立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统论文和设计-陈琦

全文摘要

本实用新型公开了一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，针对立式螺旋逆流余热回收水蒸汽朗肯循环发电之后的低温余热资源无法用于发电的现状，通过引入有机朗肯循环发电系统，对烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气用于有机朗肯循环发电系统；烧结烟气的余热资源与烧结矿立式螺旋逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气合并，用于有机朗肯循环发电系统。本实用新型将烧结工序中的余热资源最大限度地应用于发电，增加钢铁企业的自用电供应量，实现烧结工序节能降耗，提高钢铁企业的经济效益。

主设计要求

1.一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：包括烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体，烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体设有出风管道、环形进气道和中央进气道；所述的烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体的出风管道与一次除尘器、余热锅炉顺次连接；烧结机的烧结烟气风机出口管道与余热锅炉被冷却废气出口管道合并连接至蒸发器，蒸发器和脱硫脱硝装置连接后分成两路：一路连接至烟囱，另一路顺次连接回收烟气阀、二次除尘器、冷风进气阀、循环风机、放散阀后接入烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体外侧的环形进气道和中央进气道；所述的余热锅炉连接有第一发电系统；所述的蒸发器连接有第二发电系统。

设计方案

1.一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：包括烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体，烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体设有出风管道、环形进气道和中央进气道；

所述的烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体的出风管道与一次除尘器、余热锅炉顺次连接；

烧结机的烧结烟气风机出口管道与余热锅炉被冷却废气出口管道合并连接至蒸发器，蒸发器和脱硫脱硝装置连接后分成两路：一路连接至烟囱，另一路顺次连接回收烟气阀、二次除尘器、冷风进气阀、循环风机、放散阀后接入烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体外侧的环形进气道和中央进气道；

所述的余热锅炉连接有第一发电系统；所述的蒸发器连接有第二发电系统。

2.根据权利要求1所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的烧结机上设有风箱、主烟道及烟气除尘器，所述的风箱、主烟道、烟气除尘器和烧结烟气风机经烧结烟气管道顺次相连。

3.根据权利要求1所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的放散阀和环形进气道之间设置有环形进气阀。

4.根据权利要求1所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的放散阀和中央进气道之间设置有中央进气阀。

5.根据权利要求1所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的脱硫脱硝装置与所述的烟囱连接的管道上设有烟囱管道阀。

6.根据权利要求1至5任何一项所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的第一发电系统包括凝汽式汽轮机、第一冷凝器、第一循环水泵、除氧器、第二循环水泵及第一发电机；余热锅炉、凝汽式汽轮机、第一冷凝器、第一循环水泵、除氧器、第二循环水泵和余热锅炉通过水和水蒸气管道依次相连，凝汽式汽轮机中间级连接除氧器，凝汽式汽轮机末端连接第一发电机。

7.根据权利要求1至5任何一项所述的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，其特征在于：所述的第二发电系统包括膨胀机、第二冷凝器、储液罐、工质循环泵及第二发电机；所述的蒸发器、膨胀机、第二冷凝器、储液罐、工质循环泵和蒸发器经有机工质管道顺次相连，所述的膨胀机末端连接第二发电机。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及高温颗粒余热回收发电设备及技术领域，更确切地说涉及一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统。

背景技术

钢铁行业余热余压资源的高效回收和转化利用是企业节能降耗的主要方向之一。对于耗能位居钢铁工业第二或第三位的烧结工序，烧结余热主要有两部分组成：烧结机尾部的烧结矿显热，温度为800−950°C，占烧结工序能耗的44.5%；烧结机排出的烟气显热，平均温度为150−200°C，占烧结工序能耗的23.6%。余热“质”和“量”综合分析显示，烧结矿显热占比高达65%，烧结烟气显热占比约35%。对烧结矿显热回收借助新型的烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置进行余热回收，得到了450−550°C的中高温冷却废气。

烧结机烟气平均温度一般不超过150°C但其流量大；烧结机尾部风箱排出的烟气温度为300−400°C，最高可达450°C；烧结冷却装置的热废气温度随冷却部位的不同而不同，在70−520°C之间变化，现有技术仅对250°C以上的热废气进行回收利用。

高温烧结矿颗粒回收的冷却废气属于中高温余热范围，采用水蒸汽朗肯循环发电后被冷却的废气温度仍然在120−150°C，属于低温余热范围，仍然具有利用的价值；烧结烟气平均温度120−180°C，属于低温余热范围。对以上两部分低温余热利用，来进行发电，必将极大地提高烧结余热利用率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，通过引入有机朗肯循环发电系统，对烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气用于有机朗肯循环发电系统；烧结烟气的余热资源与烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气合并，用于有机朗肯循环发电系统。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，包括烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体，烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体设有出风管道、环形进气道和中央进气道；

所述的烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体的出风管道与一次除尘器、余热锅炉顺次连接；

所述的余热锅炉连接有第一发电系统；所述的蒸发器连接有第二发电系统。

采用以上结构后，本实用新型的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明针对立式螺旋逆流余热回收水蒸汽朗肯循环发电之后的低温余热资源无法用于发电的现状，通过引入有机朗肯循环发电系统，对烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气用于有机朗肯循环发电系统；烧结烟气的余热资源与烧结矿立式螺旋逆流冷却装置水蒸汽朗肯循环发电后的低温废气合并，用于有机朗肯循环发电系统。本发明将烧结工序中的余热资源最大限度地应用于发电，增加钢铁企业的自用电供应量，实现烧结工序节能降耗，提高钢铁企业的经济效益。

作为改进，所述的烧结机上设有风箱、主烟道及烟气除尘器，所述的风箱、主烟道、烟气除尘器和烧结烟气风机经烧结烟气管道顺次相连。

作为改进，所述的放散阀和环形进气道之间设置有环形进气阀。

作为改进，所述的放散阀和中央进气道之间设置有中央进气阀。

作为改进，所述的脱硫脱硝装置与所述的烟囱连接的管道上设有烟囱管道阀。

作为改进，所述的第一发电系统包括凝汽式汽轮机、第一冷凝器、第一循环水泵、除氧器、第二循环水泵及第一发电机；余热锅炉、凝汽式汽轮机、第一冷凝器、第一循环水泵、除氧器、第二循环水泵和余热锅炉通过水和水蒸气管道依次相连，凝汽式汽轮机中间级连接除氧器，凝汽式汽轮机末端连接第一发电机。

作为改进，所述的第二发电系统包括膨胀机、第二冷凝器、储液罐、工质循环泵及第二发电机；所述的蒸发器、膨胀机、第二冷凝器、储液罐、工质循环泵和蒸发器经有机工质管道顺次相连，所述的膨胀机末端连接第二发电机。

作为改进，所述的有机工质管道中工质为R600、R600a、R245fa、R236fa、R236ea、R601、R601a、RC318和R227ea中的一种或者多种。

附图说明

图1是立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统的结构示意图；

图中所示：烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体1、出风管道2、一次除尘器3、余热锅炉4、凝汽式汽轮机5、第一发电机6、第一冷凝器7、第一循环水泵8、除氧器9、第二循环水泵10、膨胀机11、第二发电机12、第二冷凝器13、储液罐14、工质循环泵15、蒸发器16、脱硫脱硝装置17、烟囱管道阀18、回收烟气阀19、烟囱20、二次除尘器21、冷风进气阀22、循环风机23、放散阀24、环形进气阀25、环形进气道26、中央进气阀27、中央进气道28、烧结烟气风机29、烟气除尘器30、主烟道31、风箱32和烧结机33。

具体实施方式

为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包含”“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和\/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、步骤、操作、元件、部件和\/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

本实用新型的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统，包括烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体1，烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体1设有出风管道2、环形进气道26和中央进气道28。

所述的烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体1的出风管道2与一次除尘器3、余热锅炉4顺次连接。

烧结机33的烧结烟气风机29出口管道与余热锅炉4被冷却废气出口管道合并连接至蒸发器16，蒸发器16和脱硫脱硝装置17连接后分成两路：

一路连接至烟囱20，所述的脱硫脱硝装置17与所述的烟囱20连接的管道上设有烟囱管道阀18。

另一路顺次连接回收烟气阀19、二次除尘器21、冷风进气阀22、循环风机23、放散阀24后接入烧结矿立式螺旋逆流冷却装置本体1外侧的环形进气道26和中央进气道28；所述的放散阀24和环形进气道26之间设置有环形进气阀25。所述的放散阀24和中央进气道28之间设置有中央进气阀27。

所述的烧结机33上设有风箱32、主烟道31及烟气除尘器30，所述的风箱32、主烟道31、烟气除尘器30和烧结烟气风机29经烧结烟气管道顺次相连。

所述的余热锅炉4连接有第一发电系统；所述的第一发电系统包括凝汽式汽轮机5、第一冷凝器7、第一循环水泵8、除氧器9、第二循环水泵10及第一发电机6；余热锅炉4、凝汽式汽轮机5、第一冷凝器7、第一循环水泵8、除氧器9、第二循环水泵10和余热锅炉4通过水和水蒸气管道依次相连，凝汽式汽轮机5中间级连接除氧器9，凝汽式汽轮机5末端连接第一发电机6。

所述的蒸发器16连接有第二发电系统。所述的第二发电系统包括膨胀机11、第二冷凝器13、储液罐14、工质循环泵15及第二发电机12；所述的蒸发器16、膨胀机11、第二冷凝器13、储液罐14、工质循环泵15和蒸发器16经有机工质管道顺次相连，所述的膨胀机11末端连接第二发电机12。所述的有机工质管道中工质为R600、R600a、R245fa、R236fa、R236ea、R601、R601a、RC318和R227ea中的一种或者多种。

本实用新型的立式烧结余热驱动水蒸汽和有机朗肯循环串联系统的工作方法包括如下步骤：

S1、700−850°C的高温烧结矿从顶部间隔地加入烧结矿立式（螺旋）逆流冷却装置1中，与从进风管道进入的80−100°C冷却气体换热后变成140−160°C的冷烧结矿从装置底部排出；

S2、被加热的450−550°C高温废气经一次除尘器3除尘后通入余热锅炉4，加热锅炉中给水后，废气被冷却至120−150°C；

S3、被冷却的废气与烧结机33产生，经烟气除尘器30除尘后由烧结烟气风机29鼓出的120−180°C的烧结烟气混合，进入蒸发器16加热有机工质，被脱硫脱硝装置17除去烟气中的污染气体，之后气体分成两路：一路从烟囱直接排出，该部分连接管道上的烟囱管道阀18可以调节从烟囱排出的气体的流量，另一路经过二次除尘器21后，由循环风机23鼓入环形进风管道26和中央进风管道28，该部分脱硫脱硝装置17与二次除尘器21之间的管道上设有回收烟气阀19，根据需求调节回收烟气的流量，二次除尘器22和循环风机23之间设有冷风进气阀22，以补充被冷却废气的流量，同时循环风机23与进风管道之间设置有放散阀24，可以放散部分被冷却气体，进一步实现流量调节，被冷却气体进入环形进气道26之前设有环形进气阀25，被冷却气体进入中央进气道28之前设有中央进风阀27，被冷却气体进入立式螺旋逆流冷却装置本体1后由高温烧结矿颗粒加热继续进行循环；

S4、余热锅炉4中的给水被加热后，成为高温高压的过热水蒸汽，推动凝汽式汽轮机5做功，凝汽式汽轮机5带动第一发电机7发电，做功后凝汽式汽轮机5排出的乏汽在第一冷凝器7中冷却，由第一循环水泵8提供动力进入除氧器9，被从凝汽式汽轮机5中间级抽出的蒸汽加热，除氧后的液态水经第二循环水泵10提供动力进入余热锅炉4作为给水；

S5、在蒸发器16中被加热后蒸发成气体的100−200°C的有机工质，通过膨胀机11推动第二发电机12发电，有机工质在膨胀机11中膨胀做功后，乏汽经过第二冷凝器13冷凝后变成液态有机工质，进入储液罐14，再由工质循环泵15提供动力进入蒸发器16与烟气进行换热。

设计图

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