专利名称：铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备的制作方法
技术领域：
铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备技术领域[0001]本实用新型涉及铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电及除尘技术领域。
背景技术：
[0002]钢铁工业每年消耗大量能源，冶炼过程中产生的高温烟气和设备散热带走了大量能量。由于铁合金炉炼钢烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在950°C左右，粉尘浓度达22g/Nm3，小于6um的灰占粉尘总量的72%以上，粉尘量大，并且粘而细。并且烟气温度剧烈波动，含尘量大，普通水列管余热锅炉很难运用于铁合金炉烟气的余热回收。目前，热管换热器已经成功运用到铁合金炉的烟气余热回收中，但由于热管的固有缺陷(造价高、不抗冻、不耐高温、使用年限短)，使得热管余热回收装置在钢铁行业的普及还面临很多问题。[0003]由于烟气中含有大量的粉尘，粘而细的粉尘在换热元件上出现积灰、堵塞现象，不仅影响换热效率，造成余热锅炉产汽量不足，更为严重的是由于余热锅炉堵灰，系统运行不稳定，造成冶炼生产无法正常进行，被迫停产检修。[0004]同时，由于铁合金炉烟气温度波动剧烈，波幅大，余热回收装置就必须设计得足够大，确保高温烟气也能有效冷却。但实际蒸汽产量却远低于余热回收装置的最大蒸发量，出现大马拉小车的局面。这就相对减少了余热回收装置的经济价值，增加了余热回收装置的投资。发明内容[0005]本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供一种能够有效降低铁合金炉烟气温度波动幅度的带有蓄热均温器的多级有机朗肯循环余热发电装置，该装置不仅能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，拖动除尘风机，同时可降低烟气的排放温度，得到很好的环保效果，粉尘排放浓度6mg/Nm3。[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备，包括水冷烟道、燃烧沉降室、蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒，其特征在于所述燃烧沉降室通过管道顺序连接蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒，所述蓄热均温器包括烟气进口、碳碳复合材料蓄热体、振打清灰装置、烟气出口和灰斗，所述碳碳复合材料蓄热体设置于烟气进口和烟气出口之间，所述振打清灰装置分段布置于蓄热体之间。所述余热集聚室内安装有等流速热管换热器，等流速热管换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，等流速热管换热器的热水出口接高压级蒸发器的热水进口，高压级蒸发器的冷水出口接中压级蒸发器的热水进口，中压级蒸发器的冷水出口接低压级蒸发器的热水进口，低压级蒸发器的冷水出口接循环水池，循环水池与换热器给水泵连接，构成一个回路。低压级蒸发器的工质进口端与低压级工质加压泵的高压出口端连接，低压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵的进口端连接，中压级工质加压泵的出口端连接中压级蒸发器，中压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵的进口端连接，高压级工质加压泵的出口端连接高压级蒸发器，高压级蒸发器的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平的下部接口通过管道与冷凝器的进气口连接，冷凝器的液相出口通过管道与低压级工质加压泵的低压进口端连接，带补汽口有机透平与三相发电机连接，冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，冷凝器的另一个端部接冷却塔，冷却塔与循环水泵连接， 构成一个回路。[0007]其进一步特征在于采用R236ea为循环有机工质。[0008]本实用新型的有益效果是由于铁合金炉烟气温度波动剧烈，烟气温度峰值高，当烟气经过本实用新型的蓄热均温器处理后，烟气温度波动幅度可以大为减少，同时也降低了烟气温度的峰值。经过蓄热均温器的烟气进等流速热管换热器，由于烟气温度峰值降低， 可以使余热发电装置投资减少；烟气温度波动幅度减少，则有利于提高余热发电装置的稳定性，延长使用寿命。[0009]该发电设备与单级单压有机朗肯循环最大的区别在于，该发电设备在有机工质高、中、低蒸发器里采用多级蒸发的措施，利用热水的低温段(进口 90°C，出口 60°C )加热工质产生低压工质蒸汽，进入有机透平的低压补汽口膨胀做功；利用热水的中温段(进口 120°C，出口 90°C )加热工质产生中压工质蒸汽，进入有机透平的中压补汽口膨胀做功；利用饱和水蒸汽的高温段(进口 150°C，出口 120°C )加热工质产生高压工质蒸汽，进入有机透平的高压缸膨胀做功；实现余热流对有机工质的梯级分压加热，这样就在各级受热面中减少了余热流与工质间的传热温差的不均衡性，降低了由于温差传热不可逆损失带来的熵增，可在单级蒸发有机朗肯循环热效率的基础上提高10 20%，降低了烟气的排放温度， 由于烟气的排放温度可以维持在100°C，布袋除尘器中的滤料可选用价格最低的涤纶针刺毡布袋，降低了投资及运行费用；排放浓度低，可以确保排放粉尘浓度在6mg/Nm3。[0010]本实用新型的优点在于[0011]1.可以缓解烟气温度的骤升骤降；[0012]2.解决热胀冷缩问题；[0013]3.等流速热管换热器不积灰，不堵塞；[0014]4.延长设备的使用寿命；[0015]5.提高余热发电装置效率10 20% ；[0016]6.减少余热发电装置投资；[0017]7.可以减少混入冷风量，节约除尘能耗。
[0018]图1为本实用新型的装置结构示意图。[0019]图1中1.铁合金炉，2.水冷烟道，3.燃烧沉降室，4.蓄热均温器，5.烟气进口， 6.碳碳复合材料蓄热体、7.灰斗，8.振打清灰装置，9.烟气出口，10.余热集聚室，11.等流速热管换热器，12.除尘器，13.主风机，14.排气筒，15.换热器给水泵，16.循环水池， 17.低压级蒸发器，18.中压级蒸发器，19.高压级蒸发器，20.低压级工质加压泵，21.中压级工质加压泵，22.高压级工质加压泵，23.带补汽口有机透平，24.三相发电机，25.循环水泵，26.冷凝器，27.冷却塔。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。[0021]本实用新型中铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备包括水冷烟道2、燃烧沉降室3、蓄热均温器4、余热集聚室10、除尘器12、主风机13、排气筒14，其特征在于所述燃烧沉降室3通过管道顺序连接蓄热均温器4、余热集聚室10、除尘器12、 主风机13、排气筒14，所述蓄热均温器4包括烟气进口 5、碳碳复合材料蓄热体6、振打清灰装置8、烟气出口 9和灰斗7，所述碳碳复合材料蓄热体6设置于烟气进口 5和烟气出口 9 之间，所述振打清灰装置8分段布置于碳碳复合材料蓄热体6之间。所述余热集聚室10内安装有等流速热管换热器11，等流速热管换热器11的冷水进口与换热器给水泵15连接，等流速热管换热器11的热水出口接高压级蒸发器19的热水进口，高压级蒸发器19的冷水出口接中压级蒸发器18的热水进口，中压级蒸发器18的冷水出口接低压级蒸发器17的热水进口，低压级蒸发器17的冷水出口接循环水池16，循环水池16与换热器给水泵15连接，构成一个回路。低压级蒸发器17的工质进口端与低压级工质加压泵20的高压出口端连接， 低压级蒸发器17的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平23的低压补汽口连接， 另一路与中压级工质加压泵21的进口端连接，中压级工质加压泵21的出口端连接中压级蒸发器18，中压级蒸发器18的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平23的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵22的进口端连接，高压级工质加压泵22的出口端连接高压级蒸发器19，高压级蒸发器19的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平23的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平23的下部接口通过管道与冷凝器沈的进气口连接，冷凝器26的液相出口通过管道与低压级工质加压泵20的低压进口端连接，带补汽口有机透平 23与三相发电机M连接，冷凝器沈的一个端部法兰接口与循环水泵25连接，冷凝器沈的另一个端部接冷却塔27，冷却塔27与循环水泵25连接，构成一个回路。[0022]所述低沸点有机工质为R236ea，三级蒸发，低压级蒸发压力为0. 618MPa,中压级蒸发压力为0. 875MPa,高压级蒸发压力为1. 735MPa，膨胀做功后的工质压力为0. 215MPa 时，系统输出电功率为2500KW，朗肯循环效率为23%，系统排出的烟气温度为100°C。[0023]本实用新型的工作过程30000KVA铁合金炉1烟气流量20 X IO4NmVh,温度 950°C，含尘浓度22g/Nm3由炉内排出，经水冷烟道2混入冷风，燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室3 ；燃烧沉降室3的作用是降低烟气流速，使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降，并适当混入冷风，最终燃烬一氧化碳气体，调节控制沉降室的烟气温度620°C，由燃烧沉降室 3出来的烟气进入蓄热均温器4，通过蓄热均温器4中碳碳复合材料蓄热体6对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入余热集聚室10中，高温烟气放出热量，完成热交换，温度降至 100°C，进入除尘器12，经除尘后粉尘浓度6mg/Nm3。由主风机13压入排气筒14排入大气。 同时，循环水通过换热器给水泵15驱动，进入安装于余热集聚室10内的等流速热管换热器 11中吸收烟气的热量，形成汽水混合物(温度150°C )，汽水混合物在自然循环力推动下进入高压级蒸发器19中放出热量，温度降至120°C，然后进入中压级蒸发器18中放出热量，温度降至90°C，再进入低压级蒸发器17中放出热量，温度降至60°C，变成低温水，低温水流入循环水池16，开始新一轮循环。[0024]同时，经过冷凝的有机工质液体，经过低压级工质加压泵20的驱动，先在低压级蒸发器17中吸收余热载体的热量，变成低压级工质蒸汽；一路经管道进入带补汽口有机透平23的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵21加压后，进入中压级蒸发器18中吸收余热载体的热量，变成中压级工质蒸汽；一路经管道进入带补汽口有机透平23的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵22加压后，进入高压级蒸发器19中吸收余热载体的热量， 变成高压级工质蒸汽；经管道进入带补汽口有机透平23的高压进汽缸，工质蒸汽在多级有机透平23内膨胀做功，并带动三相发电机M发电。从带补汽口有机透平23排出的工质蒸汽由冷凝器沈冷凝为饱和液体，再由低压级工质加压泵20将工质液体加压后送入低压级蒸发器17中，开始新一轮循环。从冷却塔27过来的循环水通过循环水泵25驱动，进入冷凝器沈中吸收热量，在自然循环力推动下进入冷却塔27内，放出热量，变成低温水，开始新一轮循环。系统发出的电能为三相交流电，额定电压为380V，可经过调压后并入厂内电网， 或直接送给用电设备使用。[0025]由于蓄热均温器4可对烟气温度削峰填谷，降低烟气的最高温度、减小烟气温度的波动幅度，缓解烟气温度的骤升骤降，因而可减少余热发电装置的投资，提高余热发电装置的稳定性，并可安全地配置各类余热发电设备。[0026]该设备的最大特点是采用多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收铁合金炉烟气的余热。以30000KVA铁合金炉余热发电及除尘工艺为例，本实用新型装置与常规装置比较，说明如下[0027]
权利要求1.一种铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备，包括水冷烟道、燃烧沉降室、蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒，其特征在于所述燃烧沉降室通过管道顺序连接蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒。
2.根据权利要求1所述的铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备， 其特征在于所述蓄热均温器包括烟气进口、碳碳复合材料蓄热体、振打清灰装置、烟气出口和灰斗，所述碳碳复合材料蓄热体设置于烟气进口和烟气出口之间，所述振打清灰装置分段布置于碳碳复合材料蓄热体之间。
3.根据权利要求1所述的铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备， 其特征在于所述余热集聚室内安装有等流速热管换热器，等流速热管换热器的冷水进口与换热器给水泵连接，等流速热管换热器的热水出口接高压级蒸发器的热水进口，高压级蒸发器的冷水出口接中压级蒸发器的热水进口，中压级蒸发器的冷水出口接低压级蒸发器的热水进口，低压级蒸发器的冷水出口接循环水池，循环水池与换热器给水泵连接，构成一个回路。低压级蒸发器的工质进口端与低压级工质加压泵的高压出口端连接，低压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的低压补汽口连接，另一路与中压级工质加压泵的进口端连接，中压级工质加压泵的出口端连接中压级蒸发器，中压级蒸发器的工质出口端一路经管道后与带补汽口有机透平的中压补汽口连接，另一路与高压级工质加压泵的进口端连接，高压级工质加压泵的出口端连接高压级蒸发器，高压级蒸发器的工质出口端经管道后与带补汽口有机透平的高压进汽缸连接，带补汽口有机透平的下部接口通过管道与冷凝器的进气口连接，冷凝器的液相出口通过管道与低压级工质加压泵的低压进口端连接，带补汽口有机透平与三相发电机连接，冷凝器的一个端部法兰接口与循环水泵连接，冷凝器的另一个端部接冷却塔，冷却塔与循环水泵连接，构成一个回路。
4.根据权利要求3所述的铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备， 其特征在于采用R236ea为循环有机工质。
专利摘要铁合金炉烟气蓄热式多级有机朗肯循环余热发电专用设备，包括水冷烟道、燃烧沉降室、蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒，其特征在于所述燃烧沉降室通过管道顺序连接蓄热均温器、余热集聚室、除尘器、主风机、排气筒。所述余热集聚室安装有热管换热器，换热器的冷水进口与水泵连接，热管换热器的热水出口依次接高压级蒸发器、中压级蒸发器、低压级蒸发器。蒸发器一端与工质加压泵连接，另一端与带补汽口有机透平连接，带补汽口有机透平一端与冷凝器连接，另一端与发电机连接。采用R236ea为循环有机工质。本实用新型具有削峰填谷，减小温度的波动幅度，又能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，达到好的环保效果。
文档编号F01K25/08GK202250271SQ20112039525
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者冯建新 申请人:无锡市广运环保机械有限公司