烧结机烟气余热深度利用发电系统及方法与流程

1.本发明涉及烧结机烟气余热利用技术领域，更具体的说是涉及一种烧结机烟气余热深度利用发电系统及方法。


背景技术：

2.钢铁烧结是为高炉冶炼提供“精料”的一道加工工序，烧结矿具备化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能高的特点，有利于高炉实现节能降耗、安全高效运行。目前烧结机烟气中粉尘含量高、温度高(有项目高达170℃以上)、含有较高腐蚀性气体，故高温烟气的余热直接利用难度较大。对于采用活性焦脱硫脱硝的烧结项目，烟气温度过高会对脱硫脱硝产生负面影响，为降低烟温有部分厂向高温烟气中掺冷空气以降低烟气温度，掺风做法会增加烟气总量，增加运行费用。合理降低烟气温度并回收热量，既可以保证后续工艺安全运行，还能产生一定经济效益，一举双得。目前随着国家对钢铁行业节能减排政策的收紧，响应国家碳达峰和碳中和的战略目标，需设计一套系统，合理利用烧结接尾部烟气。然而烧结机烟气粉尘高、腐蚀性大，烟气温度通常处在120℃-180℃之间，相对发电蒸汽，该热品质较低，如果利用余热锅炉回收这部分热量后带动汽轮机发电，将面临受热面低温腐蚀、堵塞等情况，目前没有成熟案例。部分项目尝试利用烟道换热器回收烟气烟气余热，将热量转移到水中，为周边用户供暖，然而该供暖方案受到季节性、地域性影响比较大，有一定局限性。
3.因此，如何充分利用烧结机尾气进行发电，同时保障系统安全稳定、效率高、使用寿命长，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种烧结机烟气余热深度利用发电系统及方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种烧结机烟气余热深度利用发电系统，包括用于接收来自烧结机的高温烧结烟气的烟气子系统、用于获取烟气中热量的取热子系统、用于发电的做功发电子系统、用于冷凝循环工质的工质冷凝子系统，所述烟气子系统与取热子系统连接，所述取热子系统、做功发电子系统、工质冷凝子系统之间两两连接。
7.可选的，所述取热子系统包括双向连通的烟气换热器和工质蒸发器。
8.可选的，烟气换热器优选采用氟塑料烟气换热器。
9.可选的，氟塑料烟气换热器设置有在线高压水冲洗装置和底部排灰斗。氟塑料材质摩擦系数比较低，不易沾灰，换热器内部设计一套在线冲洗系统，可以防止粉尘堵塞换热器。
10.可选的，所述烟气子系统包括除尘器、引风机、脱硫脱硝反应器、烟囱；所述除尘器用于接收来自烧结机的高温烧结烟气，所述除尘器与引风机连接，所述引风机与所述烟气换热器连接，所述烟气换热器、脱硫脱硝反应器、烟囱依次连接。
11.可选的，所述做功发电子系统包括依次连接的螺杆膨胀机、减速机、发电机，所述螺杆膨胀机与所述工质蒸发器连接。
12.可选的，所述工质冷凝子系统包括双向连通的工质冷凝器和机力冷却塔，所述工质冷凝器分别与所述螺杆膨胀机、工质蒸发器连接。
13.可选的，所述系统还包括动力子系统，用于对各装置之间工质或水的循环提供动力条件。
14.本发明还公开一种烧结机烟气余热深度利用发电方法，包括以下步骤：
15.烟气排放步骤、接收高温烧结烟气，释放高温烧结烟气中的热量，并将释放热量后的烟气排出；
16.烟气取热步骤、低温循环水与所述高温烧结烟气进行热交换，接收高温烧结烟气中释放的热量，形成高温循环水；
17.做功发电步骤、低温工质与所述高温循环水进行热交换，获取高温循环水中的热量，形成高温工质蒸汽，所述高温工质蒸汽进行做功发电；
18.工质冷凝步骤、做功后的工质蒸汽成为工质乏汽，与低温冷却水进行热交换，凝结为低温工质，继续与所述高温循环水进行热交换，进入下一个循环；低温冷却水吸热变为高温冷却水，进入机力冷却塔降温后循环回用。
19.可选的，所述烟气排放步骤具体为，接收来自烧结机的高温烧结烟气，高温烧结烟气经过除尘器、引风机进入烟气换热器，高温烧结烟气在烟气换热器中释放热量，进入脱硫脱硝反应器进行反应，使用烟囱将烟气排出。
20.可选的，所述烟气取热步骤具体为，低温循环水与所述高温烧结烟气进行热交换，接收高温烧结烟气中释放的热量，形成高温循环水进入工质蒸发器，在工质蒸发器中进行放热，所述高温循环水和低温循环水在动力子系统的驱动下在工质蒸发器和烟气换热器之间完成吸放热过程。所述循环水优选采用除盐水。
21.可选的，所述做功发电步骤具体为，低温工质与所述高温循环水进行热交换，获取高温循环水中的热量，形成高温工质蒸汽，进入螺杆膨胀机做功，连接减速机带动发电机发电。
22.经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种烧结机烟气余热深度利用发电系统及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
23.(1)本发明采用烧结机烟气余热作为热源，首选利用烟气换热器将热量传输至循环水，进而将热量传输至做功工质，通过做功发电子系统进行做功，最终实现烟气热能转化为电能，提高能源利用率；无需掺杂冷空气就可以实现烟气降温，将烟温降到合理范围内，能够保护后续脱硫脱硝工艺，防止活性焦失效；降低烟气温度可以降低工况下烟气体积流，减小烟风侧阻力，有助降低风机电耗。
24.(2)烟气换热器采用氟塑料材质换热器，利用水与高温烟气进行间壁式换热，该换热器核心换热元件为氟塑料换热管，氟塑料材质可有效避免烟气中腐蚀性气体对换热器产生破坏。氟塑料烟气换热器于烟气间壁式换热，利用循环水作为中间媒介，将烟气热量转移到水侧。
25.(3)回收后的高温循环水进入工质蒸发器，蒸发器内充有沸点较低的工质，循环水与工质采用间壁式换热，高温循环水将热量转移至工质侧，低温工质吸热后变成高温工质
蒸汽进入螺杆膨胀机，带动发电机输出电能，烟气热量最终实现电能输出。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为本发明的系统结构示意图；
28.图2为本发明的方法流程图；
29.其中，1为高温烧结烟气，2为除尘器，3为引风机，4为烟气换热器，5为脱硫脱硝反应器，6为烟囱，7为低温循环水，8为除盐水增压泵，9为高温循环水，10为工质蒸发器，11为高温工质蒸汽，12为低温工质，13为第二工质循环泵，14为工质冷凝器，15为工质乏汽，16为螺杆膨胀机，17为减速机，18为发电机，19为高温冷却水，20为低温冷却水，21为第一工质循环泵，22为机力冷却塔。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明实施例公开了一种烧结机烟气余热深度利用发电系统，参见图1，包括烟气子系统、取热子系统、做功发电子系统、工质冷凝子系统，所述烟气子系统与取热子系统连接，所述取热子系统、做功发电子系统、工质冷凝子系统之间两两连接。
32.所述取热子系统包括双向连通的烟气换热器4和工质蒸发器10。
33.所述烟气换热器4优选使用氟塑料烟气换热器，安装在烧结机尾部烟道上。该换热元件采用氟塑料，耐腐蚀、抗结垢，回收热量用于发电弥补厂内用电缺口，系统可全年运行，不受时间、地域影响，经济性较好。
34.在一种实施例中，氟塑料烟气换热器设置有在线高压水冲洗装置和底部排灰斗。氟塑料材质摩擦系数比较低，不易沾灰，换热器内部设计一套在线冲洗系统，可以防止粉尘堵塞换热器。
35.所述烟气子系统包括除尘器2、引风机3、脱硫脱硝反应器5、烟囱6；所述除尘器2用于接收来自烧结机的高温烧结烟气1，所述除尘器2与引风机3连接，所述引风机3与所述烟气换热器4连接，所述烟气换热器4、脱硫脱硝反应器5、烟囱6依次连接。
36.所述做功发电子系统包括依次连接的螺杆膨胀机16、减速机17、发电机18，所述螺杆膨胀机16与所述工质蒸发器10连接。
37.所述工质冷凝子系统包括双向连通的工质冷凝器14和机力冷却塔22，所述工质冷凝器14分别与所述螺杆膨胀机16、工质蒸发器10连接。
38.所述系统还包括动力子系统，用于对各装置之间工质或水的循环提供动力条件。
39.在具体实施例中，所述动力子系统包括，设置在工质蒸发器10与烟气换热器4之间
的除盐水增压泵8、设置在机力冷却塔22和工质冷凝器14之间的第一工质循环泵21、设置在工质冷凝器14和工质蒸发器10之间的第二工质循环泵13。
40.本发明还公开一种烧结机烟气余热深度利用发电方法，参见图2，包括以下步骤：
41.烟气排放步骤、接收来自烧结机的高温烧结烟气1，高温烧结烟气1经过除尘器2、引风机3进入烟气换热器4，高温烧结烟气1在烟气换热器4中释放热量，进入脱硫脱硝反应器5进行反应，使用烟囱6将烟气排出。
42.烟气取热步骤、低温循环水7与所述高温烧结烟气1进行热交换，接收高温烧结烟气1中释放的热量，形成高温循环水9进入工质蒸发器10，在工质蒸发器10中进行放热，所述高温循环水9和低温循环水7在动力子系统的驱动下在工质蒸发器10和烟气换热器4之间完成吸放热过程。
43.所述循环水采用除盐水。
44.做功发电步骤、低温工质12与所述高温循环水9进行热交换，获取高温循环水9中的热量，形成高温工质蒸汽11，进入螺杆膨胀机16做功，连接减速机17带动发电机18发电。
45.工质冷凝步骤、做功后的工质蒸汽成为工质乏汽15，与低温冷却水20进行热交换，凝结为低温工质12，继续与所述高温循环水9进行热交换，进入下一个循环；低温冷却水20吸热变为高温冷却水19，进入机力冷却塔22降温后循环回用。
46.下面将介绍一种采用本发明的系统装置和方法进行烟气余热发电的具体实施例：
47.以500m2烧结机为例，烧结尾部烟气温度170℃，烟气量170万nm3/h，以此选型计算。
48.一、取热子系统设计
49.利用氟塑料烟气换热器将烟气冷却至115℃左右，回收的热量用于加热除盐水；
50.升温后的除盐水非采暖季进入蒸发器加热工质产生蒸汽，通过螺杆膨胀机16带动发电机18发电；
51.氟塑料烟气换热器设有在线高压水冲洗装置和底部排灰斗；
52.布置位置：在烧结尾部烟道上加装氟塑料烟气换热器；
53.氟塑料烟气换热器的烟气侧总体阻力控制在300pa以内；
54.氟塑料烟气换热器的水侧总体阻力控制在50kpa以内；
55.氟塑料烟气换热器的在线冲洗水拟接自工业水。
56.二、做功发电子系统设计
57.氟塑料烟气换热器输出112℃除盐水，进入工质蒸发器10与低温工质12换热，工质由约30℃升温到90℃左右汽化进入螺杆膨胀机16带动发电机18做功发电。112℃除盐水降到92℃左右，再次进入到氟塑料烟气换热器开始下个循环。
58.三、冷凝子系统设计
59.做功后工质乏汽15约45℃，通过机力冷却塔22将热量扩散到空气中，工质冷凝成液体后再次进入到工质蒸发器10参与下个循环吸热做功。
60.四、系统参数，见表1
61.表1
[0062][0063][0064]
以上述500m2烧结机为例，增设本发明的发电系统后，烟气温度由170℃降低到115℃，按照全年8000小时运行时间计算，可实现年增发电量19200mw.h。
[0065]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0066]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。