一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，包括燒結礦冷卻機、熱媒換熱器、冷卻塔、ORC機組和熱水制冷機組。燒結礦冷卻機包括高溫冷卻段和低溫冷卻段，低溫冷卻段產生的低溫廢氣送至熱媒換熱器，熱媒換熱器產生的冷卻廢氣通過引風機送至燒結礦冷卻機臺面，用于熱風燒結，熱媒換熱器產生的熱媒優先用于直接供熱，其次，作為ORC機組的熱源，再次，作為熱水制冷機組的驅動熱源。
【專利說明】
一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及能源高效利用領域，尤其涉及一種燒結過程余熱資源高效回收與梯級利用的系統與方法。
【背景技術】
[0002]熱態燒結礦冷卻時產生大量余熱資源轉移到冷卻氣體中，并沿著冷卻流程分別形成中、低溫熱廢氣，其中300°C以上(通常低于450°C)中溫廢氣余熱部分直接利用、部分通過余熱鍋爐產生中壓蒸汽用于供熱或發電外，大量低溫(300°C以下)廢氣余熱資源放散到大氣或周邊環境中，導致能源浪費、環境污染、成本上升等不利因素。在長流程鋼鐵流程六大典型工序中，燒結工序余熱資源回收率最低，僅約22%，遠低于行業平均水平35%，燒結工序不同品位余熱資源逐級回收與梯級利用是燒結工序節能領域長期研究熱點和關注方向。
[0003]專利1“燒結過程余熱資源高效回收與利用裝置及方法CN201110058524”提出了“分級回收與梯級利用技術的核心是:將冷卻機前端的一段、二段冷卻廢氣經除塵后通入余熱鍋爐，產生的蒸汽用于發電；將冷卻機中部的三段冷卻廢氣返回到點火爐和燒結機臺面分別用于點火助燃與熱風燒結;將溫度較高的燒結煙氣引入到點火爐前用于燒結混合料干燥”。該專利技術存在兩個方面問題:將冷卻機前端高溫廢氣用于蒸汽回收發電、中部中溫冷卻廢氣用于燒結點火以節約煤氣不符合能源梯級利用思想，一方面用冷卻機前端高溫冷卻廢氣(300-430°C不同溫度分布)進行蒸汽發電，能源轉換效率僅20%，導致能源浪費；另一方面，利用冷卻機中部中溫廢氣(150-20(TC)進行燒結點火，由于其溫度低，節約高品位能源一一煤氣有限。同時，利用第5段低溫冷卻廢氣繼續冷卻第4段和第3段的的思路也不妥當未見成功實施案例，主要因為:(I)因阻力大幅增加、系統漏風率大導致實際無法實施；
(2)導致第3、4段入口廢氣溫度上升，影響燒結機冷卻效果，不利于產品質量保證，本末倒置。
[0004]專利2“燒結過程中余熱資源分級回收與梯級利用的方法及其裝置CN200910187381”提出了“一種冶金燒結過程中余熱資源分級回收與梯級利用的方法，其特征在于:將熾熱的燒結礦裝入到一個豎式封閉的罐體中，燒結礦的溫度為800°C?950°C ;然后從該罐體底部通入常溫空氣，空氣流量與燒結礦處理量的比值，即:氣固比為2000:2500Nm3/t，使熾熱的燒結礦在該罐體內與空氣充分接觸進行冷卻，冷卻后的燒結礦由罐體底部排出，而與燒結礦充分接觸后的攜帶燒結礦全部顯熱的空氣則從罐體上部排出，并經過除塵后通入余熱鍋爐生產蒸汽，生產的蒸汽并入蒸汽管網或進行發電”。該專利建立在新型燒結礦豎式冷卻工藝基礎上，燒結礦豎式冷卻處于理論研究階段，世界上還沒有成功的案例。
[0005]綜上所述，現有燒結工藝均采用環式或帶式冷卻工藝，沒有豎式冷卻工藝，針對現有燒結機，目前余熱回收不合理的地方或存在的問題:(I)燒結余熱總體回收率極低，僅22%左右。主要因為:燒結礦冷卻工藝將高溫(750°C)燒結礦余熱資源變成了中低溫(450-80°C)廢氣余熱資源，余熱品位總體偏低。(2)現有燒結余熱回收工藝僅回收中溫(300°C以上)廢氣余熱資源，低溫余熱直接排放，未被回收，導致能源浪費；(3)燒結低溫余熱資源總量大，而燒結區域內熱用戶少，熱源與用戶需求的不匹配影響余熱利用。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其充分利用燒結低溫余熱，實現燒結低溫余熱熱電冷多聯供，滿足不同用戶需求，大幅度提高燒結余熱回收率。
[0007]本實用新型結合燒結低溫余熱資源大、用戶少的特點，按照能源梯級利用的思想，利用低溫余熱與區域內熱用戶、電力用戶、制冷用戶進行耦合，實現燒結低溫余熱熱電冷多聯供，可同時提供蒸汽、熱水、熱風、電力、制冷等滿足不同用戶需求，從而大幅提高燒結余熱回收率。
[0008]本實用新型解決現有問題所采用的技術方案從系統的角度，結合余熱資源“量”和“質”的特點，按照“因地制宜、熱盡其用;溫度對口、梯級利用”總體思路出一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，包括:具有熱量回收緊湊布置的冷卻機，形成與生產工藝一體化的高效逐級回收系統，分別逐級回收熱風、熱媒(例如低壓蒸汽、熱水等)；生產熱風節約燒結礦冷卻機燃料的熱風循環系統;熱媒用于有機工質郎肯循環(ORC)發電系統;冷凝水或低溫熱水空調制冷替代電空調或進入采暖系統。
[0009]本實用新型通過中間熱媒(例如熱水、導熱油等)回收低溫余熱，采用熱水作為熱媒時，設置定壓系統，將變工況熱源變成穩定的能源輸出，便于后續利用。
[0010]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:
[0011 ] —種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，包括燒結礦冷卻機、熱媒換熱器、ORC機組和熱水制冷機組，所述燒結礦冷卻機與所述熱媒換熱器連接，所述熱媒換熱器與所述ORC機組連接，所述ORC機組與所述熱水制冷機組連接；
[0012]所述燒結礦冷卻機包括高溫冷卻段和低溫冷卻段，所述高溫冷卻段產生的高溫冷卻廢氣優先回送至所述燒結礦冷卻機，用于所述燒結礦冷卻機的點火助燃，其次，所述高溫冷卻段產生的高溫冷卻廢氣送至余熱鍋爐，用于余熱鍋爐生產中壓蒸汽，余熱鍋爐產生的冷卻廢氣通過循環風機引回至所述燒結礦冷卻機，用于冷卻燒結礦，所述低溫冷卻段產生的低溫廢氣送至所述熱媒換熱器，所述熱媒換熱器產生的冷卻廢氣通過引風機送至燒結礦冷卻機臺面，用于熱風燒結，所述熱媒換熱器產生的熱媒優先直接供熱，其次，作為所述ORC機組的熱源，再次，作為所述熱水制冷機組的驅動熱源。
[0013]較佳的，所述ORC機組包括第一蒸發器、預熱器、透平發電機、回熱器和第一冷凝器，所述第一蒸發器分別與所述透平發電機和所述預熱器連接，所述透平發電機與所述回熱器的氣體入口連接，所述回熱器的氣體出口所述第一冷凝器的入口連接，所述第一冷凝器的出口與所述回熱器的液體入口連接，所述回熱器的液體出口與所述預熱器連接；
[0014]所述熱媒換熱器向所述預熱器和所述第一蒸發器提供熱源，加熱所述預熱器和所述第一蒸發器內的有機工質，所述透平發電機在來自所述第一蒸發器的氣態有機工質的膨脹做功下輸出電能，從所述回熱器的氣體入口進入的氣態有機工質加熱從所述回熱器的液體入口進入的液態有機工質，所述第一冷凝器將來自回熱器的氣體出口的氣態有機工質冷凝成液態有機工質，一冷卻塔向所述第一冷凝器提供所需的冷卻水。
[0015]較佳的，所述熱水制冷機組包括發生器、吸收器、第二冷凝器和第二蒸發器，所述發生器分別與所述第二冷凝器連接、所述吸收器和所述ORC機組連接，所述第二冷凝器分別與所述第二蒸發器和所述ORC機組連接，所述第二蒸發器與所述吸收器連接；
[0016]所述第二冷凝器將高壓制冷劑氣體冷凝成高壓制冷劑液體，所述蒸發器將來自于所述第二冷凝器的高壓制冷劑溶液蒸發制冷，所述吸收器中的吸收劑吸收來自所述蒸發器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的溶液，所述ORC機組向所述發生器提供熱源，所述發生器將來自所述第二蒸發器的富含制冷劑的溶液加熱，使得溶液重新恢復到原來的成分，一冷卻塔提供所述吸收器所需的冷卻水。
[0017]進一步地，一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統還包括定壓補水裝置，所述定壓補水裝置與所述熱媒換熱器連接，所述定壓補水裝置向所述熱媒換熱器補水。
[0018]進一步地，所述冷卻塔同時向所述ORC機組和所述熱水制冷機組提供冷卻水。
[0019]所述燒結礦冷卻機采用環式或帶式冷卻工藝。
[0020]所述燒結礦冷卻機為一體化設計。
[0021]本實用新型所采用的技術方案帶來的有益技術效果是:
[0022]燒結礦冷卻機一體化設計提高換熱效率以及增加燒結礦輻射熱的回收；
[0023]采用多熱源ORC發電技術增加了低品位能源利用渠道，提高回收率；
[0024]利用ORC發電后的蒸汽冷凝水或者熱媒余熱進行制冷，替代電力制冷，實現梯級利用；
[0025]通過余熱回收效率最大化，能夠明顯降低燒結工序能耗，節約能源，減少排放，產生良好的經濟和社會效益。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型一實施例的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統示意圖；
[0027]圖中，201-熱水換熱器；202-引風機；203-循環水栗；204-預熱器；205-第一蒸發器;206-工質栗;207-第一冷凝器;208-回熱器;209-透平發電機;210-有機工質；211-熱水制冷機組;301-定壓補水裝置。
【具體實施方式】
[0028]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型的各實施方式進行詳細的闡述。
[0029]參見圖1，一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，包括燒結礦冷卻機、熱媒換熱器201、冷卻塔、ORC機組和熱水制冷機組211，燒結礦冷卻機與熱媒換熱器201連接，熱媒換熱器201與ORC機組連接，ORC機組與熱水制冷機組211連接；
[0030]燒結礦冷卻機產生的300_450°C的高溫冷卻廢氣的一部分回送至燒結礦冷卻機，用于燒結礦冷卻機的點火助燃，燒結礦冷卻機產生的300-450°C的高溫冷卻廢氣的剩余部分送至余熱鍋爐，用于余熱鍋爐生產中壓蒸汽，余熱鍋爐產生的冷卻廢氣通過循環風機引回至燒結礦冷卻機，用于冷卻燒結礦，燒結礦冷卻機產生的300 °C以下的中低溫冷卻廢氣送至熱媒換熱器201，熱媒換熱器201產生的冷卻廢氣通過引風機202送至燒結礦冷卻機臺面，用于熱風燒結。熱媒換熱器201產生的熱媒(例如熱水)優先直接供熱，其次，作為ORC機組的熱源，再次，作為熱水制冷機組的驅動熱源。
[0031]ORC機組包括第一蒸發器205、預熱器204、透平發電機209、回熱器208和第一冷凝器207，第一蒸發器205分別與透平發電機209和預熱器204連接，透平發電機209與回熱器208的氣體入口連接，回熱器208的氣體出口與第一冷凝器207的入口連接，第一冷凝器207的出口通過工質栗206與回熱器208的液體入口連接，回熱器208的液體出口與預熱器204連接；
[0032]熱媒換熱器201向預熱器204和第一蒸發器205提供熱源，加熱預熱器204和第一蒸發器205內的有機工質210，來自第一蒸發器205的氣態有機工質210對透平發電機209膨脹做功，使得透平發電機209輸出電能，從回熱器208的氣態入口進入的氣態有機工質210加熱從回熱器208的液態入口進入的液態有機工質210，第一冷凝器207將來自回熱器208的氣體出口的氣態有機工質210冷凝成液態有機工質210，第一冷凝器207的出口通過工質栗206將液態有機工質210升壓后依次輸出至回熱器208、預熱器204和第一蒸發器205，一冷卻塔向第一冷凝器207提供所需的冷卻水。
[0033]熱水制冷機組211包括發生器、吸收器、第二冷凝器和第二蒸發器，發生器分別與第二冷凝器連接、吸收器和ORC機組連接，第二冷凝器分別與第二蒸發器和ORC機組連接，第二蒸發器與吸收器連接；
[0034]第二冷凝器將高壓制冷劑氣體冷凝成高壓制冷劑液體，蒸發器將來自于第二冷凝器的高壓制冷劑溶液蒸發制冷，吸收器中的吸收劑吸收來自蒸發器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的溶液，發生器將來自第二蒸發器的富含制冷劑的溶液加熱，使得溶液重新恢復到原來的成分，一冷卻塔提供冷卻水冷卻吸收器。
[0035]一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統還包括定壓補水裝置301，定壓補水裝置301通過循環水栗203與熱媒換熱器201連接，定壓補水裝置301向熱媒換熱器201補水。
[0036]冷卻塔同時向ORC機組和熱水制冷機組211提供所需冷卻水。
[0037]燒結礦冷卻機采用環式或帶式冷卻工藝。
[0038]燒結礦冷卻機為一體化設計。
[0039]本實用新型的工作過程:
[0040]燒結冷卻機內的燒結礦分段由空氣冷卻，得到不同溫度的冷卻廢氣，其中300-450°(:的高溫冷卻廢氣的一部分回送至所述燒結礦冷卻機，用于所述燒結礦冷卻機的點火助燃，300-450°C的高溫冷卻廢氣的剩余部分送至余熱鍋爐，用于余熱鍋爐生產中壓蒸汽，而余熱鍋爐產生的冷卻廢氣又引回燒結礦冷卻機，用于冷卻燒結礦，300°C以下的中低溫冷卻廢氣送至熱媒換熱器201，熱媒換熱器201產生的冷卻廢氣被引風機202送至燒結礦冷卻機臺面，用于熱風燒結。熱媒換熱器產生的熱媒(例如熱水)優先直接供熱，其次，作為ORC機組的熱源，再次，作為熱水制冷機組的驅動熱源；
[0041 ]進一步地，熱媒換熱器201產生的熱媒作為熱源，加熱預熱器204及第一蒸發器205內的有機工質210，有機工質210經加熱蒸發后進入透平發電機209內膨脹做功帶動透平發電機209輸出電能，經透平發電機209降溫降壓后排出的有機蒸汽進入第一冷凝器前，進入回熱器208加熱工質栗的液態有機工質210，以提高系統熱效率，一冷卻塔提供冷卻水給第一冷凝器，經過回熱器208的有機工質210進入第一冷凝器被冷凝成液態有機工質210，液態有機工質210再由工質栗升壓后經回熱器208進入預熱器204和蒸發器內再次被加熱和蒸發，形成ORC循環發電，進一步地，熱媒經ORC機組蒸發器機預熱器204放熱后也可以直接供執.JtW ，
[0042]進一步地，ORC機組向發生器提供熱源，高壓制冷劑氣體在第二冷凝器中冷凝，產生的高壓制冷劑液體經節流后到蒸發器蒸發制冷，在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的溶液，將該溶液用栗送到發生器，被加熱后溶液中的制冷劑重新蒸發出來，進入第二冷凝器。另一方面，發生器的溶液重新恢復到原來的成分，經冷卻、節流后成為具有吸收能力的吸收液，進入吸收器，吸收來自蒸發器的低壓制冷劑。吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的順利進行，由冷卻塔提供冷卻水來冷卻吸收液。在閉式循環水栗203進口設置定壓補水裝置301，保證閉式循環水在熱媒換熱器201內不被汽化。
[0043]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:包括燒結礦冷卻機、熱媒換熱器、ORC機組和熱水制冷機組，所述燒結礦冷卻機與所述熱媒換熱器連接，所述熱媒換熱器與所述ORC機組連接，所述ORC機組與所述熱水制冷機組連接； 所述燒結礦冷卻機包括高溫冷卻段和低溫冷卻段，所述高溫冷卻段產生的高溫冷卻廢氣優先回送至所述燒結礦冷卻機，用于所述燒結礦冷卻機的點火助燃，其次，所述高溫冷卻段產生的高溫冷卻廢氣送至余熱鍋爐，用于余熱鍋爐生產中壓蒸汽，余熱鍋爐產生的冷卻廢氣通過循環風機引回至所述燒結礦冷卻機，用于冷卻燒結礦，所述低溫冷卻段產生的低溫廢氣送至所述熱媒換熱器，所述熱媒換熱器產生的冷卻廢氣通過引風機送至燒結礦冷卻機臺面，用于熱風燒結，所述熱媒換熱器產生的熱媒優先直接供熱，其次，作為所述ORC機組的熱源，再次，作為所述熱水制冷機組的驅動熱源。2.如權利要求1所述的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:所述ORC機組包括第一蒸發器、預熱器、透平發電機、回熱器和第一冷凝器，所述第一蒸發器分別與所述透平發電機和所述預熱器連接，所述透平發電機與所述回熱器的氣體入口連接，所述回熱器的氣體出口所述第一冷凝器的入口連接，所述第一冷凝器的出口與所述回熱器的液體入口連接，所述回熱器的液體出口與所述預熱器連接； 所述熱媒換熱器向所述預熱器和所述第一蒸發器提供熱源，加熱所述預熱器和所述第一蒸發器內的有機工質，所述透平發電機在來自所述第一蒸發器的氣態有機工質的膨脹做功下輸出電能，從所述回熱器的氣體入口進入的氣態有機工質加熱從所述回熱器的液體入口進入的液態有機工質，所述第一冷凝器將來自回熱器的氣體出口的氣態有機工質冷凝成液態有機工質，一冷卻塔向所述第一冷凝器提供所需的冷卻水。3.如權利要求1所述的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:所述熱水制冷機組包括發生器、吸收器、第二冷凝器、第二蒸發器和冷卻塔，所述發生器分別與所述第二冷凝器連接、所述吸收器和所述ORC機組連接，所述第二冷凝器分別與所述第二蒸發器和所述ORC機組連接，所述第二蒸發器與所述吸收器連接； 所述第二冷凝器將高壓制冷劑氣體冷凝成高壓制冷劑液體，所述蒸發器將來自于所述第二冷凝器的高壓制冷劑溶液蒸發制冷，所述吸收器中的吸收劑吸收來自所述蒸發器的低壓制冷劑氣體，形成富含制冷劑的溶液，所述ORC機組向所述發生器提供熱源，所述發生器將來自所述第二蒸發器的富含制冷劑的溶液加熱，使得溶液重新恢復到原來的成分，所述冷卻塔提供所述吸收器所需的冷卻水。4.如權利要求1所述的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:包括定壓補水裝置，所述定壓補水裝置與所述熱媒換熱器連接，所述定壓補水裝置向所述熱媒換熱器補水。5.如權利要求1所述的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:包括一冷卻塔，所述冷卻塔與所述ORC機組和所述熱水制冷機組連接，所述冷卻塔向所述ORC機組和所述熱水制冷機組提供冷卻水。6.如權利要求1所述的燒結低溫余熱資源熱電冷多聯供系統，其特征在于:所述燒結礦冷卻機采用環式或帶式冷卻工藝。
【文檔編號】F27D17/00GK205561576SQ201620396383
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】陳志良, 曹先常, 張嘉陵, 鈕坤, 莊華
【申請人】上海寶鋼節能環保技術有限公司