專利名稱：半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，具體地說是能 最大限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，又能改善除塵能力，屬于半封閉電爐除 塵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)每年消耗大量能源，半密閉電爐冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂驮O(shè)備散熱 帶走了大量能量。由于半密閉電爐煉鋼煙氣溫度很高，經(jīng)捕集后進(jìn)入管道的溫度一般在 1050°C左右，粉塵濃度達(dá)38g/Nm3，小于8um的灰占粉塵總量的85%以上，粉塵量大，并且粘 而細(xì)。并且煙氣溫度劇烈波動，含塵量大，普通水列管余熱鍋爐很難運(yùn)用于半密閉電爐煙氣 的余熱回收。目前，熱管換熱器已經(jīng)成功運(yùn)用到半密閉電爐的煙氣余熱回收中，但由于熱管 的固有缺陷(造價高、不抗凍、不耐高溫、使用年限短)，使得熱管余熱回收裝置在鋼鐵行業(yè) 的普及還面臨很多問題。
由于煙氣中含有大量的粉塵，粘而細(xì)的粉塵在換熱元件上出現(xiàn)積灰、堵塞現(xiàn)象，不 僅影響換熱效率，造成余熱鍋爐產(chǎn)汽量不足，更為嚴(yán)重的是由于余熱鍋爐堵灰，系統(tǒng)運(yùn)行不 穩(wěn)定，造成冶煉生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，被迫停產(chǎn)檢修。
同時，由于半密閉電爐煙氣溫度波動劇烈，波幅大，余熱回收裝置就必須設(shè)計(jì)得足 夠大，確保高溫?zé)煔庖材苡行Ю鋮s。但實(shí)際蒸汽產(chǎn)量卻遠(yuǎn)低于余熱回收裝置的最大蒸發(fā)量， 出現(xiàn)大馬拉小車的局面。這就相對減少了余熱回收裝置的經(jīng)濟(jì)價值，增加了余熱回收裝置 的投資。發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方 法，通過該方法不僅能有效降低礦熱爐煙氣溫度波動幅度，高效地冷卻高溫?zé)煔?，還能最大 限度地回收煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，同時可降低煙氣的排放溫度，改善除塵能力， 得到很好的除塵效果，排放的粉塵濃度10mg/Nm3，并且不影響半封閉電爐生產(chǎn)的穩(wěn)定和連續(xù)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，其特征在于本發(fā)明半密 閉電爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室；使煙 氣中的一氧化碳?xì)怏w充分燃燼，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度800°C，經(jīng)過燃燒沉降室的煙氣 進(jìn)入蓄熱均溫器，通過蓄熱均溫器中碳鎂復(fù)合材料蓄熱體對高溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤螅?煙氣進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3，經(jīng)除塵的高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣均混室，高 溫?zé)煔夥懦鰺崃?，完成熱交換，溫度降至100°C，然后煙氣由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同 時，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動，進(jìn)入安裝于煙氣均混室內(nèi)的直管板熱管換熱器中吸收 煙氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入管殼式蒸發(fā)器內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)。低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)通過工質(zhì)循環(huán) 泵驅(qū)動，在直管板熱管換熱器中吸收煙氣的熱量，變成飽和蒸汽，通過調(diào)壓閥后，工質(zhì)蒸汽 在低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電， 額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。從低沸點(diǎn)工質(zhì)汽 輪機(jī)排出的工質(zhì)蒸汽由鋅翅片式冷凝器冷凝為飽和液體，再由工質(zhì)泵將工質(zhì)液體加壓后送 入管殼式蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔過來的循環(huán)水通過循環(huán)水泵驅(qū)動，進(jìn)入鋅翅 片式冷凝器中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始 新一輪循環(huán)。
其進(jìn)一步特征在于本發(fā)明所述高溫除塵器為耐高溫碳錳復(fù)合材料濾芯除塵器。
更進(jìn)一步特征在于本發(fā)明采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果是由于半密閉電爐煙氣溫度波動劇烈，煙氣溫度峰值高，當(dāng)煙 氣通過本發(fā)明的蓄熱均溫器處理后，煙氣溫度波動幅度可以大為減少，同時也降低了煙氣 溫度的峰值。經(jīng)過蓄熱均溫器的煙氣進(jìn)換熱器，由于煙氣溫度峰值降低，可以使余熱發(fā)電 裝置投資減少；煙氣溫度波動幅度減少，則有利于提高余熱發(fā)電裝置的穩(wěn)定性，延長使用壽 命；同時，由于本發(fā)明的換熱器放置在除塵器后，熱源煙氣含塵量低，設(shè)備設(shè)計(jì)制造時可不 予考慮，因此可以將換熱核心單元翅片間距設(shè)計(jì)很?。欢覠o須卸灰、清灰、輸灰設(shè)施；余 熱利用設(shè)施體積減小，同時維護(hù)量減小，也延長了換熱器的使用壽命，粉塵排放濃度更低。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、可以緩解煙氣溫度的驟升驟降；
2、解決熱脹冷縮問題；
3、換熱器不積灰，不堵塞；
4、延長設(shè)備的使用壽命；
5、提高余熱發(fā)電裝置效率；
6、減少余熱發(fā)電裝置投資；
7、可以減少混入冷風(fēng)量，節(jié)約除塵能耗。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法的工藝 流程圖。
圖中，1.半密閉電爐，2.水冷滑套，3.燃燒沉降室，4.蓄熱均溫器，5.煙氣進(jìn)口，6.碳鎂復(fù)合材料蓄熱體，7.灰斗，8.聲波清灰裝置，9.煙氣出口，10.高溫除塵器，11.煙氣 均混室，12.直管板熱管換熱器，13.換熱器給水泵，14.循環(huán)水池，15.管殼式蒸發(fā)器，16.低 沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)，17.三相發(fā)電機(jī)，18.工質(zhì)循環(huán)泵，19.循環(huán)水泵，20.鋅翅片式冷凝器， 21.冷卻塔，22.主風(fēng)機(jī)，23.排氣筒。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
如圖1所示本發(fā)明150t/h半密閉電爐I煙氣流量38X 104Nm3/h，溫度1050°C， 含塵濃度38g/Nm3由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道2混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)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(dāng)混入 冷風(fēng)，最終燃燼一氧化碳?xì)怏w，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度800°C，由燃燒沉降室3出來的 煙氣通過蓄熱均溫器4中碳鎂復(fù)合材料蓄熱體6對高溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤?，煙氣進(jìn)入 高溫除塵器10，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3。然后煙氣進(jìn)入煙氣均混室11中，高溫?zé)煔夥?出熱量，完成熱交換，溫度降至100°C，由主風(fēng)機(jī)22壓入排氣筒23排入大氣。同時，循環(huán)水 通過換熱器給水泵13驅(qū)動，進(jìn)入安裝于煙氣均混室11內(nèi)的直管板熱管換熱器12中吸收煙 氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入管殼式蒸發(fā)器15內(nèi)，放 出熱量，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池14，開始新一輪循環(huán)。低沸點(diǎn)工質(zhì)通過工質(zhì)泵18 驅(qū)動，在管殼式蒸發(fā)器15中吸收汽水混合物的熱量，變成飽和蒸汽，通過調(diào)壓閥后，工質(zhì)蒸 汽在低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)16內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機(jī)17發(fā)電。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三 相交流電，額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。從低 沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)16排出的工質(zhì)蒸汽由鋅翅片式冷凝器20冷凝為飽和液體，再由工質(zhì)泵18 將工質(zhì)液體加壓后送入管殼式蒸發(fā)器15中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔21過來的循環(huán)水 通過循環(huán)水泵19驅(qū)動，進(jìn)入鋅翅片式冷凝器20中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入冷卻 塔21內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環(huán)。
所述蓄熱均溫器4包括煙氣進(jìn)口 5、碳鎂復(fù)合材料蓄熱體6、聲波清灰裝置8、煙氣 出口 9和灰斗7，所述碳鎂復(fù)合材料蓄熱體6設(shè)置于煙氣進(jìn)口 5和煙氣出口 9之間，所述聲 波清灰裝置8分段布置于碳鎂復(fù)合材料蓄熱體6之間。
所述低沸點(diǎn)工質(zhì)為R413a，進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)的工質(zhì)壓力為2. 8MPa，膨脹做 功后的工質(zhì)壓力為O. 28MPa時，系統(tǒng)輸出電功率為4000KW，朗肯循環(huán)效率為25. 5%，系統(tǒng)排 出的煙氣溫度為100°C。
采用先除塵后余熱發(fā)電裝置，即先將高溫含塵煙氣進(jìn)入碳錳濾芯除塵器凈化，除 塵器中的碳錳濾芯，一般能夠承受700°C左右的長期工作溫度，最高能承受800°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?zé)煔?，而不需要做任何預(yù)處理。凈化后 的粉塵濃度降至10mg/Nm3成為潔凈煙氣，余熱發(fā)電裝置不需要處理灰塵的堵塞、清灰等問 題。
由于蓄熱均溫器可對煙氣溫度削峰填谷，降低煙氣的最高溫度、減小煙氣溫度的 波動幅度，緩解煙氣溫度的驟升驟降，因而可減少余熱發(fā)電裝置的投資，提高余熱發(fā)電裝置 的穩(wěn)定性，并可安全地配置各類余熱發(fā)電設(shè)備。
本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用蓄熱均溫器，當(dāng)煙氣通過本發(fā)明的蓄熱均溫器處理后， 煙氣溫度波動幅度可以大為減少，同時也降低了煙氣溫度的峰值，可最大限度地回收煙氣 中的熱能轉(zhuǎn)化為聞品位電能。
以150t/h半密閉電爐余熱回收及除塵工藝為例，本發(fā)明方法與常規(guī)方法比較，說明如下
權(quán)利要求
1.半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，其特征在于本發(fā)明半密閉電爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)，燃燒一氧化碳?xì)怏w后進(jìn)入燃燒沉降室；使煙氣中的一氧化碳?xì)怏w充分燃燼，調(diào)節(jié)控制沉降室的煙氣溫度800°c，經(jīng)過燃燒沉降室的煙氣進(jìn)入蓄熱均溫器，通過蓄熱均溫器中碳鎂復(fù)合材料蓄熱體對高溫?zé)煔獾男顭峋鶞刈饔煤?，煙氣進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后粉塵濃度10mg/Nm3，經(jīng)除塵的高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣均混室，高溫?zé)煔夥懦鰺崃浚瓿蔁峤粨Q，溫度降至100°C，然后煙氣由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同時，循環(huán)水通過換熱器給水泵驅(qū)動，進(jìn)入安裝于煙氣均混室內(nèi)的直管板熱管換熱器中吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物，汽水混合物在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入管殼式蒸發(fā)器內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，低溫水流入循環(huán)水池，開始新一輪循環(huán)。低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)通過工質(zhì)循環(huán)泵驅(qū)動，在直管板熱管換熱器中吸收煙氣的熱量，變成飽和蒸汽，通過調(diào)壓閥后，工質(zhì)蒸汽在低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，并帶動三相發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)發(fā)出的電能為三相交流電， 額定電壓為380V，可經(jīng)過調(diào)壓后并入廠內(nèi)電網(wǎng)，或直接送給用電設(shè)備使用。從低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)排出的工質(zhì)蒸汽由鋅翅片式冷凝器冷凝為飽和液體，再由工質(zhì)泵將工質(zhì)液體加壓后送入管殼式蒸發(fā)器中，開始新一輪循環(huán)。從冷卻塔過來的循環(huán)水通過循環(huán)水泵驅(qū)動，進(jìn)入鋅翅片式冷凝器中吸收熱量，在自然循環(huán)力推動下進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，放出熱量，變成低溫水，開始新一輪循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，其特征在于所述高溫除塵器為耐高溫碳錳復(fù)合材料濾芯除塵器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，其特征在于采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。
全文摘要
半密閉電爐煙氣均溫式有機(jī)朗肯余熱發(fā)電及除塵方法，其特征在于半密閉電爐煙氣由爐內(nèi)排出，經(jīng)水冷煙道混入冷風(fēng)后進(jìn)入燃燒沉降室，經(jīng)過燃燒沉降室的煙氣進(jìn)入蓄熱均溫器，再進(jìn)入高溫除塵器，經(jīng)除塵后進(jìn)入煙氣均混室，煙氣放出熱量，由主風(fēng)機(jī)壓入排氣筒排入大氣。同時，循環(huán)水進(jìn)入換熱器吸收煙氣的熱量，形成汽水混合物進(jìn)蒸發(fā)器，放出熱量。有機(jī)工質(zhì)通過工質(zhì)泵，在蒸發(fā)器中吸收熱量，變成蒸汽，工質(zhì)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。其特征在于高溫除塵器為耐高溫碳錳復(fù)合材料濾芯除塵器。其特征在于采用R413a為循環(huán)有機(jī)工質(zhì)。本發(fā)明采用蓄熱均溫器，降低煙氣的波動幅度和峰值，將熱能轉(zhuǎn)化為高品位電能，裝置投資低、運(yùn)行能耗低。
文檔編號F01K11/02GK103017551SQ20111028952
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者王珍露 申請人:無錫市東優(yōu)環(huán)保科技有限公司