一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)包括熔煉爐、主煙氣管路、第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥、I級蓄熱裝置、第一煙氣旁路、第二煙氣旁路、II級蓄熱裝置、第四流量控制閥、第五流量控制閥、第六流量控制閥、煙囪、引風機、電除塵器、發(fā)電機、汽輪機、給水泵、余熱鍋爐。本發(fā)明通過利用石墨傳熱能力強，蓄、放熱速度快和蓄熱密度高的特點，通過換熱過程中旁路切換有效解決了熔煉爐出口煙氣溫度波動大導致余熱回收難度大的問題，實現(xiàn)穩(wěn)定余熱鍋爐進口煙氣溫度的目的，有利于提高余熱發(fā)電穩(wěn)定性和效率。本發(fā)明現(xiàn)有冶金、煉鋼等行業(yè)中余熱發(fā)電裝置的節(jié)能改造方面具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。
【專利說明】
一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，屬于工業(yè)節(jié)能、余熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國大多數(shù)冶金、鋼鐵企業(yè)的耗能高，能源利用率較低，除了生產(chǎn)工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等因素外，主要是由于熔煉爐熔煉過程中的排煙溫度普遍在800°C以上，排煙時將帶出大量余熱，在進入余熱回收裝置前煙氣余熱損失較大，且煙氣等余熱載體的顯熱也不能有效儲存，余熱資源沒有得到有效利用，導致余熱回收利用率低，如果能充分回收利用排煙余熱，將帶來十分可觀的節(jié)能與經(jīng)濟效益，因此盡可能地回收熔煉過程中產(chǎn)生煙氣的顯熱余熱是提高能源利用率的重要途徑。
[0003]雖然熔煉爐煙氣余熱具有極大的回收利用潛力，但由于冶金、煉鋼等行業(yè)生產(chǎn)過程中存在周期性，熔煉爐通常為間歇性作業(yè)，出口煙氣溫度極不穩(wěn)定，常呈現(xiàn)出較大幅度的波動，余熱輸出不穩(wěn)定，因此，極大地增加了其有效回收利用的難度;此外，對于工業(yè)余熱資源回收系統(tǒng)而言，入口煙氣溫度頻繁的波動將造成惡劣的運行環(huán)境，余熱回收系統(tǒng)相關(guān)部件使用壽命大幅縮減，因此要求設(shè)備可靠性高，有較寬的運行參數(shù)范圍以適應(yīng)煙溫的波動，這不僅增加了余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計與布置難度，還進一步提高了煙氣余熱回收的成本，因此，針對上述問題，采取必要的措施穩(wěn)定余熱回收系統(tǒng)的入口溫度以提高能量綜合利用效率，改善余熱利用系統(tǒng)設(shè)備的運行環(huán)境，具有極為重大的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提出一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)及方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括熔煉爐、主煙氣管路、第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥、I級蓄熱裝置、第一煙氣旁路、第二煙氣旁路、II級蓄熱裝置、第四流量控制閥、第五流量控制閥、第六流量控制閥、煙囪、引風機、電除塵器、發(fā)電機、汽輪機、給水栗、余熱鍋爐;熔煉爐、I級蓄熱裝置、II級蓄熱裝置、余熱鍋爐、電除塵器、引風機、煙囪經(jīng)主煙氣管路順次連接構(gòu)成煙氣側(cè)主通路;第一煙氣旁路和第二煙氣旁路的始端依次與熔煉爐與I級蓄熱裝置之間的主煙氣管路相連，第一煙氣旁路和第二煙氣旁路的末端依次與II級蓄熱裝置和余熱鍋爐之間的主煙氣管路相連，第二流量控制閥安裝在第一煙氣旁路始端與第二煙氣旁路始端之間的主煙氣管路上，第五流量控制閥安裝在第一煙氣旁路末端與第二煙氣旁路末端之間的主煙氣管路上，第一流量控制閥與第三流量控制閥分別安裝在第一煙氣旁路始端與第二煙氣旁路始端，第四流量控制閥與第六流量控制閥分別安裝在第一煙氣旁路末端與第二煙氣旁路末端;給水栗、余熱鍋爐、汽輪機依次連接構(gòu)成蒸汽側(cè)通路;汽輪機與發(fā)電機相連。
[0007]所述的I級蓄熱裝置與II級蓄熱裝置具有相同的結(jié)構(gòu)特征，具體包括煙氣進口流道、煙氣進口流道擴口、煙氣進口管板、煙氣換熱管、石墨蓄熱體、石墨蓄熱體通孔、煙氣出口管板、煙氣出口流道縮口、煙氣出口流道;煙氣進口流道、煙氣進口流道擴口、煙氣進口管板、石墨蓄熱體、煙氣出口管板、煙氣出口流道縮口、煙氣出口流道順次相連，石墨蓄熱體上設(shè)有石墨蓄熱體通孔，煙氣換熱管與石墨蓄熱體的石墨蓄熱體通孔利用過渡或間隙配合方式連接，采用間隙配合方式時配合間隙采用膨脹石墨填充;煙氣換熱管與石墨蓄熱體通孔關(guān)于石墨蓄熱體的幾何中心軸呈中心對稱布置。所述的余熱鍋爐內(nèi)應(yīng)裝配過熱器。
[0008]一種利用所述的系統(tǒng)的基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電方法，步驟如下:當熔煉爐排煙溫度超過余熱鍋爐入口煙溫設(shè)定上限值時，第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥關(guān)閉，第二流量控制閥和第五流量控制閥開啟，高溫煙氣經(jīng)主煙氣管路、I級蓄熱裝置和II級蓄熱裝置構(gòu)成的煙氣主通路中進行蓄熱換熱，一方面將煙氣溫度降低到設(shè)計溫度范圍，另一方面將部分熱量儲存起來；當熔煉爐排煙溫度低于余熱鍋爐入口煙溫設(shè)定下限值時，第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥開啟，第二流量控制閥和第五流量控制閥關(guān)閉，煙氣經(jīng)由主煙氣管路、第一煙氣旁路、II級蓄熱裝置、I級蓄熱裝置、第二煙氣旁路構(gòu)成的旁路換熱系統(tǒng)，通過I級蓄熱裝置和II級蓄熱裝置將低溫煙氣加熱到鍋爐煙氣設(shè)計的溫度區(qū)間，從而保證熔煉爐不同排煙階段的溫度均維持在余熱鍋爐設(shè)計的范圍之內(nèi)，進而保證余熱鍋爐內(nèi)的過熱器能夠正常安全工作，加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，進而產(chǎn)生穩(wěn)定的熱功率，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0010](I)本發(fā)明利用石墨傳熱能力強，蓄、放熱速度快的特點與系統(tǒng)管路閥門之間的來回切換有效解決了熔煉爐出口煙氣溫度波動大導致余熱回收難度大的問題，實現(xiàn)了對間歇性煙氣“削峰填谷”平穩(wěn)輸出的目的。
[0011](2)本發(fā)明通過將蓄熱技術(shù)穩(wěn)定輸出煙氣參數(shù)后，可以提高余熱鍋爐的穩(wěn)定性，增加過熱器的利用，進而余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，提高煙氣余熱利用率。
【附圖說明】
[0012]圖1是蓄熱式熔煉爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是蓄熱式熔煉爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)I級蓄熱裝置結(jié)構(gòu)簡圖；
[0014]圖3是蓄熱式熔煉爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)I級蓄熱裝置的A-A截面圖；
[0015]圖中:熔煉爐1、煙氣進口主管路2、第一流量控制閥3a、第二流量控制閥3b、第三流量控制閥3c、I級蓄熱裝置4、第一煙氣旁路5、第二煙氣旁路6、11級蓄熱裝置7、第四流量控制閥8a、第五流量控制閥Sb、第六流量控制閥8 c、煙囪9、引風機1、電除塵器11、發(fā)電機12、汽輪機13、給水栗14、余熱鍋爐15、煙氣進口流道16、煙氣進口流道擴口 17、煙氣進口管板18、煙氣換熱管19、石墨蓄熱體20、石墨蓄熱體通孔21、煙氣出口管板22、煙氣出口流道縮口23、煙氣出口流道24。
【具體實施方式】
[0016]如圖1-3所示，一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括熔煉爐1、主煙氣管路2、第一流量控制閥3a、第二流量控制閥3b、第三流量控制閥3c、I級蓄熱裝置4、第一煙氣旁路5、第二煙氣旁路6、II級蓄熱裝置7、第四流量控制閥8a、第五流量控制閥8b、第六流量控制閥Sc、煙囪9、引風機10、電除塵器11、發(fā)電機12、汽輪機13、給水栗14、余熱鍋爐15 ；熔煉爐1、I級蓄熱裝置4、II級蓄熱裝置7、余熱鍋爐15、電除塵器11、引風機1、煙囪9經(jīng)主煙氣管路2順次連接構(gòu)成煙氣側(cè)主通路;第一煙氣旁路5和第二煙氣旁路6的始端依次與熔煉爐I與I級蓄熱裝置4之間的主煙氣管路2相連，第一煙氣旁路5和第二煙氣旁路6的末端依次與II級蓄熱裝置7和余熱鍋爐15之間的主煙氣管路2相連，第二流量控制閥3b安裝在第一煙氣旁路5始端與第二煙氣旁路6始端之間的主煙氣管路2上，第五流量控制閥Sb安裝在第一煙氣旁路5末端與第二煙氣旁路6末端之間的主煙氣管路2上，第一流量控制閥3a與第三流量控制閥3c分別安裝在第一煙氣旁路5始端與第二煙氣旁路6始端，第四流量控制閥8a與第六流量控制閥8c分別安裝在第一煙氣旁路5末端與第二煙氣旁路6末端;給水栗14、余熱鍋爐15、汽輪機13依次連接構(gòu)成蒸汽側(cè)通路;汽輪機13與發(fā)電機12相連。
[0017]所述的I級蓄熱裝置4與II級蓄熱裝置7具有相同的結(jié)構(gòu)特征，具體包括煙氣進口流道16、煙氣進口流道擴口 17、煙氣進口管板18、煙氣換熱管19、石墨蓄熱體20、石墨蓄熱體通孔21、煙氣出口管板22、煙氣出口流道縮口 23、煙氣出口流道24 ；煙氣進口流道16、煙氣進口流道擴口 17、煙氣進口管板18、石墨蓄熱體20、煙氣出口管板22、煙氣出口流道縮口 23、煙氣出口流道24順次相連，石墨蓄熱體20上設(shè)有石墨蓄熱體通孔21，煙氣換熱管19與石墨蓄熱體20的石墨蓄熱體通孔21利用過渡或間隙配合方式連接，采用間隙配合方式時配合間隙采用膨脹石墨填充;煙氣換熱管19與石墨蓄熱體通孔21關(guān)于石墨蓄熱體20的幾何中心軸呈中心對稱布置;所述的余熱鍋爐15內(nèi)應(yīng)裝配過熱器；
[0018]基于上述裝置的基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱平穩(wěn)發(fā)電方法，具體步驟如下:當熔煉爐I排煙溫度超過余熱鍋爐15入口煙溫設(shè)定上限值時，第一流量控制閥3a、第三流量控制閥3c、第四流量控制閥8a與第六流量控制閥8c關(guān)閉，第二流量控制閥3b和第五流量控制閥Sb開啟，高溫煙氣經(jīng)主煙氣管路2、1級蓄熱裝置4和II級蓄熱裝置7構(gòu)成的煙氣主通路中進行蓄熱換熱，一方面將煙氣溫度降低到設(shè)計溫度范圍，另一方面將部分熱量儲存起來；當熔煉爐排煙溫度低于余熱鍋爐15入口煙溫設(shè)定下限值時，第一流量控制閥3a、第三流量控制閥3c、第四流量控制閥8a與第六流量控制閥8c開啟，第二流量控制閥3b和第五流量控制閥Sb關(guān)閉，煙氣經(jīng)由主煙氣管路2、第一煙氣旁路5、11級蓄熱裝置7、1級蓄熱裝置4、第二煙氣旁路6構(gòu)成的旁路換熱系統(tǒng)，通過I級蓄熱裝置4和II級蓄熱裝置7將低溫煙氣加熱到鍋爐煙氣設(shè)計的溫度區(qū)間，從而保證熔煉爐I不同排煙階段的溫度均維持在余熱鍋爐15設(shè)計的范圍之內(nèi)，進而保證余熱鍋爐15內(nèi)的過熱器能夠正常安全工作，加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，進而產(chǎn)生穩(wěn)定的熱功率，推動汽輪機13帶動發(fā)電機12發(fā)電。
[0019]本發(fā)明的具體工作過程如下:
[0020]由于熔煉工序過程存在一定的周期性，當熔煉爐處于冶煉作業(yè)狀態(tài)時，熔煉爐出口的煙氣溫度處于較高區(qū)域，此時出口煙溫高于平均煙氣溫度，即超過余熱鍋爐進口煙溫設(shè)定上限，此時，系統(tǒng)控制第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥關(guān)閉，第二流量控制閥、第五流量控制閥開啟，煙氣通過主煙氣管路依次流經(jīng)I級蓄熱裝置、II級蓄熱裝置換熱后，蓄熱裝置的溫度得到提高，煙氣溫度降低到鍋爐設(shè)計的進口溫度區(qū)間，隨后進入余熱鍋爐加熱給水栗輸送進來的補水產(chǎn)生過熱蒸汽；當熔煉爐處于加料階段時，煙氣溫度較低，低于余熱鍋爐進口煙溫下限，此時系統(tǒng)控制第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥開啟，第二流量控制閥與第五流量控制閥關(guān)閉，較低溫度的煙氣通過第一煙氣旁路、主煙氣管路、第二煙氣旁路依次流經(jīng)II級蓄熱裝置、I級蓄熱裝置通過與蓄熱裝置之間的換熱，將高溫階段儲存的熱量釋放給低溫階段的煙氣，使得煙氣溫度同樣達到余熱鍋爐進口煙氣設(shè)定范圍，被加熱后的煙氣最終流入余熱鍋爐進行換熱，加熱給水栗輸送進來的補水產(chǎn)生過熱蒸汽。在整個周期過程中，高溫煙氣階段儲存的熱量等于低溫煙氣階段釋放的熱量，從而保證蓄熱與放熱的平衡，同時，高溫煙氣階段和低溫煙氣階段經(jīng)過蓄熱調(diào)節(jié)后，進入余熱鍋爐的溫度在設(shè)計范圍內(nèi)波動，流量也相同，從而保證進入余熱鍋爐內(nèi)煙氣的溫度品位和總熱值穩(wěn)定，進而在保證余熱鍋爐內(nèi)過熱器的安全運行的前提下，產(chǎn)生穩(wěn)定蒸發(fā)量的過熱蒸汽，最終推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，提高汽輪機發(fā)電效率。
【主權(quán)項】
1.一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括熔煉爐(I)、主煙氣管路(2)、第一流量控制閥(3a)、第二流量控制閥(3b)、第三流量控制閥(3c)、I級蓄熱裝置(4)、第一煙氣旁路(5)、第二煙氣旁路(6)、11級蓄熱裝置(7)、第四流量控制閥(8a)、第五流量控制閥(Sb)、第六流量控制閥(Sc)、煙囪(9)、引風機(10)、電除塵器(11)、發(fā)電機(12)、汽輪機(13)、給水栗(14)、余熱鍋爐(15);熔煉爐(1)、1級蓄熱裝置(4)、11級蓄熱裝置(7)、余熱鍋爐(15)、電除塵器(11)、引風機(10)、煙囪(9)經(jīng)主煙氣管路(2)順次連接構(gòu)成煙氣側(cè)主通路;第一煙氣旁路(5)和第二煙氣旁路(6)的始端依次與熔煉爐(I)與I級蓄熱裝置(4)之間的主煙氣管路(2)相連，第一煙氣旁路(5)和第二煙氣旁路(6)的末端依次與II級蓄熱裝置(7)和余熱鍋爐(15)之間的主煙氣管路(2)相連，第二流量控制閥(3b)安裝在第一煙氣旁路(5)始端與第二煙氣旁路(6)始端之間的主煙氣管路(2)上，第五流量控制閥(Sb)安裝在第一煙氣旁路(5)末端與第二煙氣旁路(6)末端之間的主煙氣管路(2)上，第一流量控制閥(3a)與第三流量控制閥(3c)分別安裝在第一煙氣旁路(5)始端與第二煙氣旁路(6)始端，第四流量控制閥(8a)與第六流量控制閥(8c)分別安裝在第一煙氣旁路(5)末端與第二煙氣旁路(6)末端;給水栗(14)、余熱鍋爐(15)、汽輪機(13)依次連接構(gòu)成蒸汽側(cè)通路;汽輪機(13)與發(fā)電機(12)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的I級蓄熱裝置(4)與II級蓄熱裝置(7)具有相同的結(jié)構(gòu)特征，具體包括煙氣進口流道(16)、煙氣進口流道擴口(17)、煙氣進口管板(18)、煙氣換熱管(19)、石墨蓄熱體(20)、石墨蓄熱體通孔(21)、煙氣出口管板(22)、煙氣出口流道縮口(23)、煙氣出口流道(24);煙氣進口流道(16)、煙氣進口流道擴口(17)、煙氣進口管板(18)、石墨蓄熱體(20)、煙氣出口管板(22)、煙氣出口流道縮口(23)、煙氣出口流道(24)順次相連，石墨蓄熱體(20)上設(shè)有石墨蓄熱體通孔(21)，煙氣換熱管(19)與石墨蓄熱體(20)的石墨蓄熱體通孔(21)利用過渡或間隙配合方式連接，采用間隙配合方式時配合間隙采用膨脹石墨填充;煙氣換熱管(19)與石墨蓄熱體通孔(21)關(guān)于石墨蓄熱體(20)的幾何中心軸呈中心對稱布置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的余熱鍋爐(15)內(nèi)應(yīng)裝配過熱器。4.一種利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發(fā)電方法，其特征在于:步驟如下:當熔煉爐(I)排煙溫度超過余熱鍋爐(15)入口煙溫設(shè)定上限值時，第一流量控制閥(3a)、第三流量控制閥(3c)、第四流量控制閥(8a)與第六流量控制閥(8c)關(guān)閉，第二流量控制閥(3b)和第五流量控制閥(Sb)開啟，高溫煙氣經(jīng)主煙氣管路(2)、1級蓄熱裝置(4)和II級蓄熱裝置(7)構(gòu)成的煙氣主通路中進行蓄熱換熱，一方面將煙氣溫度降低到設(shè)計溫度范圍，另一方面將部分熱量儲存起來；當熔煉爐排煙溫度低于余熱鍋爐(15)入口煙溫設(shè)定下限值時，第一流量控制閥(3a)、第三流量控制閥(3c)、第四流量控制閥(8a)與第六流量控制閥(Sc)開啟，第二流量控制閥(3b)和第五流量控制閥(Sb)關(guān)閉，煙氣經(jīng)由主煙氣管路(2)、第一煙氣旁路(5)、11級蓄熱裝置(7)、1級蓄熱裝置(4)、第二煙氣旁路(6)構(gòu)成的旁路換熱系統(tǒng)，通過I級蓄熱裝置(4)和II級蓄熱裝置(7)將低溫煙氣加熱到鍋爐煙氣設(shè)計的溫度區(qū)間，從而保證熔煉爐(I)不同排煙階段的溫度均維持在余熱鍋爐(15)設(shè)計的范圍之內(nèi)，進而保證余熱鍋爐(15)內(nèi)的過熱器能夠正常安全工作，加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，進而產(chǎn)生穩(wěn)定的熱功率，推動汽輪機(13)帶動發(fā)電機(12)發(fā)電。
【文檔編號】F01K17/04GK105863760SQ201610266132
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】王宇飛, 張良, 王濤
【申請人】浙江大學