專利名稱：高爐熱風爐煙氣余熱發電系統和方法
技術領域：
本發明涉及高爐熱風爐余熱回收領域，具體涉及一種采用氨水混合工質動力循環實現高爐熱風爐余熱回收發電的系統和方法。
背景技術：
蓄熱式熱風爐是通過燃燒低熱值的高爐煤氣加熱產生高溫空氣鼓入高爐，從而提高高爐冶煉強度，熱風爐的引入使現代高爐技術產生一個巨大的飛躍，從而得到廣泛應用。熱風爐排放煙氣溫度在280_35(TC，通常將之用來預熱空氣或者空氣、煤氣雙預熱，通過預熱器的煙氣溫度降至150°C左右，通常不再加以利用而直接排放。高爐熱風爐所用燃料是高爐煤氣，其主要可燃成分是CO，高爐煤氣含有的H2XH4很少，且含有的H2S量也很少，所以高爐煤氣燃燒后形成的煙氣不易生成酸霧，具有很低的露點溫度，即使150°C的熱風爐排放煙氣仍然有可利用的價值。隨著我國鋼鐵行業節能減排力度的加大，熱風爐煙氣的余熱回收利用受到廣泛的重視。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的上述缺陷，提供一種高爐熱風爐煙氣余熱發電系統和方法，能夠高效率地回收高爐熱風爐煙氣余熱。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
高爐熱風爐煙氣余熱發電系統，其特征在于主要包括氨水混合工質動力循環系統；氨水混合工質動力循環系統中設置氨水循環系統、煙氣循環通道和冷卻水循環通道；煙氣循環通道的兩端分別連通熱風爐煙氣進口管路與熱風爐煙氣出口管路；熱風爐煙氣出口管路與放散煙囪連通；冷卻水循環通道的上分別設置冷卻水進口管路和冷卻水出口管路，冷卻水進口管路和冷卻水出口管路 分別與外部冷卻塔連通；氨水循環系統中的高溫高壓氨汽輸往膨脹機而帶動發電機。按上述技術方案，氨水循環系統主要包括蒸發器、過熱器、低壓回熱器、冷凝器、循環泵、高壓回熱器、閃蒸器；熱風爐煙氣進口管路依次經過過熱器、蒸發器中煙氣循環通道后與熱風爐煙氣出口管路連通；過熱器中煙氣循環通道與富氨蒸汽管路逆流換熱；富氨蒸汽管路位于閃蒸器的富氨蒸汽出口端，富氨蒸汽管路經過熱器后與膨脹機連通；膨脹機帶動發電機，膨脹機的乏汽出口連通乏汽管路；循環泵的出口端為高壓工作溶液管路，高壓工作溶液管路依次經回熱器、高壓回熱器和蒸發器后通過飽和工作溶液管路與閃蒸器的進口端連通；閃蒸器的稀氨溶液出口端為稀氨溶液管路，稀氨溶液管路經高壓回熱器與高壓工作溶液管路逆流換熱后與乏汽管路匯合，匯合點后的低壓工作溶液管路依次通過回熱器和冷凝器后與循環泵的進口端連通；稀氨溶液管路與匯合點之間設置節流閥。按上述技術方案，冷凝器中，冷卻水循環通道與低壓工作溶液管路逆流換熱，然后與循環泵的進口端連通。采用上述高爐熱風爐煙氣余熱發電系統進行發電的方法，其特征在于:在蒸發器內，熱風爐煙氣將熱量傳遞給飽和工作溶液管路中的工作溶液，使之發生部分相變形成兩相流，兩相流進入閃蒸器后，由于壓力突然降低而發生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經稀氨溶液管路輸出；富氨蒸汽經富氨蒸汽管路輸出；
富氨蒸汽進入過熱器形成過熱蒸汽，然后進入膨脹機做功，膨脹機帶動發電機對外發
電；
膨脹做功后的乏汽經乏汽管路與通過高壓回熱器和節流閥的稀氨溶液相混合形成新的低壓工作溶液，低壓工作溶液經低壓工作溶液管路通過回熱器和冷凝器冷卻為液體，然后通過循環泵和高壓回熱器輸往蒸發器，完成一個循環。按上述技術方案，冷凝器的進口水溫為常溫，出口水溫控制在50°C以下，通過冷卻塔冷卻后循環使用。按上述技術方案，氨水工質在不同段濃度不同，低壓工作溶液管路、高壓工作溶液管路、飽和工作溶液管路內的氨水濃度為75-85%質量濃度，稀氨溶液管路內溶液濃度35-45%質量濃度，富氨蒸汽管路和乏汽管路內氨濃度為94-97%質量濃度。按上述技術方案，熱風爐煙氣進口管路中煙氣在進口處溫度在150°C，熱風爐煙氣出口管路在出口處溫度控制在80-85 °C。相對于現有技術，本發明設計了結構簡單的氨水混合工質動力循環系統，利用氨水混合工質動力循環實現高爐熱風爐煙氣余熱回收發電；可以高效率地回收高爐熱風爐煙氣余熱；同時，由于 氨水工質循環利用，氨水混合工質動力循環系統的經濟性和環保性均得到保證，最后，由于嚴格控制溫度，換熱效率高；且同時由于濃度得到嚴格控制，可以保證氨水工質的利用率最大化。
圖1是本發明的高爐熱風爐煙氣余熱發電系統結構和工藝示意圖。圖2是本發明的氨水混合工質動力循環系統示意圖。圖1和2中附圖標記如下:1_蒸發器；2_過熱器；3_膨脹機；4_發電機；5_回熱器；6_冷凝器；7_循環泵；8_高壓回熱器；9_閃蒸器；10-節流閥；11-熱風爐煙氣進口管路；12_熱風爐煙氣出口管路；13_富氨蒸汽管路；14_乏汽管路；15_低壓工作溶液管路；16-高壓工作溶液管路；17-飽和工作溶液管路；18_稀氨溶液管路；19-冷卻水進口管路；20-冷卻水出口管路；21_熱風爐；22_氨水混合工質動力循環系統；23_冷卻塔；24_放散煙囪；25_煤氣管路；26_助燃空氣管路。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不限定本發明。如圖1和2所示，高爐熱風爐煙氣余熱發電系統是通過適合中低溫熱源的以氨水為工質的動力循環回收余熱的發電系統。如圖1所示，熱風爐21中經煤氣管路25輸入煤氣，經助燃空氣管路26輸入助燃空氣，燃燒后的煙氣排出后經熱風爐煙氣進口管路11進入氨水混合工質動力循環系統22，氨水混合工質動力循環系統22中設置氨水循環系統、煙氣循環通道和冷卻水循環通道；煙氣循環通道的兩端分別連通熱風爐煙氣進口管路11與熱風爐煙氣出口管路12 ;熱風爐煙氣出口管路12與放散煙囪24連通；冷卻水循環通道的上分別設置冷卻水進口管路19和冷卻水出口管路20，冷卻水進口管路19和冷卻水出口管路20分別與外部冷卻塔23連通；經換熱后的熱風爐煙氣從熱風爐煙氣出口管路12輸出到放散煙囪24中，經加熱后的高溫高壓氨汽輸往發電機4進行發電。氨水循環系統在氨水混合工質動力循環系統22中的分布如圖2所示:主要包括蒸發器1、過熱器2、回熱器5、冷凝器6、循環泵7、高壓回熱器8、閃蒸器9 ;熱風爐煙氣進口管路11依次經過過熱器2、蒸發器I中煙氣循環通道后與熱風爐煙氣出口管路12連通；過熱器2中煙氣循環通道與富氨蒸汽管路13并行換熱；富氨蒸汽管路13位于閃蒸器9的富氨氣出口端，富氨蒸汽管路13經過熱器2后與膨脹機3連通；膨脹機3的主蒸汽出口與發電機4連通，膨脹機3的乏汽出口連通乏汽管路14 ;循環泵7的出口端為高壓工作溶液管路16，高壓工作溶液管路16依次經回熱器5、高壓回熱器8和蒸發器I后通過飽和工作溶液管路17與閃蒸器9的進口端連通；閃蒸器9的稀氨溶液出口端為稀氨溶液管路18，稀氨溶液管路18經高壓回熱器8與高壓工作溶液管路16并行換熱后與乏汽管路14匯合，匯合點后的低壓工作溶液管路15依次通過低壓回熱器5和冷凝器6后與循環泵7的進口端連通；稀氨溶液管路18與匯合點之間設置節流閥10。冷凝器6中，冷卻水循環通道與經回熱器5后的低壓工作溶液管路15并行換熱，與冷卻水循環通道并行的低壓工作溶液管路15與循環泵7的進口端連通。整個動力循環系統由管路相連接，氨水工質在不同段其濃度不同，工作溶液管路(低壓工作溶液管路15、高壓工作溶液管路16、飽和工作溶液管路17)內的氨水濃度為75-85% (質量濃度，以下同)，稀氨溶液管路18內溶液濃度35-45%，富氨蒸汽管路13和乏汽管路14內氨濃度為94-97%。 熱風爐煙氣進口管路11中煙氣在進口處溫度在150°C，熱風爐煙氣出口管路12在出口處溫度控制在80-85 °C。
在蒸發器I內，熱風爐煙氣將熱量傳遞給飽和工作溶液管路17中的工作溶液，使之發生部分相變形成兩相流，兩相流進入閃蒸器9后，由于壓力突然降低而發生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經稀氨溶液管路18輸出；富氨蒸汽經富氨蒸汽管路13輸出；
富氨蒸汽進入過熱器2形成過熱蒸汽，然后進入膨脹機3做功，膨脹機帶動發電機4對外發電，膨脹做功后的乏汽經乏汽管路14與通過高壓回熱器8和節流閥10的稀氨溶液相混合形成新的低壓工作溶液，低壓工作溶液經低壓工作溶液管路15通過低壓回熱器5和冷凝器6冷卻為液體，然后通過循環泵7和回熱器5、高壓回熱器8輸往蒸發器1，完成一個循環。冷凝器的冷卻水進口管路19水溫為常溫，冷卻水出口管路20水溫控制在50°C以下，通過冷卻塔23冷卻后循環使用。
權利要求
1.高爐熱風爐煙氣余熱發電系統，其特征在于主要包括氨水混合工質動力循環系統；氨水混合工質動力循環系統中設置氨水循環系統、煙氣循環通道和冷卻水循環通道；煙氣循環通道的兩端分別連通熱風爐煙氣進口管路與熱風爐煙氣出口管路；熱風爐煙氣出口管路與放散煙 連通；冷卻水循環通道的上分別設置冷卻水進口管路和冷卻水出口管路，冷卻水進口管路和冷卻水出口管路分別與外部冷卻塔連通；氨水循環系統中的高溫高壓氨汽輸往膨脹機而帶動發電機。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:氨水循環系統主要包括蒸發器、過熱器、回熱器、冷凝器、循環泵、高壓回熱器、閃蒸器；熱風爐煙氣進口管路依次經過過熱器、蒸發器中煙氣循環通道后與熱風爐煙氣出口管路連通；過熱器中煙氣循環通道與富氨蒸汽管路逆流換熱；富氨蒸汽管路位于閃蒸器的富氨氣出口端，富氨蒸汽管路經過熱器后與膨脹機連通；膨脹機帶動發電機，膨脹機的乏汽出口連通乏汽管路；循環泵的出口端為高壓工作溶液管路，高壓工作溶液管路依次經回熱器、高壓回熱器和蒸發器后通過飽和工作溶液管路與閃蒸器的進口端連通；閃蒸器的稀氨溶液出口端為稀氨溶液管路，稀氨溶液管路經高壓回熱器與高壓工作溶液管路逆流換熱后與乏汽管路匯合，匯合點后的低壓工作溶液管路依次通過低壓回熱器和冷凝器后與循環泵的進口端連通；稀氨溶液管路與匯合點之間設置節流閥。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于:冷凝器中，冷卻水循環通道與經回熱器后的低壓工作溶液管路逆流換熱，然后與循環泵的進口端連通。
4.采用權利要求3所述高爐熱風爐煙氣余熱發電系統進行發電的方法，其特征在于:在蒸發器內，熱風爐煙氣將熱量傳遞給飽和工作溶液管路中的工作溶液，使之發生部分相變形成兩相流，兩相流進入閃蒸 器后，由于壓力突然降低而發生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經稀氨溶液管路輸出；富氨蒸汽經富氨蒸汽管路輸出； 富氨蒸汽進入過熱器形成過熱蒸汽，然后進入膨脹機做功，膨脹機帶動發電機對外發電； 膨脹做功后的乏汽經乏汽管路與通過高壓回熱器和節流閥的稀氨溶液相混合形成新的低壓工作溶液，低壓工作溶液經低壓工作溶液管路通過低壓回熱器和冷凝器冷卻為液體，然后通過循環泵、回熱器和高壓回熱器輸往蒸發器，完成一個循環。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于:冷凝器的進口水溫為常溫，出口水溫控制在50°C以下，通過冷卻塔冷卻后循環使用。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于:氨水工質在不同段濃度不同，低壓工作溶液管路、高壓工作溶液管路、飽和工作溶液管路內的氨水濃度為75-85%質量濃度，稀氨溶液管路內溶液濃度35-45%質量濃度，富氨蒸汽管路和乏汽管路內氨濃度為94-97%質量濃度。
7.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于:熱風爐煙氣進口管路中煙氣在進口處溫度在150°C，熱風爐煙氣出口管路在出口處溫度控制在80-85°C。
全文摘要
本發明涉及一種高爐熱風爐煙氣余熱發電系統和方法，主要包括氨水混合工質動力循環系統；氨水混合工質動力循環系統中設置氨水循環系統、煙氣循環通道和冷卻水循環通道；煙氣循環通道的兩端分別連通熱風爐煙氣進口管路與熱風爐煙氣出口管路；熱風爐煙氣出口管路與放散煙囪連通；冷卻水循環通道的上分別設置冷卻水進口管路和冷卻水出口管路，冷卻水進口管路和冷卻水出口管路分別與外部冷卻塔連通；氨水循環系統中的高溫高壓氨氣通道輸往發電機。結構簡單、能夠高效率地回收高爐熱風爐煙氣余熱。氨水工質循環利用，經濟性和環保性均得到保證，換熱效率高；且同時由于濃度得到嚴格控制，可以保證氨水工質的利用率最大化。
文檔編號F27D17/00GK103225007SQ20131014233
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者蓋東興, 張佳佳, 周全, 黃永紅, 葉理德 申請人:中冶南方工程技術有限公司