一種燒結余熱回收方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種燒結余熱回收的方法及系統，屬于工業余熱回收【技術領域】。本發明利用燒結余熱將多股相互獨立的載熱流體加熱到不同溫度，升溫后的載熱流體按溫度從低到高將熱量分段傳遞給蒸汽動力循環中汽輪機凝汽器排出的冷凝水，排擠汽輪機回熱抽汽，增加汽輪發電機組的發電量并獲得較高的發電效率，系統布置和操控靈活，且不會對蒸汽動力循環產生額外的不利影響，汽輪機抽汽與燒結余熱相互補償，克服了燒結余熱溫度低、溫度波動大、燒結生產變化等造成的不利影響，可深度回收低溫燒結余熱，并能長期穩定發電，延長設備壽命，減少投資，降低投資風險。
【專利說明】一種燒結余熱回收方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燒結余熱回收方法及系統，屬于工業余熱利用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，燒結余熱利用的主要方式是將溫度在300°C^450°C的燒結機煙氣或冷卻機廢氣弓I入余熱鍋爐，通過余熱鍋爐來生產蒸汽以推動汽輪發電機組做功發電。這種燒結余熱利用方式存在的主要問題是:
(1)余熱鍋爐進口煙氣溫度低，所產蒸汽壓力和溫度較低，一般蒸汽壓力在3.0MPa以下，導致發電效率低，一般在25%以下；同時，蒸汽過熱度也受到限制，蒸汽過熱度低會造成汽輪機排汽干度下降，對汽輪機末級的安全性和經濟性不利，對此，如采用雙壓發電系統，雖然可提高燒結余熱利用率，但其系統較為復雜，投資也較大，而且余熱鍋爐排煙溫度一般在130°C左右，溫度仍較高；
(2)受燒結工藝變化影響，煙氣溫度波動大，主蒸汽溫度不穩定，蒸汽溫度過低將威脅汽輪機安全運行，造成汽輪機停機，使余熱不能得到回收利用，而且頻繁的啟停還會降低設備的壽命；
(3)如采用補燃措施提高和穩定煙氣溫度，又會額外增加能源消耗；
(4)燒結設備投產后隨著設備老化以及設備磨損變形，漏風率不斷升高，降低了余熱鍋爐進口煙氣的溫度，使余熱回收量不斷減少，無法取得預想的發電收益，不能按期收回投資。
[0003]常規的蒸汽動力循環，可以通過提高蒸汽壓力、溫度和采用冷凝水回熱來提高發電效率，發電效率可提高到40%以上，目前鋼鐵企業普遍配備了采用抽汽回熱冷凝水的大容量高溫高壓蒸汽發電機組，如高溫高壓煤氣發電機組和高溫高壓干熄焦發電機組等。
[0004]發明專利CN101699207A提供了一種將燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環相耦合的方法，即將燒結余熱鍋爐作為高爐煤氣鍋爐的外置省煤器，將部分鍋爐給水加熱到飽和，外置省煤器與高爐煤氣鍋爐的省煤器并聯，甚至也和汽輪機高壓加熱器并聯，雖然能部分減少汽輪機抽汽，但對高爐煤氣鍋爐來說，燒結煙氣和廢氣的溫度波動會造成經其省煤器的工質流量的波動，影響高爐煤氣鍋爐尾部換熱面的換熱，使其偏離最佳工況，降低鍋爐效率，同時，對于余熱鍋爐來說，其工質進出口溫度較高，不利于燒結余熱低溫部分的回收，降低了燒結余熱利用效率。
[0005]因此，需要開發一種可在采用冷凝水抽汽回熱的蒸汽動力循環中，高效利用燒結余熱加熱從汽輪機凝汽器排出的冷凝水的方法和系統。
[0006]
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種可在采用冷凝水抽汽回熱的蒸汽動力循環中，高效利用燒結余熱加熱從汽輪機凝汽器排出的冷凝水的方法和系統，以增加蒸汽動力循環的發電量，實現梯級高效利用燒結余熱和節約投資的目的。
[0008]本發明所提供的燒結余熱回收方法包括以下步驟:
O至少兩股相互獨立的載熱流體被送入并布置在余熱鍋爐中各自專用的換熱面內；
2)燒結工序所產的溫度高于200°C的燒結機煙氣和/或冷卻機廢氣被送入余熱鍋爐，通過換熱面將熱量傳遞給相互獨立的載熱流體，所述相互獨立的載熱流體被加熱到不同溫度；
3)被加熱后的載熱流體被送到各自換熱器內將熱量傳遞給汽輪機凝汽器流出的冷凝水，汽輪機所在蒸汽動力循環采用冷凝水抽汽回熱，冷凝水按換熱溫度由低到高被載熱流體和汽輪機抽汽加熱，加熱后的冷凝水作為鍋爐給水送入蒸汽動力循環中的鍋爐。
[0009]在本發明的一些具體實施例中，所述單股載熱流體為水或導熱油或熔融鹽。
[0010]在本發明的一些具體實施例中，所述余熱鍋爐中，至少對應所述一股載熱流體的換熱面為熱管的吸熱端，所述熱管的吸熱端在所述余熱鍋爐內吸收熱量，所述熱管的放熱端在所述換熱器內加熱冷凝水，所述熱管內充裝有所述載熱流體。
[0011]本發明還提供一種實現前述方法的燒結余熱回收系統，該系統包括同時加熱至少兩股相互獨立的載熱流體的余熱鍋爐和一個采用冷凝水抽汽回熱的蒸汽動力循環系統，蒸汽動力循環系統包括鍋爐、汽輪機、凝汽器、加熱器、除氧器，所述余熱鍋爐具有煙氣入口和煙氣出口，在余熱鍋爐內按煙氣流向順次布置有每股載熱流體專用的換熱面，每股載熱流體換熱面的出口與和其對應的換熱器載熱流體入口相通，每股載熱流體換熱面的入口與和其對應的換熱器載熱流體出口相連，每個換熱器具有冷凝水入口和冷凝水出口，每個換熱器通過冷凝水入口和冷凝水出口接入蒸汽動力循環系統的冷凝水回熱管路。所謂冷凝水回熱管路是指冷凝水依次通過加熱器的管路。
[0012]在前述燒結余熱回收系統中，優選所述載熱流體為水。余熱鍋爐為雙壓蒸汽鍋爐，布置有可產生壓力為1.2MPa?4.5MPa蒸汽的高溫換熱面和可產生壓力為0.3MPa?1.2MPa蒸汽的低溫換熱面，高溫換熱面的蒸汽出口與蒸汽動力循環系統中抽汽壓力相近的高壓加熱器蒸汽入口相連，高溫換熱面給水入口與高壓加熱器疏水出口相連，低溫換熱面蒸汽出口與蒸汽動力循環系統中抽汽壓力相近的低壓加熱器蒸汽入口相連，低溫換熱面給水入口與低壓加熱器疏水出口相連。
[0013]在前述燒結余熱回收系統中，優選所述余熱鍋爐包括一臺燒結機余熱鍋爐和至少一臺冷卻機余熱鍋爐，將燒結機尾部200°C以上煙氣引入燒結機余熱鍋爐加熱載熱流體，另將冷卻機廢氣引入冷卻機余熱鍋爐加熱載熱流體。
[0014]在前述燒結余熱回收系統中，優選余熱鍋爐中，煙氣首先通過導熱油換熱面。
[0015]在前述燒結余熱回收系統中，優選余熱鍋爐中，煙氣首先通過導熱油換熱面。
[0016]在前述燒結余熱回收系統中，優選所述換熱器的冷凝水入口與多個加熱器冷凝水入口通過裝有閥門的管路相連，換熱器的冷凝水出口與多個加熱器冷凝水出口通過裝有閥門的管路相連。
[0017]本發明與現有技術相比具有以下優點:
I)利用燒結余熱加熱多股載熱流體，并按其溫度高低分別加熱不同溫度段的冷凝水，從而高效實現燒結余熱梯級回收，尤其是低溫燒結余熱可以得到回收，由于冷凝水從凝汽器流出時溫度只有30°c?40°C，因此可將余熱鍋爐排煙溫度降至100°C以下； 2)采用載熱流體間接加熱冷凝水，較之利用燒結余熱直接加熱冷凝水，余熱鍋爐和冷凝水抽汽回熱系統相互獨立，余熱鍋爐換熱面布置可不考慮冷凝水壓力和冷凝水壓頭損失，系統布置靈活，控制簡便；
3)如采用水作為載熱流體，通過余熱鍋爐產生水蒸汽，則可以兼顧發電和供熱；
4)如采用導熱油作為載熱流體，較之水蒸汽加熱冷凝水可以獲得更好的傳熱特性，緩解水蒸氣凝結放熱存在的窄點溫差限制，使冷凝水獲得更高的溫度，還可利用較低的壓力獲得較高溫度的流體，低壓系統有助于節約設備投資和簡化操作，在無明火、以對流換熱為主的余熱鍋爐內具有很高的安全性，尤其適合加熱高溫段冷凝水；
5)利用燒結余熱加熱冷凝水，可以排擠汽輪機抽汽，增加發電量，同時不但可以排擠低壓加熱器抽汽，還可以排擠高壓加熱器的抽汽，獲得更多額外的發電量，且不會限制蒸汽動力循環系統的蒸汽初參數，可獲得更高的發電效率；
6)省去了發電效率較低的中、低參數汽輪發電機組，節約了投資，且不存在因蒸汽初參數低而造成的汽輪機末級干度不能滿足安全性和經濟性要求的情況；
7)利用燒結余熱加熱冷凝水，燒結煙氣和廢氣的溫度波動不會影響蒸汽動力循環中鍋爐的熱效率，使鍋爐可以始終在最佳狀態下運行；
8)汽輪機回熱抽汽與燒結余熱相互補償，避免以往因燒結煙氣和廢氣溫度波動而造成汽輪機頻繁啟停的現象，即便燒結設備停運，也可以連續、穩定的發電，延長設備壽命；
9)運行中可根據燒結余熱溫度變化靈活選擇換熱器的冷凝水接入點，保證適宜的換熱溫差，減少不可逆損失，確保燒結余熱回收率；
10)減少了燒結余熱回收項目投資，降低了投資風險。
[0018]當然，實施本發明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明提供的燒結余熱回收系統的一種實施例。
[0020]圖2為本發明提供的燒結余熱回收系統的另一種實施例，其中余熱鍋爐為雙壓蒸汽鍋爐。
[0021]圖中:1 一鍋爐；2 —汽輪機；3 —凝汽器；4 一凝結水泵；5 —低壓加熱器；6 —除氧器；7 —給水泵；8 —高壓加熱器；9 一低溫換熱器；10 —低溫循環泵；11 一高溫換熱器；12 —聞溫循環泵；13 —余熱鍋爐；14 一低溫換熱面；15 —聞溫換熱面。
【具體實施方式】
[0022]對于常規的蒸汽動力循環，可以通過提高蒸汽壓力、溫度和采用冷凝水回熱來提高發電效率，發電效率可提高到40%以上，目前鋼鐵企業普遍配備了采用抽汽回熱冷凝水的大容量高溫高壓蒸汽發電機組，如高溫高壓煤氣發電機組和高溫高壓干熄焦發電機組等，而燒結余熱的溫度范圍較為適宜加熱冷凝水，如利用燒結余熱加熱冷凝水，則可減少汽輪機回熱抽汽量，增加發電量，同時又比常規的燒結余熱發電方法減少了汽輪發電機組的投資。
[0023]因此，本發明利用燒結余熱將多股相互獨立的載熱流體加熱到不同溫度，升溫后的載熱流體按溫度從低到高將熱量分段傳遞給蒸汽動力循環中汽輪機凝汽器排出的冷凝水，排擠汽輪機回熱抽汽，增加汽輪發電機組的發電量并獲得較高的發電效率，系統布置和操控靈活，且不會對蒸汽動力循環產生額外的不利影響，汽輪機抽汽與燒結余熱相互補償，克服了燒結余熱溫度低、溫度波動大、燒結生產變化等造成的不利影響，可深度回收低溫燒結余熱，并能長期穩定發電，延長設備壽命，減少投資，降低投資風險。下面結合附圖詳細描述采用本發明所提供燒結余熱回收方法的系統。
[0024]本發明提供的一種燒結余熱回收方法，所述燒結余熱包括燒結機煙氣余熱和冷卻機廢氣余熱，包括以下步驟:
1)至少兩股相互獨立的載熱流體被送入布置在余熱鍋爐中各自專用的換熱面內；
2)燒結工序所產溫度高于200°C的燒結機煙氣和/或冷卻機廢氣被送入所述余熱鍋爐，通過所述各自專用的換熱面將熱量傳遞給所述相互獨立的載熱流體，所述相互獨立的載熱流體被加熱到不同溫度；
3)被加熱后的載熱流體被送到各自對應的換熱器內將熱量傳遞給汽輪機凝汽器流出的冷凝水，汽輪機所在蒸汽動力循環系統采用冷凝水抽汽回熱，冷凝水按換熱溫度由低到高被載熱流體和汽輪機抽汽加熱，加熱后的冷凝水作為鍋爐給水送入蒸汽動力循環系統中的鍋爐。
[0025]其中，所述單股載熱流體為水或導熱油或熔融鹽。
[0026]其中，所述余熱鍋爐中，至少對應所述一股載熱流體的換熱面為熱管的吸熱端，所述熱管的吸熱端在所述余熱鍋爐內吸收熱量，所述熱管的放熱端在所述換熱器內加熱冷凝水，所述熱管內充裝有所述載熱流體。
[0027]圖1為本發明的燒結余熱回收系統的一個實施例。該燒結余熱回收系統包括一個采用抽汽回熱冷凝水的蒸汽動力循環系統和余熱鍋爐13，該蒸汽動力循環系統主要包括鍋爐1、汽輪機2、凝汽器3、凝結水泵4、低壓加熱器5、除氧器6、給水泵7、高壓加熱器8，余熱鍋爐13順著燒結煙氣和廢氣的流動方向分別布置有高溫換熱面15和低溫換熱面14，用于分別加熱兩股相互獨立的載熱流體，高溫換熱面15的載熱流體出口與高溫換熱器11的載熱流體入口相連，高溫換熱面15的載熱流體入口與高溫換熱器11的載熱流體出口相連，在高溫換熱器11內溫度較高的載熱流體將熱量傳遞給冷凝水，低溫換熱面14的載熱流體出口與低溫換熱器9的載熱流體入口相連，低溫換熱面14的載熱流體入口與低溫換熱器9的載熱流體出口相連，在低溫換熱器14內溫度較低的載熱流體將熱量傳遞給冷凝水，載熱流體在余熱鍋爐13的換熱面(14、15)和換熱器(11、9)之間循環流動。
[0028]載熱流體并不局限于兩股，可根據實際需要，增加載熱流體的股數。
[0029]本發明通過按載熱流體溫度高低分段加熱冷凝水排擠高壓加熱器8和低壓加熱器5的汽輪機抽汽，增加了汽輪發電機組的發電量，獲得較高的發電效率，實現了燒結余熱的梯級利用。
[0030]換熱器接入冷凝水回路的方式可以是與加熱器串聯，也可以是與加熱器并聯，進一步的，如蒸汽動力循環有多級高壓加熱器和多級低壓加熱器，可根據載熱流體的溫度切換換熱器的接入冷凝水回路的位置，使溫度適宜的冷凝水流入換熱器以獲得較佳的換熱溫差，減少了不可逆損失。
[0031]本實施例提供的燒結余熱回收系統可使汽輪機回熱抽汽與燒結余熱相互補償，避免以往因燒結煙氣和廢氣溫度波動而造成汽輪機頻繁啟停的現象，即便燒結設備停運，也可以連續、穩定的發電，延長設備壽命；載熱流體可以是水，也可以是導熱油，還可以是熔融鹽，其中導熱油較適用于高溫換熱面，可在低壓下獲得較好的傳熱效果，該系統省去了以往燒結余熱發電技術所采用的中低參數汽輪發電機組，節約了設備投資，降低了投資風險。
[0032]圖2為本發明的燒結余熱回收系統的另一實施例，具體是采用水為載熱流體的實施例，該系統的余熱鍋爐13采用雙壓蒸汽鍋爐，其直接將加熱器作為換熱器，將余熱鍋爐13產生的中壓蒸汽和低壓蒸汽分別引入高壓加熱器8和低壓加熱器5加熱冷凝水，減少相應的汽輪機抽汽，增加汽輪發電機組的發電量，獲得較高的發電效率，實現了燒結余熱的梯級利用，且系統得到進一步簡化，投資也可以進一步降低。進一步的，可根據需要將雙壓擴展到三壓或更多壓力，低壓蒸汽壓力可延伸到負壓，進一步降低吸熱溫度和余熱鍋爐的排煙溫度。
[0033]以上公開的本發明優選實施例只是用于幫助闡述本發明。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬【技術領域】技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【權利要求】
1.一種燒結余熱回收方法，所述燒結余熱包括燒結機煙氣余熱和冷卻機廢氣余熱，其特征在于，包括以下步驟: O至少兩股相互獨立的載熱流體被送入布置在余熱鍋爐中各自專用的換熱面內； 2)燒結工序所產溫度高于200°C的燒結機煙氣和/或冷卻機廢氣被送入所述余熱鍋爐，通過所述各自專用的換熱面將熱量傳遞給所述相互獨立的載熱流體，所述相互獨立的載熱流體被加熱到不同溫度； 3)被加熱后的載熱流體被送到各自對應的換熱器內將熱量傳遞給汽輪機凝汽器流出的冷凝水，汽輪機所在蒸汽動力循環系統采用所述冷凝水抽汽回熱，所述冷凝水按換熱溫度由低到高被載熱流體和汽輪機抽汽加熱，加熱后的冷凝水作為鍋爐給水送入蒸汽動力循環系統中的鍋爐。
2.根據權利要求1所述的燒結余熱回收方法，其特征在于:所述單股載熱流體為水或導熱油或熔融鹽。
3.根據權利要求1所述的燒結余熱回收方法，其特征在于:所述余熱鍋爐中，至少對應所述一股載熱流體的換熱面為熱管的吸熱端，所述熱管的吸熱端在所述余熱鍋爐內吸收熱量，所述熱管的放熱端在所述換熱器內加熱冷凝水，所述熱管內充裝有所述載熱流體。
4.一種實現權利要求1-3所述的燒結余熱回收方法的燒結余熱回收系統，其特征在于，所述燒結余熱回收系統包括同時加熱至少兩股相互獨立的載熱流體的余熱鍋爐、每股載熱流體對應的換熱器和一個采用冷凝水抽汽回熱的蒸汽動力循環系統，所述蒸汽動力循環系統包括鍋爐、汽輪機、凝汽器、加熱器、除氧器，所述余熱鍋爐具有煙氣入口和煙氣出口，在所述余熱鍋爐內按煙氣流向順次布置有每股載熱流體專用的換熱面，每股載熱流體換熱面的出口和與其對應的換熱器載熱流體的入口相通，每股載熱流體換熱面的入口和與其對應的換熱器載熱流體的出口相連，每個換熱器具有冷凝水入口和冷凝水出口，每個換熱器通過所述冷凝水入口和冷凝水出口接入所述蒸汽動力循環系統的冷凝水回熱管路；所述換熱器為單獨設置的換熱器或所述加熱器。
5.根據權利要求4所述的燒結余熱回收系統，其特征在于:所述載熱流體為水，且所述載熱流體為兩股；所述余熱鍋爐為雙壓蒸汽鍋爐，所述余熱鍋爐布置有可產生壓力為1.2MPa?4.5MPa蒸汽的高溫換熱面和可產生壓力為0.3MPa?1.2MPa蒸汽的低溫換熱面，所述高溫換熱面的蒸汽出口與蒸汽動力循環系統中抽汽壓力相近的高壓加熱器的蒸汽入口相連，所述高溫換熱面的給水入口與高壓加熱器的疏水出口相連，所述低溫換熱面的蒸汽出口與所述蒸汽動力循環系統中抽汽壓力相近的低壓加熱器的蒸汽入口相連，所述低溫換熱面的給水入口與低壓加熱器的疏水出口相連。
6.根據權利要求4所述的燒結余熱回收系統，其特征在于:所述余熱鍋爐包括一臺燒結機余熱鍋爐和至少一臺冷卻機余熱鍋爐，將燒結機尾部200°C以上煙氣引入燒結機余熱鍋爐加熱載熱流體，另將冷卻機廢氣引入冷卻機余熱鍋爐加熱載熱流體。
7.根據權利要求4所述的燒結余熱回收系統，其特征在于:所述余熱鍋爐中，煙氣首先通過導熱油換熱面。
8.根據權利要求4所述的燒結余熱回收系統，其特征在于:所述換熱器的冷凝水入口與多個加熱器冷凝水入口通過裝有閥門的管路相連，所述換熱器的冷凝水出口與多個加熱器冷凝水出口通過裝有閥門的管路相連。
【文檔編號】F01K7/34GK104457297SQ201410696016
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】杜濱 申請人:上海寶鋼節能環保技術有限公司