专利名称：烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统和方法，属于 钢铁厂烧结余热发电技术领域。
背景技术：
根据文献资料，炼铁系统占钢铁生产总能耗的69.41%，其中烧结工序能耗约 占整个钢铁企业总能耗的9-12%，仅次于炼铁工序。烧结工艺余热资源主要有两大部 分1)占烧结过程总带入热量约45%的烧结矿显热，在冷却机高温段废气温度约为 350-4200C ； 2)占总带入热量约24%的烧结烟气显热，在烧结机尾风箱高温段排出的 废气温度为300-380°C。在烧结生产过程中，有50%左右的热能以烧结烟气和冷却机废 气的显热形式排入大气。根据相关统计数据，目前我国烧结工序余热回收利用率尚不足 30%,另外我国重点钢铁企业的烧结工序能耗平均值为64.83kgce/t，与国外先进水平相 比，能耗高7.2%，差距相当大。随着我国节能减排政策的深入人心，钢铁企业作为化石能源高消耗和环境高污 染的重要产业之一，逐渐意识到回收钢铁工艺生产过程中的余热和余压等二次能源进行 发电，可降低能耗，取得良好的经济、社会和环境效益。但是现阶段对于烧结工序而 言，我国的大部分钢铁企业仅仅回收了冷却机(包括带式冷却机和环式冷却机)前部高 温段风箱的废气(空气)余热，而占烧结工序总带入热量约24%的烧结烟气余热几乎没 有进行回收利用，烧结工序的余热资源没有得到全面、最大化的回收利用。典型的工程 如马钢二铁总厂2X300m2烧结带冷机余热发电工程于2005年9月投产发电，采用单压 和闪蒸技术的热力系统，系统装机容量为17.5MW。济钢二烧厂320m2烧结带冷机余热 发电工程于2007年3月投产发电，采用双压技术的热力系统，系统装机容量为9000kW。中国专利“一种烧结余热双源联合发电的方法及装置”(专利号 CN200910224720.5)中公开了一种利用烧结机机尾的高温烟气和烧结环冷机热废气的双 余热源回收发电装置，其采用一台单压余热锅炉回收环冷机废气余热产生中压主蒸汽， 一台热管余热锅炉回收烧结机机尾烟气余热产生低压蒸汽作为补汽，进入凝汽补汽式汽 轮发电机组做功发电。单压余热锅炉的排出的废气温度在150°C以上，热管余热锅炉产生 的蒸汽参数较低，造成余热回收利用总效率较低，该方法未能充分、合理地回收利用烧 结工序余热。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前运行和在建的大部分烧结工艺余热发电系统仅仅 回收冷却机冷却废气高温部分余热，而烧结机机尾的高温烟气则与烧结机前部的低温烟 气在大烟道内直接混合而放空，高温烟气余热资源没有得到充分利用而白白浪费，因此 提出一种充分利用烧结机机尾高温烟气和冷却机高温段废气余热的烧结机烟气与冷却机 废气余热联合回收发电系统和方法。
为实现上述发明目的，本发明的系统采用如下技术方案
烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，包括烧结机烟气余热利用系统、 冷却机废气余热利用系统、汽轮发电系统以及相关辅助系统，所述烧结机烟气余热利用 系统，包括一台主排余热锅炉用于回收烧结机尾部高温段烟气余热，所述主排余热锅炉 的烟气入口与烧结机尾部高温段大烟道通过风管相连，所述主排余热锅炉的烟气出口与 烧结机前部低温段大烟道通过引风机相连，所述烧结机的大烟道尾部高温段与前部低温 段之间设置一个高温电动蝶阀，所述大烟道的出口与静电除尘器的入口连接，所述静电 除尘器的出口与主抽风机的入口连接，所述主抽风机的出口与放散烟囱连通；所述冷却 机废气余热利用系统，包括一台冷却机余热锅炉用于回收冷却机高温废气余热，所述冷 却机中高温段上设置密封烟罩，所述冷却机余热锅炉废气入口与一根总风管相连，所述 冷却机余热锅炉废气出口与循环风机的入口相连，所述循环风机的出口与所述冷却机的 高温冷却风箱连通；所述主排余热锅炉的过热器出口及冷却机余热锅炉的高温过热器出 口与分汽缸入口相连，所述分汽缸出口与汽轮机的主汽门连接，所述冷却机余热锅炉的 低温过热器出口与汽轮机的补汽口相连，所述汽轮机与发电机相连。其中，冷却机余热锅炉采用双压热力系统，具有高压和低压两个汽包，并布置 公共省煤器；主排余热锅炉采用单压热力系统，设有省煤器、五级蒸发器和过热器；汽 轮机为补汽凝汽式汽轮机；冷却机可以采用环式冷却机或带式冷却机。本发明的方法采用如下技术方案
所述烧结机烟气余热利用系统，用高温电动蝶阀在烧结机大烟道内将机尾高温烟气 与前部低温烟气隔断，烧结机尾部高温烟气进入主排余热锅炉内，依次通过过热器、蒸 发器和省煤器进行换热冷却后由引风机送回大烟道与其前部的低温烟气混合，以保证大 烟道内的烟气温度在露点温度之上，以免烟气中的二氧化硫对设备的腐蚀；所述冷却机 废气余热利用系统，利用设置在冷却机中高温段上的烟罩收集中高温热废气，并通过沉 降室将其预除尘后送入冷却机余热锅炉，依次通过高温过热器、高温蒸发器、高温省煤 器、低温过热器、低温蒸发器和公共省煤器换热后，由循环风机将废气送回冷却机高温 段鼓风口，该处冷却机原先的鼓风机可停用；其中，所述冷却机余热锅炉采用双压热力 系统，具有高压和低压两个汽包，并布置公共省煤器；所述汽轮发电系统，主排余热锅 炉的过热蒸汽及冷却机余热锅炉的高温过热蒸汽在分汽缸混合后送至汽轮机的主汽门， 冷却机余热锅炉的低温过热蒸汽送至汽轮机的补汽口，蒸汽推动汽轮机做功并带动发电 机发电后，乏汽经过凝汽器冷凝成水，再由凝结水泵送至真空除氧器除氧后，通过锅炉 给水泵送至冷却机余热锅炉的公共省煤器加热，加热后的给水分成三路，一路送至冷却 机余热锅炉的低压汽包、一路送至冷却机余热锅炉的高温省煤器、一路送至主排余热锅 炉的省煤器，形成一个完整的循环回路。其中，冷却机中高温段的取风范围为靠近烧结矿落料口处冷却机的高温废气和 冷却机前段的中温废气。与常规的烧结冷却余热发电系统相比，本发明的优越性体现在(1)有效地 利用了烧结机机尾高温烟气和冷却机高温段热气余热资源，提高了烧结工艺的余热回收 利用效率，增加发电量；(2)通过在冷却机余热锅炉内设置公共省煤器，提高冷却机 余热锅炉和主抽余热锅炉的给水温度，充分利用冷却机高温废气余热；(3)采用余风再循环技术，提高冷却机高温段冷却风入口温度，从而增加冷却机余热锅炉的热废气取 风量和温度，增加系统发电效率。
图1是常规只回收烧结冷却机废气余热的发电系统。图2是本发明的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统。图中除已 经标明的文字外，1-烧结机；2-冷却机；3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g-风量调节阀； 4a、4b、4c-金属膨胀节；5-沉降室；6-冷却机余热锅炉；7-分汽缸；8-循环风机； 9_主排余热锅炉；10-引风机；11-高温电动蝶阀；12-大烟道；13-汽轮机；14-锅 炉给水泵；15-真空除氧器；16-凝汽器；17-凝结水泵；18-循环冷却水泵；19-冷却 塔；20-发电机；21-静电除尘器；22-主抽风机；23-放散烟囱。
具体实施例方式以下结合附图和实施例作进一步说明。如图2所示，本发明的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，利用 一台主排余热锅炉9回收烧结机1尾部高温段烟气余热，主排余热锅炉9烟气入口与烧结 机1尾部高温段大烟道12通过风管相连，高温烟气在主排余热锅炉9内换热冷却后由一 台引风机10送入烧结机1前部低温段大烟道12，大烟道12出口与静电除尘器21入口连 接，主抽风机22入口与静电除尘器21出口连接，主抽风机22出口与放散烟囱23连通。利用一台冷却机余热锅炉6回收冷却机2高温废气余热，冷却机2中高温段上 设置密封烟罩，取出可利用的废气余热，并汇至一根总风管，总风管与冷却机余热锅炉6 废气入口相连，冷却机余热锅炉6废气出口与循环风机8入口相连，循环风机8出口与冷 却机2的高温冷却风箱连通。主排余热锅炉9的过热器出口及冷却机余热锅炉6的高温过热器出口与分汽缸7 入口相连，分汽缸7出口与汽轮机13主汽门连接，所属的冷却机余热锅炉6的低温过热 器出口与汽轮机13补汽口相连，汽轮机13与发电机20相连。具体工艺流程在烧结机1大烟道12内将机尾高温烟气与前部低温烟气用高温 电动蝶阀11隔断，高温烟气进入主排余热锅炉9内，依次通过过热器、蒸发器和省煤器 进行换热冷却后由一台引风机10送回大烟道12与其中的低温烟气混合，以保证大烟道12 内的烟气温度在露点温度之上，以免烟气中的二氧化硫对设备的腐蚀；利用设置在冷却 机2中高温段上的烟罩收集中高温热废气，并通过沉降室5将其预除尘后送入冷却机余热 锅炉6，依次通过高温过热器、高温蒸发器、高温省煤器、低温过热器、低温蒸发器和公 共省煤器换热后，由循环风机8将废气送回冷却机2高温段鼓风口，该处冷却机2原先的 鼓风机可停用；冷却机余热锅炉6采用双压热力系统，具有高压和低压两个汽包，并布 置公共省煤器；主排余热锅炉9的过热蒸汽及冷却机余热锅炉6的高温过热蒸汽在分汽缸 7混合后送至汽轮机13的主汽门，冷却机余热锅炉6的低温过热蒸汽送至汽轮机13的补 汽口，蒸汽推动汽轮机13做功并带动发电机20发电后，乏汽经过凝汽器16冷凝成水， 再由凝结水泵17送至真空除氧器15除氧后，通过锅炉给水泵14送至冷却机余热锅炉6 的公共省煤器加热，加热后的给水分成三路，一路送至冷却机余热锅炉6的低压汽包、一路送至冷却机余热锅炉6的高温省煤器、一路送至主排余热锅炉9的省煤器，形成一个 完整的循环回路。其中，冷却机中高温段的取风范围为靠近烧结矿落料口处冷却机的高温废气和 冷却机前段的中温废气。为了便于对本发明的进一步理解，下面以现有的一条265m2烧结生产线的烧结 机烟气与环冷机废气余热联合回收发电系统为例，进一步对本发明进行描述，但不限于 实施例。烧结机烧结面积265m2 环冷机冷却面积290m2
烧结机主抽机2台，每台风量13000m3 (工况)/min
环冷机鼓风机5台，风量35X 104Nm7h，风压约4000Pa，风温20°C
环冷机废气量38X 104Nm3/h，温度360°C
烧结机机尾高温烟气量15X104Nm3/h，温度320°C，
表1为265m2烧结线采用本发明和常规烧结环冷机余热发电系统的发电量的比较 表权利要求
1.烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，包括烧结机烟气余热利用系 统、冷却机废气余热利用系统、汽轮发电系统以及相关辅助系统，其特征在于所述烧结机烟气余热利用系统，包括一台主排余热锅炉(9)用于回收烧结机(1) 尾部高温段烟气余热，所述主排余热锅炉(9)的烟气入口与烧结机(1)尾部高温段大 烟道(12)通过风管相连，所述主排余热锅炉(9)的烟气出口与烧结机(1)前部低温 段大烟道(12)通过引风机(10)相连，所述烧结机(1)的大烟道(12)尾部高温段 与前部低温段之间设置一个高温电动蝶阀(11)，所述大烟道(12)的出口与静电除尘 器(21)的入口连接，所述静电除尘器(21)的出口与主抽风机(22)的入口连接，所 述主抽风机(22)的出口与放散烟囱(23)连通；所述冷却机废气余热利用系统，包括一台冷却机余热锅炉(6)用于回收冷却机 (2)高温废气余热，所述冷却机(2)中高温段上设置密封烟罩，所述冷却机余热锅 炉(6)废气入口与一根总风管相连，所述冷却机余热锅炉(6)废气出口与循环风机 (8)的入口相连，所述循环风机(8)的出口与所述冷却机(2)的高温冷却风箱连 通；所述主排余热锅炉(9)的过热器出口及冷却机余热锅炉(6)的高温过热器出口与 分汽缸(7)入口相连，所述分汽缸(7)出口与汽轮机(13)的主汽门连接，所述冷却 机余热锅炉(6)的低温过热器出口与汽轮机(13)的补汽口相连，所述汽轮机(13) 与发电机(20)相连。
2.根据权利要求1所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，其特征 在于所述汽轮机(13)为补汽凝汽式汽轮机。
3.根据权利要求1或2所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，其特 征在于所述冷却机余热锅炉(6)采用双压热力系统，具有高压和低压两个汽包，并 布置公共省煤器。
4.根据权利要求3所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，其特征 在于，所述主排余热锅炉(9)采用单压热力系统，设有省煤器、五级蒸发器和过热器。
5.根据权利要求1或2所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统，其特 征在于所述冷却机(2)是环式冷却机或带式冷却机。
6.根据权利要求1所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电方法，其特征在于所述烧结机(1)烟气余热利用系统，用高温电动蝶阀(11)在烧结机(1)大烟道 (12)内将机尾高温烟气与前部低温烟气隔断，烧结机(1)尾部高温烟气进入主排余热 锅炉(9)内，依次通过过热器、蒸发器和省煤器进行换热冷却后由引风机(10)送回 大烟道(12)与其前部的低温烟气混合，以保证大烟道(12)内的烟气温度在露点温度 之上，以免烟气中的二氧化硫对设备的腐蚀；所述冷却机(2)废气余热利用系统，利用设置在冷却机(2)中高温段上的烟罩收 集中高温热废气，并通过沉降室(5)将其预除尘后送入冷却机余热锅炉(6)，依次通 过高温过热器、高温蒸发器、高温省煤器、低温过热器、低温蒸发器和公共省煤器换热 后，由循环风机(8)将废气送回冷却机(2)高温段鼓风口，该处冷却机(2)原先的 鼓风机可停用；其中，所述冷却机余热锅炉(6)采用双压热力系统，具有高压和低压两个汽包，并 布置公共省煤器；所述汽轮发电系统，主排余热锅炉(9)的过热蒸汽及冷却机余热锅炉(6)的高温 过热蒸汽在分汽缸(7)混合后送至汽轮机(13)的主汽门，冷却机余热锅炉(6)的 低温过热蒸汽送至汽轮机(13)的补汽口，蒸汽推动汽轮机(13)做功并带动发电机 (20)发电后，乏汽经过凝汽器(16)冷凝成水，再由凝结水泵(17)送至真空除氧器 (15)除氧后，通过锅炉给水泵(14)送至冷却机余热锅炉(6)的公共省煤器加热， 加热后的给水分成三路，一路送至冷却机余热锅炉(6)的低压汽包、一路送至冷却机余 热锅炉(6)的高温省煤器、一路送至主排余热锅炉(9)的省煤器，形成一个完整的循 环回路。
7.根据权利要求6所述的烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电方法，其特征在 于所述冷却机(2)中高温段的取风范围为靠近烧结矿落料口处冷却机的高温废气和 冷却机前段的中温废气。
全文摘要
本发明公开了一种烧结机烟气与冷却机废气余热联合回收发电系统和方法，属于钢铁厂烧结余热发电技术领域。该发电系统包括烧结机烟气余热利用系统、冷却机废气余热利用系统、汽轮发电系统以及相关辅助系统，其中利用一台主排余热锅炉用于回收烧结机尾部高温段烟气余热，利用一台冷却机余热锅炉回收冷却机高温废气余热，还在烧结机尾部大烟道的高温段与低温段之间设置一个高温电动蝶阀，阻止低温烟气与高温烟气直接混合而降低烟气取风温度，保证高温烟气进入主排余热锅炉进行余热回收。本发明有效地利用了烧结机机尾高温烟气和冷却机高温段热气余热资源，提高了烧结工艺的余热回收利用效率，增加了余热发电系统发电量。
文档编号F01K11/02GK102012167SQ20101052362
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者何张陈, 侯宾才, 宋纪元, 屠正瑞, 方明, 杨宏宜, 王静 申请人:南京凯盛开能环保能源有限公司