本發(fā)明涉及炭素行業(yè)余熱利用技術領域，尤其涉及一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)。

背景技術：

炭素材料是電解鋁生產工藝的主要原料之一，炭素材料制品的生產是制約鋁工業(yè)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。我國鋁工業(yè)近幾年來發(fā)展進入快速通道，鋁用炭素隨之發(fā)展，炭素材料制品產能已從幾年前的百萬噸級增加到現在的千萬噸級，而且還在以一定增速發(fā)展。

罐式煅燒爐是炭素生產工藝中的主要設備之一，能夠鍛燒不同揮發(fā)份含量的石油焦,具有鍛燒料質量穩(wěn)定、炭質燒損率低、鍛后焦的堆積密度高、操作簡單、維護工作量小、連續(xù)生產周期長等優(yōu)點，因此，廣泛應用于炭素廠和鋁廠中。

在采用煅燒爐對原料進行煅燒時，石油焦揮發(fā)分燃燒產生的熱量除可供鍛燒石油焦所需之外，還有大量的富余熱量隨煙氣排出，煙氣溫度甚至高達900℃。根據熱平衡計算，原料鍛燒吸熱只占煅燒爐熱支出的33.5％，而被煅燒煙氣所帶走的熱量占整個煅燒爐熱支出的47.9％。然而，由于煅燒爐煙氣有個明顯特征，即煙氣溫度高，但是煙氣量小，這就導致炭素廠對于煅燒爐高溫煙氣的余熱回收不太積極，甚至有許多炭素廠采用鼓風冷卻的方式，即通過大功率鼓風機將低溫空氣混入高溫煙氣，進行強制降溫然后排入大氣，造成寶貴的煙氣余熱資源白白浪費，而且大功率鼓風機的新增耗電量也帶來了炭素生產成本的提升。

此外，罐式煅燒爐在出料端設置有冷卻水套，用于對高溫煅后焦(可達1000℃以上)進行冷卻，冷卻水套內的冷卻水與煅燒爐的煅后焦間接換熱，吸熱后的冷卻水送至冷卻塔散熱，然后重新返回水套，作為冷卻水套進水，如此循環(huán)。水套的冷卻水出水蘊含有大量的熱量，數量非?？捎^，但是其最大的劣勢在于溫度過低，只有50℃左右，屬于低溫余熱，品位極低，所以其利用非常困難，炭素廠一般不會考慮對該部分熱源進行回收利用。

技術實現要素：

本發(fā)明是為了解決現有技術中存在的上述技術問題而做出，其目的在于提供一種能夠對炭素廠的煅燒爐煙氣、水套冷卻水等余熱資源進行綜合回收利用，將高溫、小流量的煙氣余熱和低溫、大流量的水套冷卻水余熱進行高效回收基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)，包括多臺罐式煅燒爐、水套進水母管、水套出水母管、多臺余熱鍋爐、蒸汽母管、汽輪機和凝汽器，其中，每一臺罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺余熱鍋爐的煙氣進口連通，所述罐式煅燒爐出來的高溫煙氣在余熱鍋爐中換熱降溫；多臺余熱鍋爐的蒸汽出口通過蒸汽母管與所述汽輪機的蒸汽進口連通，各余熱鍋爐的蒸汽出口的蒸汽在所述蒸汽母管中匯集，所述蒸汽母管中的蒸汽進入所述汽輪機，驅動所述汽輪機旋轉做功；所述汽輪機的排汽口與所述凝汽器的進汽口連通；所述凝汽器的冷卻水進口與供熱外網的回水管道連通，所述凝汽器通過供熱外網的回水進行冷卻；所述凝汽器的冷卻水出口通過水套進水母管與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進口連通，所述凝汽器的冷卻水出口的冷卻水在所述水套進水母管中匯集，然后分為多個支路分別進入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進口，對各罐式煅燒爐的煅燒爐水套進行冷卻；多臺罐式煅燒爐的煅燒爐水套的熱水出口通過水套出水母管與供熱外網的供水管道連通，所述煅燒爐水套的熱水出口的熱水在所述水套出水母管中匯集，然后送至供熱外網供水管道，向外提供熱水。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括煙氣母管、引風機、脫硫裝置和煙囪，所述多臺余熱鍋爐的煙氣出口通過煙氣母管與所述引風機、脫硫裝置和煙囪沿煙氣流向順次連通，所述多臺余熱鍋爐的排煙通過所述煙氣母管進入引風機升壓后通過脫硫裝置進行脫硫處理，然后通過煙囪排向大氣。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括凝結水泵、除氧給水系統(tǒng)和給水母管，所述凝汽器的凝結水出口與凝結水泵、除氧給水系統(tǒng)通過給水母管與所述多臺余熱鍋爐的給水進口沿凝結水流向順次連通，所述凝汽器的凝結水出口的凝結水經過所述凝結水泵加壓后進入除氧給水系統(tǒng)進行處理，然后通過給水母管分為多個支路分別進入各余熱鍋爐。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述汽輪機設置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統(tǒng)提供加熱汽源。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述除氧給水系統(tǒng)包括除氧器和給水泵，所述汽輪機的抽汽口與所述除氧器的加熱蒸汽進口連通，為所述除氧器提供加熱汽源，所述除氧器的出水口與所述給水泵的進水口連通，所述給水泵的出水口通過給水母管與多臺余熱鍋爐的給水進口連通。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括發(fā)電機，所述發(fā)電機與所述汽輪機同軸相連，所述汽輪機拖動所述發(fā)電機發(fā)電。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述煅燒爐水套的冷卻水進口位于煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套的熱水出口位于煅燒爐水套的高溫端。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)由于罐式煅燒爐的煙氣溫度高、品位高，因此通過余熱鍋爐結合汽輪發(fā)電機組將高品位的煙氣熱能轉換為高品質的電能；同時將汽輪機凝汽器的循環(huán)冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水余熱進行回收，考慮到冷卻水溫度低、品位低，余熱很難利用，因此將冷卻水余熱用于對外供應熱水，與傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水通過冷卻塔排向大氣的方式相比，具有顯著的經濟效益；

2)汽輪機、凝汽器的循環(huán)冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水換熱系統(tǒng)采用串聯方式，冷卻水先進入凝汽器冷卻系統(tǒng)進行一次換熱，然后進入水套冷卻系統(tǒng)二次換熱，這是充分考慮兩個換熱系統(tǒng)熱源特征后的優(yōu)化設計，其與并聯連接方式相比，系統(tǒng)所需的冷卻水總量大幅減小，而與先進入水套冷卻系統(tǒng)再進入凝汽器冷卻系統(tǒng)的串聯方式相比，顯然本發(fā)明可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發(fā)電機組的發(fā)電量；

3)本發(fā)明構建了一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)，對炭素廠煅燒爐的幾種余熱資源進行統(tǒng)籌規(guī)劃，首先根據煅燒爐煙氣的高溫、小流量特點，采用余熱鍋爐對煙氣余熱進行回收，轉化為蒸汽資源，同時考慮到炭素廠一般均配置多臺煅燒爐且單臺煅燒爐煙氣量和對應產汽量較小的特點，將余熱鍋爐排煙和蒸汽設計為母管制，蒸汽匯集后通過汽輪機進行利用，煙氣匯集后進行集中凈化和排放；然后對汽輪機凝汽器循環(huán)水余熱和煅燒爐水套余熱進行集成回收，將外部熱網的回水用于凝汽器的冷卻，凝汽器出口循環(huán)冷卻水繼續(xù)用于各臺煅燒爐水套的冷卻，各臺煅燒爐水套的出口冷卻水也設計成母管制，匯集后集中向外部熱網供應熱水，完成了對罐式煅燒爐余熱的高度集成利用，實現了熱能梯級利用和科學用能；

4)本發(fā)明整套余熱利用系統(tǒng)的綜合熱效率可達80％以上，較單純余熱發(fā)電方式相比(整體熱效率只能達到25％左右)，能源綜合利用效率顯著提高。

附圖說明

通過參考以下具體實施方式的內容并且結合附圖，本發(fā)明的其它目的及結果將更加明白且易于理解。在附圖中：

圖1是本發(fā)明所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實現這些實施例。

下面將參照附圖來對根據本發(fā)明的各個實施例進行詳細描述。

圖1是本發(fā)明所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)包括多臺罐式煅燒爐(1.1～1.n)、水套進水母管9、水套出水母管10、多臺余熱鍋爐(2.1～2.n)、蒸汽母管7、汽輪機11和凝汽器12，其中，

每一臺罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺余熱鍋爐的煙氣進口連通，所述罐式煅燒爐出來的高溫煙氣在余熱鍋爐中換熱降溫；

多臺余熱鍋爐的蒸汽出口通過蒸汽母管7與所述汽輪機11的蒸汽進口連通，各臺余熱鍋爐的出口蒸汽在所述蒸汽母管7中匯集，所述蒸汽母管7中的蒸汽進入所述汽輪機11，驅動所述汽輪機11旋轉做功；

所述汽輪機11的排汽口與所述凝汽器12的進汽口連通；

所述凝汽器12的冷卻水進口與供熱外網的回水管道連通，所述凝汽器12通過供熱外網的回水進行冷卻；

所述凝汽器12的冷卻水出口通過水套進水母管9與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口連通，所述凝汽器12的出口冷卻水在所述水套進水母管9中匯集，然后分為多個支路分別進入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口，對各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)進行冷卻；

多臺罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口通過水套出水母管10與供熱外網的供水管道連通，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口的熱水在所述水套出水母管10中匯集，然后送至供熱外網供水管道，向外提供熱水。

上述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)對炭素廠罐式煅燒爐的幾種余熱資源進行統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合回收，實現了多臺罐式煅燒爐余熱的集成利用，且將余熱回收設計成母管制，對多臺罐式煅燒爐的煙氣余熱、水套冷卻水余熱進行集中處理，具有顯著的經濟效益。

優(yōu)選地，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)采用逆流換熱，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口位于煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口位于煅燒爐水套的高溫端。

另外，優(yōu)選地，所述余熱利用系統(tǒng)還包括發(fā)電機17，所述發(fā)電機17與所述汽輪機11同軸相連，所述汽輪機11拖動所述發(fā)電機17發(fā)電。

上述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)考慮到罐式煅燒爐煙氣溫度高、品位高，因此通過余熱鍋爐結合汽輪發(fā)電機組將高品位的煙氣熱能轉換為高品質的電能；而將汽輪機、凝汽器的循環(huán)冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水余熱進行回收時，考慮到該冷卻水溫度低、品位低，余熱很難利用，最終以供熱為目的，將冷卻水余熱用于對外供應熱水，與傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水通過冷卻塔排向大氣進而造成冷源損失的方式相比，本發(fā)明將熱網回水作為凝汽器冷卻系統(tǒng)的換熱介質，利用排汽的凝結熱來加熱冷卻水，將該冷卻水用于熱水供暖，從而將排汽凝結熱加以利用，使整套余熱利用系統(tǒng)的循環(huán)熱效率大大提高，具有顯著的經濟效益。

另外，汽輪機、凝汽器的循環(huán)冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水換熱系統(tǒng)采用串聯方式，冷卻水先進入凝汽器冷卻系統(tǒng)，然后進入水套冷卻系統(tǒng)，是充分考慮兩個換熱系統(tǒng)熱源特征后的優(yōu)化設計，與并聯連接相比，凝汽器和煅燒爐水套的冷卻效果更好，因為并聯方式下去往凝汽器和煅燒爐水套的水量均大幅減少，導致其冷卻效果大受影響；而與先進入水套冷卻系統(tǒng)再進入凝汽器冷卻系統(tǒng)的串聯方式相比，可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發(fā)電機組的發(fā)電量。

在本發(fā)明的一個可選實施例中，上述余熱利用系統(tǒng)還包括凝結水泵13和除氧給水系統(tǒng)和給水母管8，所述凝汽器12的凝結水出口與凝結水泵13、除氧給水系統(tǒng)通過給水母管8與所述多臺余熱鍋爐的給水進口沿凝結水流向順次連通，所述凝汽器12的出口凝結水經過所述凝結水泵13加壓后進入除氧給水系統(tǒng)進行處理，然后通過給水母管8分為多個支路分別進入各臺余熱鍋爐。

優(yōu)選地，所述汽輪機11設置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統(tǒng)提供加熱汽源。

進一步，優(yōu)選地，所述除氧給水系統(tǒng)包括除氧器14和給水泵15，所述汽輪機11的抽汽口與所述除氧器14的加熱蒸汽進口連通，為所述除氧器14提供加熱汽源，所述除氧器14的出水口與所述給水泵15的進水口連通，所述給水泵15的出水口通過給水母管8與多臺余熱鍋爐2的給水進口連通。

在本發(fā)明的一個可選實施例中，上述余熱利用系統(tǒng)還包括煙氣母管3、引風機4、脫硫裝置5和煙囪6，所述多臺余熱鍋爐的煙氣出口通過煙氣母管3與所述引風機4、脫硫裝置5和煙囪6沿煙氣流向順次連通，所述余熱鍋爐2的排煙通過煙氣母管3經過引風機4升壓后進入脫硫裝置5進行脫硫處理，然后通過煙囪6排向大氣。

上述炭素廠煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的工藝流程如下：

汽水系統(tǒng)流程：多臺余熱鍋爐產生的高溫蒸汽進入汽輪機11，在汽輪機11中膨脹做功后進入凝汽器7，在凝汽器7中降溫并凝結成凝結水，然后通過凝結水泵13打入除氧給水系統(tǒng)，在除氧給水系統(tǒng)中經過除氧器除氧后，通過給水泵15送至給水母管3，給水母管3分為多個支路分別送至多臺余熱鍋爐，作為各余熱鍋爐的給水，從而完成一個汽水循環(huán)流程。

冷卻水系統(tǒng)流程：供熱外網的回水作為凝汽器7的冷卻水源，進入凝汽器7的冷卻水進口，在凝汽器7中一次換熱后進入水套進水母管9，然后分為多個支路分別進入多個煅燒爐水套(16.1～16.n)冷卻水進口，作為各煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水源在各煅燒爐水套中進行二次換熱，各煅燒爐水套的熱水出口排出的熱水匯集到水套出水母管10，然后送至供熱外網的供水管道，向供熱外網供應熱水。

煙氣系統(tǒng)流程：各煅燒爐產生的800℃～900℃的高溫煙氣進入各余熱鍋爐，在各余熱鍋爐中放熱后降溫至150～200℃左右后匯集進入煙氣母管3，通過引風機4送至脫硫裝置5，在脫硫裝置5中經過煙氣脫硫處理后進入煙囪6，最后排向大氣。

盡管前面公開的內容示出了本發(fā)明的示例性實施例，但是應當注意，在不背離權利要求限定的范圍的前提下，可以進行多種改變和修改。此外，盡管本發(fā)明的元素可以以個體形式描述或要求，但是也可以設想具有多個元素，除非明確限制為單個元素。