專利名稱：冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法
技術領域：
本發明涉及冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，具體地說是能最大限度地回收煙氣中的熱能轉化為高品位電能，又能改善除塵能力，屬于冶金爐除塵技術領域。
背景技術：
冶金爐煉鋼煙氣溫度很高，經捕集后進入管道的溫度一般在1100°C左右，粉塵濃度達35g/Nm3，小于IOum的灰占粉塵總量的70%以上，粉塵量大，并且粘而細。目前通常采用先換熱降溫(換熱降溫方式有:機力冷卻器換熱、噴霧冷卻換熱、余熱鍋爐換熱等)后除塵的方法。先換熱降溫后除塵的方法存在諸多缺點:1、機力冷卻器換熱后除塵:降溫效果差，進口煙氣溫度不宜大于500°C，降溫范圍有限，機冷器管壁容易堵灰，造成燒布袋，系統無法正常運行。2、噴霧冷卻換熱后除塵:增加煙氣中水的含量，不僅使布袋板結，還容易造成水與粉塵粘結，造成系統設備堵塞。3、余熱鍋爐換熱后除塵:由于煙氣中含有大量的粉塵，粘而細的粉塵即使在光管的熱管元件上也會出現積灰、堵塞現象，對于環向翅片管的熱管元件積灰、堵塞更加嚴重，同時為了防止結灰，余熱利用設施中換熱核心元件翅片間距大，不僅影響換熱效率，造成余熱鍋爐產汽量不足，更為嚴重的是由于余熱鍋爐堵灰，系統運行不穩定，造成冶煉生產無法正常進行，被迫停產檢修。由于以上缺點，工程中采用許多吹灰方法:如激波吹灰、蒸汽吹灰、落丸清灰等，但由于粉塵細而粘，并且粉塵量大，每生產I噸鋼就會產生30kg粉塵，這些清灰方式收效甚微，無法從根本上解決積灰、堵塞問題。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，通過該方法不僅能最大限度地回收煙氣中的熱能轉化為高品位電能，拖動除塵風機，同時可降低煙氣的排放溫度，改善除塵能力，并且不影響電爐煉鋼生產的穩定和連續，還能得到很好的除塵效果，排放的粉塵濃度10mg/Nm3。本發明所采用的技術方案如下:冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，其特征在于:本發明冶金爐內排煙氣由第四孔排出，經水冷滑套混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室，使煙氣中的一氧化碳氣體充分燃燼，調節控制沉降室的煙氣溫度600°C，由燃燒沉降室來的煙氣進入高溫除塵器，經除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進入蓄熱換熱室，高溫煙氣放出熱量，完成熱交換，溫度降至90°C，由主風機壓入排氣筒排入大氣。同時，經過冷凝的有機工質液體，經過低壓級工質加壓泵的驅動，先在安裝于蓄熱換熱室內的低壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成低壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平的低壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓泵加壓后，進入中壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成中壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路經高壓級工質加壓泵加壓后，進入高壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成高壓級工質蒸汽；經管道進入帶補汽口有機透平的高壓進汽缸，工質蒸汽在多級有機透平內膨脹做功，并帶動三相發電機發電。從帶補汽口有機透平排出的工質蒸汽由管殼式冷凝器冷凝為飽和液體，再由低壓級工質加壓泵將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器中，開始新一輪循環。從冷卻塔過來的循環水通過循環水泵驅動，進入管殼式冷凝器中吸收熱量，在自然循環力推動下進入冷卻塔內，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環。系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經過調壓后并入廠內電網，或直接送給用電設備使用。其進一步特征在于:采用R500為循環有機工質。本發明的有益效果是:由于本發明的余熱發電裝置放在高溫除塵器后，熱源煙氣含塵量低，因此可以將蓄熱換熱室內的換熱核心單元翅片間距設計很小；而且無須卸灰、清灰、輸灰設施；體積減小，同時維護量減小，也延長了熱交換器的使用壽命，粉塵排放濃度更低。該發電設備與單級單壓有機朗肯循環最大的區別在于，該發電設備在有機工質蓄熱換熱室里采用多級蒸發的措施，利用冶金爐煙氣余熱的低溫段加熱產生低壓蒸汽，進入有機透平的低壓補汽口膨脹做功；利用冶金爐煙氣余熱的中溫段加熱產生中壓蒸汽，進入有機透平的中壓補汽口膨脹做功；利用冶金爐煙氣余熱的高溫段加熱產生高壓蒸汽，進入有機透平的高壓缸膨脹做功；實現冶金爐煙氣余熱對有機工質的梯級分壓加熱，這樣就在各級受熱面中減少了余熱流與工質間的傳熱溫差的不均衡性，降低了由于溫差傳熱不可逆損失帶來的熵增，可在單級蒸發有機朗肯循環熱效率的基礎上提高10 20%，降低了煙氣的排放溫度，排放濃度低，可以確保排放粉塵濃度在10mg/Nm3。與現有技術相比，本發明具有如下優點、經濟效果:1、最大限度地回收煙氣中的熱能轉化為高品位電能，其熱效率比單級蒸發有機朗肯提高10 20%。2、滿足循環經濟的要求，符合節能減排的國家政策。3、蒸發器不積灰，不堵塞，換熱效率提高8 9倍。4、省掉了蒸發器的吹灰系統，從而降低了造價及運行費用。5、采用耐高溫碳鶴復合材料濾芯除塵器,排放濃度10mg/Nm3。6、應用范圍廣，冶金爐除塵余熱發電都可采用。綜上所述，本發明方法采用先除塵后余熱發電的裝置，煙塵排放濃度低，發電量多，裝置運行穩定能耗低。
圖1是實現本發明冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法的工藝流程圖。圖1中:1.冶金爐，2.四孔水冷滑套，3.燃燒沉降室，4.高溫除塵器，5.蓄熱換熱室，6.主風機，7.排氣筒，8.低壓級蒸發器，9.中壓級蒸發器，10.高壓級蒸發器，11.低壓級工質加壓泵，12.中壓級工質加壓泵，13.高壓級工質加壓泵，14.帶補汽口有機透平，
15.三相發電機，16.水泵，17.管殼式冷凝器，18.冷卻塔。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的描述:如圖1所示:本發明冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法步驟如下:120t/h冶金爐I內排煙氣流量25X IO4NmVh,溫度1100°C，含塵濃度35g/Nm3由第四孔排出，經水冷滑套2混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室3 ;燃燒沉降室3的作用是:降低煙氣流速，使煙氣中攜帶的大顆粒粉塵沉降，并適當混入冷風，最終燃燼一氧化碳氣體，調節控制沉降室的煙氣溫度600°C，由燃燒沉降室3出來的煙氣進入高溫除塵器4，經除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進入蓄熱換熱室5，高溫煙氣放出熱量，完成熱交換，溫度降至90°C，由主風機6壓入排氣筒7排入大氣。同時，經過冷凝的有機工質液體，經過低壓級工質加壓泵11的驅動，先在安裝于蓄熱換熱室5內的低壓級蒸發器8中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成低壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平14的低壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓泵12加壓后，進入中壓級蒸發器9中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成中壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平14的中壓補汽口，另一路經高壓級工質加壓泵13加壓后，進入高壓級蒸發器10中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成高壓級工質蒸汽；經管道進入帶補汽口有機透平14的高壓進汽缸，工質蒸汽在多級有機透平14內膨脹做功，并帶動三相發電機15發電。從帶補汽口有機透平14排出的工質蒸汽由管殼式冷凝器17冷凝為飽和液體，再由低壓級工質加壓泵11將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器8中，開始新一輪循環。從冷卻塔18過來的循環水通過循環水泵16驅動，進入管殼式冷凝器17中吸收熱量，在自然循環力推動下進入冷卻塔18內，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環。系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V，可經過調壓后并入廠內電網，或直接送給用電設備使用。所述低沸點有機工質為R500，三級蒸發，低壓級蒸發壓力為0.652MPa，中壓級蒸發壓力為1.551MPa，高壓級蒸發壓力為2.35MPa，膨脹做功后的工質壓力為0.312MPa時，系統輸出電功率為3000KW，朗肯循環效率為21 %，系統排出的煙氣溫度為90°C。采用先除塵后余熱發電裝置，即先將高溫含塵煙氣進入碳鎢復合材料濾芯除塵器凈化，除塵器中的碳鎢復合材料濾芯，一般能夠承受1000°c左右的長期工作溫度，最高能承受1100°C的高溫，且能承受高溫大顆粒的沖刷，因此可以直接凈化高溫煙氣，而不需要做任何預處理。凈化后的粉塵濃度降至10mg/Nm3成為潔凈煙氣，不需要處理灰塵的堵塞、清灰等問題。本發明的最大特點是采用先除塵后多級蒸發有機朗肯循環余熱發電來回收冶金爐煙氣的余熱。以120t/h冶金爐余熱回收及除塵工藝為例，本發明方法與常規方法比較，說明如下:
權利要求
1.冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，其特征在于:本發明冶金爐內排煙氣由第四孔排出，經水冷滑套混入冷風，燃燒一氧化碳氣體后進入燃燒沉降室，使煙氣中的一氧化碳氣體充分燃燼，調節控制沉降室煙氣溫度600°c，由燃燒沉降室來的煙氣進入高溫除塵器，經除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后進入蓄熱換熱室，高溫煙氣放出熱量，完成熱交換，溫度降至90°C，由主風機壓入排氣筒排入大氣。同時，經過冷凝的有機工質液體，經過低壓級工質加壓泵的驅動，先在安裝于蓄熱換熱室內的低壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成低壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平的低壓補汽口，另一路經中壓級工質加壓泵加壓后，進入中壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成中壓級工質蒸汽；一路經管道進入帶補汽口有機透平的中壓補汽口，另一路經高壓級工質加壓泵加壓后，進入高壓級蒸發器中吸收煙氣余熱載體的熱量，變成高壓級工質蒸汽；經管道進入帶補汽口有機透平的高壓進汽缸，工質蒸汽在多級有機透平內膨脹做功，并帶動三相發電機發電。從帶補汽口有機透平排出的工質蒸汽由管殼式冷凝器冷凝為飽和液體，再由低壓級工質加壓泵將工質液體加壓后送入低壓級蒸發器中，開始新一輪循環。從冷卻塔過來的循環水通過循環水泵驅動，進入管殼式冷凝器中吸收熱量，在自然循環力推動下進入冷卻塔內，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環。系統發出的電能為三相交流電，額定電壓為380V,可經過調壓后并入廠內電網，或直接送給用電設備使用。
2.根據權利要求1所述的冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，其特征在于:所述高溫除塵器中設置有碳鎢復合材料濾芯。
3.根據權利要求1所述的冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，其特征在于:采用R500為循環有機工質。
全文摘要
冶金爐高含塵煙氣多級有機朗肯循環余熱發電方法，其特征在于冶金爐內排煙氣排出，經水冷滑套混入冷風后進入燃燒沉降室，經過燃燒沉降室的煙氣進入高溫除塵器，經除塵后進入蓄熱換熱室，完成熱交換，溫度降至90℃，由主風機壓入排氣筒排入大氣。同時，有機工質通過低壓級、中壓級、高壓級工質泵，在低壓級、中壓級、高壓級蒸發器中吸收熱量，變成蒸汽，工質蒸汽在多級有機透平內膨脹做功，帶動發電機發電。其特征在于所述高溫除塵器中設置有碳鎢復合材料濾芯。其進一步特征在于采用R500為循環有機工質。本發明的蒸發器不積灰，不堵塞，可最大限度地回收煙氣中的熱能直接轉化為高品位電能，其效率比單級蒸發有機朗肯提高10～20％。
文檔編號F01K23/10GK103105070SQ201110369210
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者馮建新 申請人:無錫市廣運環保機械有限公司