的运行效率和安 全性。为实现上述这种发明目的，本发明采用如下技术方案
所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，具有设置在余热锅炉前端的陶瓷 纤维高温除尘器，250-650°C左右的中低温烟气经除尘后，转化为干净且不含颗粒物的烟 气；烟气经极速导热式热管型余热发电锅炉，生成中高压蒸汽，中高压主蒸汽经混合后通过 管道进入补汽凝汽式汽轮机，低压蒸汽经补汽管道补入汽轮机；汽轮机尾部乏汽进入凝汽 器，凝结水通过凝结水泵和管道进入真空除氧器，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水 泵进入锅炉；经极速导热式热管型余热发电锅炉利用后排放的150°C左右的低温烟气进入 极速导热式供暖装置，产生80°C左右的热水后送入供暖系统，同时80°C左右的烟气经烟囱 直接排出。所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其设置在余热出口端的极速导热 式热管型余热锅炉采用立式自然循环，核心部件采用极速导热热管，具有效率高、传热快等 特点，是一种新型高效传热元件。常规水管锅炉水的汽化在水管内进行，水管内水沸腾容易 产生传热不稳定现象，极速导热式热管型余热锅炉水的汽化是在管外汽包内沸腾。常规锅 炉只能靠水管内表面对水传热，而热管可加肋片或翅片，传热面积则远大于水管，极速导热 式热管型余热锅炉的换热元件为单个的独立热管，其整体结构简单，有个别热管发生损坏， 不影响整个锅炉的运行，维修方便。具有以下特点①热管与锅体的连接为特殊密封的可拆卸的连接，结构新颖独特，如有损坏只要 更换其中单根或部分即可，这样设计既方便了设备的维修与维护，也提高了设备的投资经 济性。②根据工况的不同及烟气化学成分的组成，热管下部吸热段可为光管式也可设计 成翅片式。③热管放热段直接插入锅体中，既减少了换热中间环节，又降低了设备总体高度， 使厂房高度也得以降低，从而减少了总投资。④使用寿命长，运行维护简单，工人劳动强度低，安全性能好。膜式受热面，带有 两个汽包；烟气管路自上而下通过锅炉，先后经过布置在锅炉内部的高压过热器、高压蒸发 器，低压过热器、低压蒸发器和公共加热器；窑头余热锅炉前设置了相应的自然沉降除灰装 置；窑头锅炉的传热管为螺旋翅片管。所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其设置在余热出口的极速导热式 热管型余热锅炉传热管根据带翅片和不带翅片等结构的不同设置有各类型的脉冲式喷吹 装置，如图(2)所示烟气进入陶瓷除尘器后，内部用作脉冲气体的气源采用氦气，用氦气 作为喷吹用气、所有烟道停运前后充气保护气和引风机轴封气。通过这种工艺来隔绝空气 进入整个余热发电系统，以达到防止气体爆燃和因一氧化碳及氢气含量过高而引起的爆 炸。烟气输送用烟道和除尘器箱体及余热锅炉取热箱部分均采用紧固密封，包括所有仪表 接口、人孔、顶盖、法兰，防止空气进入。陶瓷纤维除尘器下部灰斗采用氮气闭锁旋转阀，每 班次排灰一次，保证良好密封和防止空气自灰斗进入系统。在陶瓷纤维除尘器箱体及余热 锅炉取热箱体上装有高防爆门，陶瓷纤维除尘器、余热锅炉等单独的分体设备前后端均设 置有旁路，当系统中含氧量超过3. 2%时，系统会自动切入旁路，保证主体设备正常运行。所述的中低温余热发电及供暖一体化系统的工艺流程，从余热锅炉出来后的 150°C左右烟气进入极速导热式热管型供暖装置，产生80°C左右的供暖用热水，热水经供暖 管路系统送出。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性该余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，由于其采用了极速导热式热管型余热 锅炉，在大幅提高余热利用效率，提高锅炉效率，杜绝了传统余热锅炉因传热管磨损而引发 系统瘫痪问题的发生，同时因为采用陶瓷纤维高温除尘器，将尘含量控制在50mg/m3之内， 所以灰堵的概率大大降低，从而提高整个余热发电系统的稳定性，确保连续运行的可靠性， 并且用氦气作为喷吹用气、所有烟道停运前后充气保护气和引风机轴封气，通过这种工艺 来隔绝空气进入整个余热发电系统，以达到防止气体爆燃和因一氧化碳及氢气含量过高而 引起的爆炸。另外一方面，发电与供暖可同步进行，就象热电联产一样，使余热资源的利用 效率超过80%以上，进一步降低生产企业的运行及生产成本。上述技术方案可根据工况调 整系统设备的配置，可调式的系统参数设计，确保最佳运行参数。由于上述技术方案100%利用废烟气发电和供暖，大大降低了热污染和生产企业 的生产成本，以25000T/D干法水泥生产线配套建设纯低温余热发电项目为例，相当于每年 少烧2. 5万吨煤，少向大气中排放3. 8万吨二氧化碳，利于环境保护，降低生产成本的同时 提高了企业的竞争力和企业形象，真正循着绿色循环经济的发展之路前行。上述技术方案设置烟气、汽轮机旁通系统，即使在锅炉或汽轮机发生故障时，也不 影响生产线的稳定生产。余热发电和供暖系统的运行对生产过程没有任何影响。该余热发电及供暖系统 90%以上可在国内有条件的压力容器厂自制或采购，设备投资较低，具有很好的投资经济 性。随着节能减排等国家战略和政策的进一步推广及实施，上述技术在高能耗等领域有着 非常好的推广和发展前景。图面说明
图1是余热发电及供暖一体化设备系统及工艺及工艺流程图如图1中所示1 一窑炉，2 —陶瓷纤维除尘器，3 一热管余热锅炉，4 一余热供暖装 置，5 —烟囱，6 —汽轮机，7 —发电机，8 —冷凝器，9 一水泵，10 一真空除氧器，11 一水泵，12
一冷却塔。图2是余热发电及供暖一体化设备系统及工艺流程中保护性氮气装置流程示意 图如图2中所示1 一窑炉，2 —除尘器，3 一灰斗，4 一热管余热锅炉，5 —热管供热 装置，6 —高温引风机，7 —烟囱，8 —氮气，9 一氮气加热器。
具体实施例方式如图1、2中所示余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，具有设置在烟气出口 的全部承担加热功能和生成中低压蒸汽的热管余热锅炉(3)；余热锅炉所生成的中低压主 蒸汽经混合后通过管道进入补汽凝汽式汽轮机(6)，低压蒸汽经补汽管道补入汽轮机汽 轮机尾部乏汽进入凝汽器(8)，凝结水通过凝结水泵(9)和管道进入真空除氧器(10)，在除 氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵(9)进入锅炉；换热后的废气经管路进入余热供暖装 置(4)，经烟囱(5)排出。在进入除尘器的锅炉进出口段，根据图2中所示烟气经图2中 氮气(8)及氮气加热器(9)进行保护，以避免出现爆气或爆燃等意外情况的发生。除盐水通过给水泵(9)进入窑头余热锅炉(3)，余热锅炉产生的蒸汽分别进入补汽凝汽式汽轮机(6)，蒸汽做功后进入凝汽器(8)内凝结成水，凝结水通过给水泵(9)进入 余热锅炉。
权利要求
一种适用于冶金行业窑炉和水泥及玻璃窑炉的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其特征在于所述的余热发电及供暖一体化设备系统，具有设置在余热出口端的承担生成中高压蒸汽的极速导热型热管式余热锅炉(3)；设置在余热锅炉前端的能耐8000c陶瓷纤维高温除尘器(2)；设置在余热锅炉后端的极速导热型热管式供暖装置(4)；烟气经陶瓷纤维高温除尘器脱除掉尘和颗粒物；尘含量小于50mg/m3的烟气经极速导热型热管式余热锅炉生成中高压蒸汽；中高压蒸汽通过输汽管道进入补汽凝汽式汽轮机(6)；汽轮机尾部乏汽进入凝汽器(8)，凝结水通过凝结水泵(9)和管道进入真空除氧器(10)，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵进入锅炉；经过余热发电锅炉降至1500c左右的烟气直接进入热管式供暖装置产生800c左右的供暖热水进入供暖系统；800c左右烟气经烟囱(5)排出。
2.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其特征在于所述的 中低温余热发电设备系统，在热管型余热锅炉前端设置有陶瓷纤维除尘器；陶瓷纤维除尘 器除尘效率达99. 99% ；陶瓷纤维除尘器使用寿命达8年以上。
3.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其特征在于陶瓷纤 维除尘材料由30%的陶瓷混合60%纤维物与其它高温粘合剂在一定温度下成形后制成， 耐高温达800摄氏度、不燃烧，过滤效率高，过滤后排放气体浓度最高能低至lmg/m3，过滤 精度高，可以过滤直径小于1微米的尘粒，可以使用8年之久而不用更换，耐强酸强碱等化 学腐蚀。
4.所述的中低温余热发电设备系统，其设置在烟气出口端的余热锅炉(3)采用热极速 导热管作传热管，烟一汽分离设计，烟气在极速导热管下端运行，水在汽包内直接与极速导 热管上端接触；极速导热管为密封结构，管内是特殊传热介质，管内不走水。
5.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其特征在于所述的 余热发电及供暖一体系统的极速导热型余热供暖装置(4)是利用150°C左右的废气经换热 后成生80°C的热水，80°C的热水由泵引入原有或新建的供暖系统作供暖热暖用。剩余低温 废气通过烟囱(5)排入大气。
6.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于所 述的中低温余热发电及供暖一体化系统的工艺流程从窑炉(1)出来的约280-6500C的废 气进入陶瓷纤维高温除尘器将尘含量控制在50mg/m3以内，杜绝灰堵传热管及避免颗粒物 对传热管的磨损；从陶瓷纤维高温除尘器(2)出来的干净废气进入极速导热式热管型余 热锅炉(3)；余热锅炉产生的中高压蒸汽通过输汽管进入汽轮机；蒸汽在汽轮机内进行能 量转换，汽轮机拖动发电机进行发电；做功后的乏汽进入凝汽器(8)，凝结水则通过轴封加 热器进入真空除氧器(10)，然后通过给水泵(9)送入余热锅炉；余热锅炉排污水通过排污 管道分别进入定排扩容器及连排扩容器，定排扩容器及连排扩容器内污水进入配套的降温 池；汽轮机尾部乏汽经冷凝器冷却后变为冷凝水，给水先后经过加热器、低压蒸发器、低压 过热器、高压蒸发器、高压过热器，与烟气进行逆向对流换热；给水在加热器被加热成为饱 和热水后，进入锅炉汽包；经余热锅炉换热后的1500C左右的低温烟气进入极速导热型供 暖装置，生成800C左右的热水送入供暖管道系统。
7.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于烟 气进入陶瓷除尘器后，内部用作脉冲气体的气源采用氦气，用氦气作为喷吹用气、所有烟道停运前后充气保护气和引风机轴封气。通过这种工艺来隔绝空气进入整个余热发电系统， 以达到防止气体爆燃和因一氧化碳及氢气含量过高而引起的爆炸。
8.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于烟 气输送用烟道和除尘器箱体及余热锅炉取热箱部分均采用紧固密封，包括所有仪表接口、 人孔、顶盖、法兰，防止空气进入。
9.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于陶 瓷纤维除尘器下部灰斗采用氮气闭锁旋转阀，每班次排灰一次，保证良好密封和防止空气 自灰斗进入系统。
10.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于在 陶瓷纤维除尘器箱体及余热锅炉取热箱体上装有高防爆门。
11.如权利要求1所述的余热发电及供暖一体化系统设备的工艺流程，其特征在于 陶瓷纤维除尘器、余热锅炉等单独的分体设备前后端均设置有旁路，当系统中含氧量超过 3. 2%时，系统会自动切入旁路，保证主体设备正常运行。
全文摘要
一种余热发电设备系统和工艺，由设置在余热出口端的陶瓷纤维除尘装置(2)；承担发电用蒸汽制备装置的极速导热型热管式余热锅炉(3)；锅炉烟气排入口设置一极速导热型供暖装置(4)；极速导热式热管余热锅炉所生成的中高压主蒸汽经混合后通过管道进入补汽凝汽式汽轮机(6)，低压蒸汽经补汽管道补入汽轮机(6)；汽轮机尾部乏汽进入凝汽器(8)，凝结水通过凝结水泵(9)和管道进入真空除氧器(10)，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵进入热管式余热锅炉(3)；锅炉后端排放的低温烟气送入极速导热型供暖装置(4)。该一体化系统余热利用效率平均提高60％以上，较大幅度地降了企业的单位能耗，并解决了中低温余热发电系统中锅炉因灰堵和换热管磨损造成的系统运行不稳定的问题，综合发电效率提高30％以上。
文档编号B01D46/30GK101852555SQ20091008077
公开日2010年10月6日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者童裳慧 申请人:童裳慧