專利名稱：高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐熱風爐余熱回收領(lǐng)域，具體涉及一種采用氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)實現(xiàn)高爐熱風爐余熱回收發(fā)電的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
蓄熱式熱風爐是通過燃燒低熱值的高爐煤氣加熱產(chǎn)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(xiàn)代高爐技術(shù)產(chǎn)生一個巨大的飛躍，從而得到廣泛應(yīng)用。熱風爐排放煙氣溫度在280_35(TC，通常將之用來預(yù)熱空氣或者空氣、煤氣雙預(yù)熱，通過預(yù)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(yè)節(jié)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)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(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于主要包括氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)；氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置氨水循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)通道和冷卻水循環(huán)通道；煙氣循環(huán)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(huán)通道的上分別設(shè)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(huán)系統(tǒng)中的高溫高壓氨汽輸往膨脹機而帶動發(fā)電機。按上述技術(shù)方案，氨水循環(huán)系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、過熱器、低壓回熱器、冷凝器、循環(huán)泵、高壓回熱器、閃蒸器；熱風爐煙氣進口管路依次經(jīng)過過熱器、蒸發(fā)器中煙氣循環(huán)通道后與熱風爐煙氣出口管路連通；過熱器中煙氣循環(huán)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(jīng)過熱器后與膨脹機連通；膨脹機帶動發(fā)電機，膨脹機的乏汽出口連通乏汽管路；循環(huán)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(jīng)回熱器、高壓回熱器和蒸發(fā)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(jīng)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(huán)泵的進口端連通；稀氨溶液管路與匯合點之間設(shè)置節(jié)流閥。按上述技術(shù)方案，冷凝器中，冷卻水循環(huán)通道與低壓工作溶液管路逆流換熱，然后與循環(huán)泵的進口端連通。采用上述高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電的方法，其特征在于:在蒸發(fā)器內(nèi)，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(fā)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(fā)生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經(jīng)稀氨溶液管路輸出；富氨蒸汽經(jīng)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(fā)電機對外發(fā)
電；
膨脹做功后的乏汽經(jīng)乏汽管路與通過高壓回熱器和節(jié)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(jīng)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(huán)泵和高壓回熱器輸往蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。按上述技術(shù)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(huán)使用。按上述技術(shù)方案，氨水工質(zhì)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(nèi)的氨水濃度為75-85%質(zhì)量濃度，稀氨溶液管路內(nèi)溶液濃度35-45%質(zhì)量濃度，富氨蒸汽管路和乏汽管路內(nèi)氨濃度為94-97%質(zhì)量濃度。按上述技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明設(shè)計了結(jié)構(gòu)簡單的氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)，利用氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)實現(xiàn)高爐熱風爐煙氣余熱回收發(fā)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(zhì)循環(huán)利用，氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)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(zhì)的利用率最大化。


圖1是本發(fā)明的高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝示意圖。圖2是本發(fā)明的氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)示意圖。圖1和2中附圖標記如下:1_蒸發(fā)器；2_過熱器；3_膨脹機；4_發(fā)電機；5_回熱器；6_冷凝器；7_循環(huán)泵；8_高壓回熱器；9_閃蒸器；10-節(jié)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(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)；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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。如圖1和2所示，高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)是通過適合中低溫熱源的以氨水為工質(zhì)的動力循環(huán)回收余熱的發(fā)電系統(tǒng)。如圖1所示，熱風爐21中經(jīng)煤氣管路25輸入煤氣，經(jīng)助燃空氣管路26輸入助燃空氣，燃燒后的煙氣排出后經(jīng)熱風爐煙氣進口管路11進入氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)22，氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)22中設(shè)置氨水循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)通道和冷卻水循環(huán)通道；煙氣循環(huán)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(huán)通道的上分別設(shè)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(jīng)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(jīng)加熱后的高溫高壓氨汽輸往發(fā)電機4進行發(fā)電。氨水循環(huán)系統(tǒng)在氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)22中的分布如圖2所示:主要包括蒸發(fā)器1、過熱器2、回熱器5、冷凝器6、循環(huán)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(jīng)過過熱器2、蒸發(fā)器I中煙氣循環(huán)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(huán)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(jīng)過熱器2后與膨脹機3連通；膨脹機3的主蒸汽出口與發(fā)電機4連通，膨脹機3的乏汽出口連通乏汽管路14 ;循環(huán)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(jīng)回熱器5、高壓回熱器8和蒸發(fā)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(jīng)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(huán)泵7的進口端連通；稀氨溶液管路18與匯合點之間設(shè)置節(jié)流閥10。冷凝器6中，冷卻水循環(huán)通道與經(jīng)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(huán)通道并行的低壓工作溶液管路15與循環(huán)泵7的進口端連通。整個動力循環(huán)系統(tǒng)由管路相連接，氨水工質(zhì)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(nèi)的氨水濃度為75-85% (質(zhì)量濃度，以下同)，稀氨溶液管路18內(nèi)溶液濃度35-45%，富氨蒸汽管路13和乏汽管路14內(nèi)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(fā)器I內(nèi)，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(fā)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(fā)生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經(jīng)稀氨溶液管路18輸出；富氨蒸汽經(jīng)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(fā)電機4對外發(fā)電，膨脹做功后的乏汽經(jīng)乏汽管路14與通過高壓回熱器8和節(jié)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(jīng)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(huán)泵7和回熱器5、高壓回熱器8輸往蒸發(fā)器1，完成一個循環(huán)。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(huán)使用。
權(quán)利要求
1.高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于主要包括氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)；氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置氨水循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)通道和冷卻水循環(huán)通道；煙氣循環(huán)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(huán)通道的上分別設(shè)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(huán)系統(tǒng)中的高溫高壓氨汽輸往膨脹機而帶動發(fā)電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:氨水循環(huán)系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、過熱器、回熱器、冷凝器、循環(huán)泵、高壓回熱器、閃蒸器；熱風爐煙氣進口管路依次經(jīng)過過熱器、蒸發(fā)器中煙氣循環(huán)通道后與熱風爐煙氣出口管路連通；過熱器中煙氣循環(huán)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(jīng)過熱器后與膨脹機連通；膨脹機帶動發(fā)電機，膨脹機的乏汽出口連通乏汽管路；循環(huán)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(jīng)回熱器、高壓回熱器和蒸發(fā)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(jīng)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(huán)泵的進口端連通；稀氨溶液管路與匯合點之間設(shè)置節(jié)流閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于:冷凝器中，冷卻水循環(huán)通道與經(jīng)回熱器后的低壓工作溶液管路逆流換熱，然后與循環(huán)泵的進口端連通。
4.采用權(quán)利要求3所述高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電的方法，其特征在于:在蒸發(fā)器內(nèi)，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(fā)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(fā)生閃蒸，形成稀氨溶液和富氨蒸汽，稀氨溶液經(jīng)稀氨溶液管路輸出；富氨蒸汽經(jīng)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(fā)電機對外發(fā)電； 膨脹做功后的乏汽經(jīng)乏汽管路與通過高壓回熱器和節(jié)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(jīng)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(huán)泵、回熱器和高壓回熱器輸往蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)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(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于:氨水工質(zhì)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(nèi)的氨水濃度為75-85%質(zhì)量濃度，稀氨溶液管路內(nèi)溶液濃度35-45%質(zhì)量濃度，富氨蒸汽管路和乏汽管路內(nèi)氨濃度為94-97%質(zhì)量濃度。
7.根據(jù)權(quán)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(fā)明涉及一種高爐熱風爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)和方法，主要包括氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)；氨水混合工質(zhì)動力循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置氨水循環(huán)系統(tǒng)、煙氣循環(huán)通道和冷卻水循環(huán)通道；煙氣循環(huán)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(huán)通道的上分別設(shè)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(huán)系統(tǒng)中的高溫高壓氨氣通道輸往發(fā)電機。結(jié)構(gòu)簡單、能夠高效率地回收高爐熱風爐煙氣余熱。氨水工質(zhì)循環(huán)利用，經(jīng)濟性和環(huán)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(zhì)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(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)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(shù)有限公司