一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，包括烧结矿冷却机、热媒换热器、冷却塔、ORC机组和热水制冷机组。烧结矿冷却机包括高温冷却段和低温冷却段，低温冷却段产生的低温废气送至热媒换热器，热媒换热器产生的冷却废气通过引风机送至烧结矿冷却机台面，用于热风烧结，热媒换热器产生的热媒优先用于直接供热，其次，作为ORC机组的热源，再次，作为热水制冷机组的驱动热源。
【专利说明】
一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及能源高效利用领域，尤其涉及一种烧结过程余热资源高效回收与梯级利用的系统与方法。
【背景技术】
[0002]热态烧结矿冷却时产生大量余热资源转移到冷却气体中，并沿着冷却流程分别形成中、低温热废气，其中300°C以上(通常低于450°C)中温废气余热部分直接利用、部分通过余热锅炉产生中压蒸汽用于供热或发电外，大量低温(300°C以下)废气余热资源放散到大气或周边环境中，导致能源浪费、环境污染、成本上升等不利因素。在长流程钢铁流程六大典型工序中，烧结工序余热资源回收率最低，仅约22%，远低于行业平均水平35%，烧结工序不同品位余热资源逐级回收与梯级利用是烧结工序节能领域长期研究热点和关注方向。
[0003]专利1“烧结过程余热资源高效回收与利用装置及方法CN201110058524”提出了“分级回收与梯级利用技术的核心是:将冷却机前端的一段、二段冷却废气经除尘后通入余热锅炉，产生的蒸汽用于发电；将冷却机中部的三段冷却废气返回到点火炉和烧结机台面分别用于点火助燃与热风烧结;将温度较高的烧结烟气引入到点火炉前用于烧结混合料干燥”。该专利技术存在两个方面问题:将冷却机前端高温废气用于蒸汽回收发电、中部中温冷却废气用于烧结点火以节约煤气不符合能源梯级利用思想，一方面用冷却机前端高温冷却废气(300-430°C不同温度分布)进行蒸汽发电，能源转换效率仅20%，导致能源浪费；另一方面，利用冷却机中部中温废气(150-20(TC)进行烧结点火，由于其温度低，节约高品位能源一一煤气有限。同时，利用第5段低温冷却废气继续冷却第4段和第3段的的思路也不妥当未见成功实施案例，主要因为:(I)因阻力大幅增加、系统漏风率大导致实际无法实施；
(2)导致第3、4段入口废气温度上升，影响烧结机冷却效果，不利于产品质量保证，本末倒置。
[0004]专利2“烧结过程中余热资源分级回收与梯级利用的方法及其装置CN200910187381”提出了“一种冶金烧结过程中余热资源分级回收与梯级利用的方法，其特征在于:将炽热的烧结矿装入到一个竖式封闭的罐体中，烧结矿的温度为800°C?950°C ;然后从该罐体底部通入常温空气，空气流量与烧结矿处理量的比值，即:气固比为2000:2500Nm3/t，使炽热的烧结矿在该罐体内与空气充分接触进行冷却，冷却后的烧结矿由罐体底部排出，而与烧结矿充分接触后的携带烧结矿全部显热的空气则从罐体上部排出，并经过除尘后通入余热锅炉生产蒸汽，生产的蒸汽并入蒸汽管网或进行发电”。该专利建立在新型烧结矿竖式冷却工艺基础上，烧结矿竖式冷却处于理论研究阶段，世界上还没有成功的案例。
[0005]综上所述，现有烧结工艺均采用环式或带式冷却工艺，没有竖式冷却工艺，针对现有烧结机，目前余热回收不合理的地方或存在的问题:(I)烧结余热总体回收率极低，仅22%左右。主要因为:烧结矿冷却工艺将高温(750°C)烧结矿余热资源变成了中低温(450-80°C)废气余热资源，余热品位总体偏低。(2)现有烧结余热回收工艺仅回收中温(300°C以上)废气余热资源，低温余热直接排放，未被回收，导致能源浪费；(3)烧结低温余热资源总量大，而烧结区域内热用户少，热源与用户需求的不匹配影响余热利用。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是提供一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其充分利用烧结低温余热，实现烧结低温余热热电冷多联供，满足不同用户需求，大幅度提高烧结余热回收率。
[0007]本实用新型结合烧结低温余热资源大、用户少的特点，按照能源梯级利用的思想，利用低温余热与区域内热用户、电力用户、制冷用户进行耦合，实现烧结低温余热热电冷多联供，可同时提供蒸汽、热水、热风、电力、制冷等满足不同用户需求，从而大幅提高烧结余热回收率。
[0008]本实用新型解决现有问题所采用的技术方案从系统的角度，结合余热资源“量”和“质”的特点，按照“因地制宜、热尽其用;温度对口、梯级利用”总体思路出一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，包括:具有热量回收紧凑布置的冷却机，形成与生产工艺一体化的高效逐级回收系统，分别逐级回收热风、热媒(例如低压蒸汽、热水等)；生产热风节约烧结矿冷却机燃料的热风循环系统;热媒用于有机工质郎肯循环(ORC)发电系统;冷凝水或低温热水空调制冷替代电空调或进入采暖系统。
[0009]本实用新型通过中间热媒(例如热水、导热油等)回收低温余热，采用热水作为热媒时，设置定压系统，将变工况热源变成稳定的能源输出，便于后续利用。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0011 ] —种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，包括烧结矿冷却机、热媒换热器、ORC机组和热水制冷机组，所述烧结矿冷却机与所述热媒换热器连接，所述热媒换热器与所述ORC机组连接，所述ORC机组与所述热水制冷机组连接；
[0012]所述烧结矿冷却机包括高温冷却段和低温冷却段，所述高温冷却段产生的高温冷却废气优先回送至所述烧结矿冷却机，用于所述烧结矿冷却机的点火助燃，其次，所述高温冷却段产生的高温冷却废气送至余热锅炉，用于余热锅炉生产中压蒸汽，余热锅炉产生的冷却废气通过循环风机引回至所述烧结矿冷却机，用于冷却烧结矿，所述低温冷却段产生的低温废气送至所述热媒换热器，所述热媒换热器产生的冷却废气通过引风机送至烧结矿冷却机台面，用于热风烧结，所述热媒换热器产生的热媒优先直接供热，其次，作为所述ORC机组的热源，再次，作为所述热水制冷机组的驱动热源。
[0013]较佳的，所述ORC机组包括第一蒸发器、预热器、透平发电机、回热器和第一冷凝器，所述第一蒸发器分别与所述透平发电机和所述预热器连接，所述透平发电机与所述回热器的气体入口连接，所述回热器的气体出口所述第一冷凝器的入口连接，所述第一冷凝器的出口与所述回热器的液体入口连接，所述回热器的液体出口与所述预热器连接；
[0014]所述热媒换热器向所述预热器和所述第一蒸发器提供热源，加热所述预热器和所述第一蒸发器内的有机工质，所述透平发电机在来自所述第一蒸发器的气态有机工质的膨胀做功下输出电能，从所述回热器的气体入口进入的气态有机工质加热从所述回热器的液体入口进入的液态有机工质，所述第一冷凝器将来自回热器的气体出口的气态有机工质冷凝成液态有机工质，一冷却塔向所述第一冷凝器提供所需的冷却水。
[0015]较佳的，所述热水制冷机组包括发生器、吸收器、第二冷凝器和第二蒸发器，所述发生器分别与所述第二冷凝器连接、所述吸收器和所述ORC机组连接，所述第二冷凝器分别与所述第二蒸发器和所述ORC机组连接，所述第二蒸发器与所述吸收器连接；
[0016]所述第二冷凝器将高压制冷剂气体冷凝成高压制冷剂液体，所述蒸发器将来自于所述第二冷凝器的高压制冷剂溶液蒸发制冷，所述吸收器中的吸收剂吸收来自所述蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，所述ORC机组向所述发生器提供热源，所述发生器将来自所述第二蒸发器的富含制冷剂的溶液加热，使得溶液重新恢复到原来的成分，一冷却塔提供所述吸收器所需的冷却水。
[0017]进一步地，一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统还包括定压补水装置，所述定压补水装置与所述热媒换热器连接，所述定压补水装置向所述热媒换热器补水。
[0018]进一步地，所述冷却塔同时向所述ORC机组和所述热水制冷机组提供冷却水。
[0019]所述烧结矿冷却机采用环式或带式冷却工艺。
[0020]所述烧结矿冷却机为一体化设计。
[0021]本实用新型所采用的技术方案带来的有益技术效果是:
[0022]烧结矿冷却机一体化设计提高换热效率以及增加烧结矿辐射热的回收；
[0023]采用多热源ORC发电技术增加了低品位能源利用渠道，提高回收率；
[0024]利用ORC发电后的蒸汽冷凝水或者热媒余热进行制冷，替代电力制冷，实现梯级利用；
[0025]通过余热回收效率最大化，能够明显降低烧结工序能耗，节约能源，减少排放，产生良好的经济和社会效益。
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型一实施例的烧结低温余热资源热电冷多联供系统示意图；
[0027]图中，201-热水换热器；202-引风机；203-循环水栗；204-预热器；205-第一蒸发器;206-工质栗;207-第一冷凝器;208-回热器;209-透平发电机;210-有机工质；211-热水制冷机组;301-定压补水装置。
【具体实施方式】
[0028]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。
[0029]参见图1，一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，包括烧结矿冷却机、热媒换热器201、冷却塔、ORC机组和热水制冷机组211，烧结矿冷却机与热媒换热器201连接，热媒换热器201与ORC机组连接，ORC机组与热水制冷机组211连接；
[0030]烧结矿冷却机产生的300_450°C的高温冷却废气的一部分回送至烧结矿冷却机，用于烧结矿冷却机的点火助燃，烧结矿冷却机产生的300-450°C的高温冷却废气的剩余部分送至余热锅炉，用于余热锅炉生产中压蒸汽，余热锅炉产生的冷却废气通过循环风机引回至烧结矿冷却机，用于冷却烧结矿，烧结矿冷却机产生的300 °C以下的中低温冷却废气送至热媒换热器201，热媒换热器201产生的冷却废气通过引风机202送至烧结矿冷却机台面，用于热风烧结。热媒换热器201产生的热媒(例如热水)优先直接供热，其次，作为ORC机组的热源，再次，作为热水制冷机组的驱动热源。
[0031]ORC机组包括第一蒸发器205、预热器204、透平发电机209、回热器208和第一冷凝器207，第一蒸发器205分别与透平发电机209和预热器204连接，透平发电机209与回热器208的气体入口连接，回热器208的气体出口与第一冷凝器207的入口连接，第一冷凝器207的出口通过工质栗206与回热器208的液体入口连接，回热器208的液体出口与预热器204连接；
[0032]热媒换热器201向预热器204和第一蒸发器205提供热源，加热预热器204和第一蒸发器205内的有机工质210，来自第一蒸发器205的气态有机工质210对透平发电机209膨胀做功，使得透平发电机209输出电能，从回热器208的气态入口进入的气态有机工质210加热从回热器208的液态入口进入的液态有机工质210，第一冷凝器207将来自回热器208的气体出口的气态有机工质210冷凝成液态有机工质210，第一冷凝器207的出口通过工质栗206将液态有机工质210升压后依次输出至回热器208、预热器204和第一蒸发器205，一冷却塔向第一冷凝器207提供所需的冷却水。
[0033]热水制冷机组211包括发生器、吸收器、第二冷凝器和第二蒸发器，发生器分别与第二冷凝器连接、吸收器和ORC机组连接，第二冷凝器分别与第二蒸发器和ORC机组连接，第二蒸发器与吸收器连接；
[0034]第二冷凝器将高压制冷剂气体冷凝成高压制冷剂液体，蒸发器将来自于第二冷凝器的高压制冷剂溶液蒸发制冷，吸收器中的吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，发生器将来自第二蒸发器的富含制冷剂的溶液加热，使得溶液重新恢复到原来的成分，一冷却塔提供冷却水冷却吸收器。
[0035]一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统还包括定压补水装置301，定压补水装置301通过循环水栗203与热媒换热器201连接，定压补水装置301向热媒换热器201补水。
[0036]冷却塔同时向ORC机组和热水制冷机组211提供所需冷却水。
[0037]烧结矿冷却机采用环式或带式冷却工艺。
[0038]烧结矿冷却机为一体化设计。
[0039]本实用新型的工作过程:
[0040]烧结冷却机内的烧结矿分段由空气冷却，得到不同温度的冷却废气，其中300-450°(:的高温冷却废气的一部分回送至所述烧结矿冷却机，用于所述烧结矿冷却机的点火助燃，300-450°C的高温冷却废气的剩余部分送至余热锅炉，用于余热锅炉生产中压蒸汽，而余热锅炉产生的冷却废气又引回烧结矿冷却机，用于冷却烧结矿，300°C以下的中低温冷却废气送至热媒换热器201，热媒换热器201产生的冷却废气被引风机202送至烧结矿冷却机台面，用于热风烧结。热媒换热器产生的热媒(例如热水)优先直接供热，其次，作为ORC机组的热源，再次，作为热水制冷机组的驱动热源；
[0041 ]进一步地，热媒换热器201产生的热媒作为热源，加热预热器204及第一蒸发器205内的有机工质210，有机工质210经加热蒸发后进入透平发电机209内膨胀做功带动透平发电机209输出电能，经透平发电机209降温降压后排出的有机蒸汽进入第一冷凝器前，进入回热器208加热工质栗的液态有机工质210，以提高系统热效率，一冷却塔提供冷却水给第一冷凝器，经过回热器208的有机工质210进入第一冷凝器被冷凝成液态有机工质210，液态有机工质210再由工质栗升压后经回热器208进入预热器204和蒸发器内再次被加热和蒸发，形成ORC循环发电，进一步地，热媒经ORC机组蒸发器机预热器204放热后也可以直接供执.JtW ，
[0042]进一步地，ORC机组向发生器提供热源，高压制冷剂气体在第二冷凝器中冷凝，产生的高压制冷剂液体经节流后到蒸发器蒸发制冷，在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用栗送到发生器，被加热后溶液中的制冷剂重新蒸发出来，进入第二冷凝器。另一方面，发生器的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，由冷却塔提供冷却水来冷却吸收液。在闭式循环水栗203进口设置定压补水装置301，保证闭式循环水在热媒换热器201内不被汽化。
[0043]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:包括烧结矿冷却机、热媒换热器、ORC机组和热水制冷机组，所述烧结矿冷却机与所述热媒换热器连接，所述热媒换热器与所述ORC机组连接，所述ORC机组与所述热水制冷机组连接； 所述烧结矿冷却机包括高温冷却段和低温冷却段，所述高温冷却段产生的高温冷却废气优先回送至所述烧结矿冷却机，用于所述烧结矿冷却机的点火助燃，其次，所述高温冷却段产生的高温冷却废气送至余热锅炉，用于余热锅炉生产中压蒸汽，余热锅炉产生的冷却废气通过循环风机引回至所述烧结矿冷却机，用于冷却烧结矿，所述低温冷却段产生的低温废气送至所述热媒换热器，所述热媒换热器产生的冷却废气通过引风机送至烧结矿冷却机台面，用于热风烧结，所述热媒换热器产生的热媒优先直接供热，其次，作为所述ORC机组的热源，再次，作为所述热水制冷机组的驱动热源。2.如权利要求1所述的烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:所述ORC机组包括第一蒸发器、预热器、透平发电机、回热器和第一冷凝器，所述第一蒸发器分别与所述透平发电机和所述预热器连接，所述透平发电机与所述回热器的气体入口连接，所述回热器的气体出口所述第一冷凝器的入口连接，所述第一冷凝器的出口与所述回热器的液体入口连接，所述回热器的液体出口与所述预热器连接； 所述热媒换热器向所述预热器和所述第一蒸发器提供热源，加热所述预热器和所述第一蒸发器内的有机工质，所述透平发电机在来自所述第一蒸发器的气态有机工质的膨胀做功下输出电能，从所述回热器的气体入口进入的气态有机工质加热从所述回热器的液体入口进入的液态有机工质，所述第一冷凝器将来自回热器的气体出口的气态有机工质冷凝成液态有机工质，一冷却塔向所述第一冷凝器提供所需的冷却水。3.如权利要求1所述的烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:所述热水制冷机组包括发生器、吸收器、第二冷凝器、第二蒸发器和冷却塔，所述发生器分别与所述第二冷凝器连接、所述吸收器和所述ORC机组连接，所述第二冷凝器分别与所述第二蒸发器和所述ORC机组连接，所述第二蒸发器与所述吸收器连接； 所述第二冷凝器将高压制冷剂气体冷凝成高压制冷剂液体，所述蒸发器将来自于所述第二冷凝器的高压制冷剂溶液蒸发制冷，所述吸收器中的吸收剂吸收来自所述蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，所述ORC机组向所述发生器提供热源，所述发生器将来自所述第二蒸发器的富含制冷剂的溶液加热，使得溶液重新恢复到原来的成分，所述冷却塔提供所述吸收器所需的冷却水。4.如权利要求1所述的烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:包括定压补水装置，所述定压补水装置与所述热媒换热器连接，所述定压补水装置向所述热媒换热器补水。5.如权利要求1所述的烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:包括一冷却塔，所述冷却塔与所述ORC机组和所述热水制冷机组连接，所述冷却塔向所述ORC机组和所述热水制冷机组提供冷却水。6.如权利要求1所述的烧结低温余热资源热电冷多联供系统，其特征在于:所述烧结矿冷却机采用环式或带式冷却工艺。
【文档编号】F27D17/00GK205561576SQ201620396383
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】陈志良, 曹先常, 张嘉陵, 钮坤, 庄华
【申请人】上海宝钢节能环保技术有限公司