专利名称：工业窑炉生产工艺低温废气余热发电的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废气余热的回收发电方法及其装置，特别是涉及一种对工业窑炉生产工艺中排放的废热气体实施降温冷却，利用冷却过程中排放的余热实施发电，达到废热回收利用的方法和装置。
背景技术：
能源是国民经济的物质基础，经济发展的原动力，能源的高效利用是经济可持续发展的重要保证。工业余热的回收利用在节能减排中成为愈来愈重要的角色，目前，高温和中温废气余热回收发电技术已经得到了广泛推广，但是对于低温余热，目前是以换热利用为主，大量的低品位余热以废热的形式直接排放。工业窑炉是陶瓷、冶金、建材、石化等行业中对物料或工件进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热等的至关重要的热工装备，也是能源消耗和环境热污染的重要源头。工业窑炉排空的废气热值占窑炉总能耗的20%以上，但废气的余热利用率仅为4-5%，节能潜力巨大，解决工业窑炉设备的节能问题，对于上述工业乃至我国国民经济的可持续发展都具有重大的促进作用。通常烟气余热利用的途径主要有:1、装设预热器，利用烟气预热助燃空气和燃料；2、装设余热锅炉，产生热水或蒸汽，以供生产或生活用；3、利用烟气作为低温炉的热源或用来预热冷的工件或炉料。回收烟气余热的最有效和应用最广的是换热器，其余热初步利用后的废气排放温度在200°C以下。随着我国经济的高速发展，我国工业对电力资源的需求越来越大。若将窑炉排空废气中的余热转化成电能供企业自身使用，则会实现企业经济效益和环境效益的双赢。
发明内容
本发明的目的是提供一种工业窑炉生产工艺低温废气余热发电的方法与装置，将低温热双循环发电技术应用于工业提取窑炉初步利用之后的排空废气余热，以减少余热排放和提高能源利用率。现有的工业窑炉生产工艺中，经初步利用后的废气或者直接排空，或者经过物料回收、废气净化后再排空，这样热量最终被排放到大气中，形成浪费和热污染。本发明的工业窑炉生产工艺低温废气余热发电方法是以低温热双循环发电机组的取热设备代替现有工艺中的冷却装置，或者直接将取热设备放置在工业窑炉废气出口，提取工业窑炉排空废气中的低品位余热，在对废气降温的同时，将吸收的热量送到发电机组中转化成电能，发电后的废气再回到原工艺系统或者排放到大气中。这样，有效提高了低品位工业窑炉排空余热的利用率，降低了企业的运行成本，减轻了对环境的热污染。本发明的工业窑炉生产工艺低温废气余热发电装置包括通过废气管路依次连接的工业窑炉废气初步利用装置、取热设备和物料回收或烟气净化装置，并在取热设备上连接有发电机组。其中，所述的发电机组由低温热双循环发电机、膨胀机、放热设备和高压工质泵组成，膨胀机、放热设备与取热设备之间构成供发电介质流动的循环回路，并在所述循环回路上设置驱动发电介质流动的高压工质泵，低温热双循环发电机连接在膨胀机上，由膨胀机带动做功发电。在放热设备上还设置有冷却水回路。本发明工业窑炉生产工艺低温废气余热发电装置的工作过程是:工业窑炉产生的废气经过废气初步利用装置后，进入取热设备，在其中与发电介质进行热交换，发电介质变成高压气态进入膨胀机，膨胀机膨胀做功带动发电机运转产生电能。发电之后的低压气液两相发电介质进入放热设备，与冷却水进行热交换，变成液态，之后经高压工质泵送入取热设备中，继续吸收废气热量，同时冷却水将带走的热量释放后循环使用。与发电介质热交换降温后的废气进入物料回收或烟气净化装置，经处理后排空。本发明将低温热双循环发电机组与工业窑炉废气的余热系统相结合，将初步利用后废气中的余热回收进行发电，其发电后的最低温度可达到50 V，节能效果显著。同时本发明的余热发电工艺不影响原有工艺的正常运转，具有双重功能，达到了节能减排的目的。
图1是本发明工业窑炉生产工艺低温废气余热发电装置的结构示意图。图中:1-废气，2-工业窑炉废气初步利用装置，4-冷却水进口，5-冷却水出口，6-物料回收或烟气净化装置，7-废气排空通道，8-取热设备，9-发电机组，10-低温热双循环发电机，11-膨胀机，12-高压工质泵，13-放热设备。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的装置和方法做进一步说明。如图1所示的工业窑炉生产工艺低温废气余热发电装置，包括通过废气管路依次连接的工业窑炉废气初步利用装置2、取热设备和物料回收或烟气净化装置6，并在取热设备8上连接有发电机组9。发电机组8由低温热双循环发电机10、膨胀机11、放热设备13和高压工质泵12组成，其中膨胀机11、放热设备13和高压工质泵12与取热设备8共同构成供发电介质流动的循环回路，取热设备8的输出端连接膨胀机11的输入端，膨胀机11的输出端连接放热设备13的输入端，放热设备13的输出端连接高压工质泵12后，接入取热设备8的输入端。低温热双循环发电机10连接在膨胀机11上，由膨胀机11带动做功发电。在放热设备13上连接有冷却水进口 4和冷却水出口 5构成冷却水回路，对发电介质进行冷却。工业窑炉产生的废气I经过工业窑炉废气初步利用装置2后，进入取热设备8，在其中与发电介质进行热交换，发电介质变成高压气态进入膨胀机11，使膨胀机11膨胀做功带动低温热双循环发电机10运转，产生电能。发电之后的低压气液两相发电介质进入放热设备13，与冷却水进行热交换，变成液态，之后经高压工质泵12，将液态发电介质送入取热设备8中，继续吸收废气热量，同时冷却水将带走的热量释放出后循环使用。与发电介质热交换降温后的废气I进入物料回收或烟气净化装置6，经处理后通过废气排空通道7排空。以某建材工厂为例，在其生产工艺中，窑炉内温度1300°C，从窑内出来的废气经过余热锅炉后降温至180°C，排放量9万m3/h。原工艺采用冷却降温，经冷却降温和烟气净化后排入空气中，余热资源未被利用。
采用本发明工艺方法后，用取热设备代替原来的冷却装置，在保证烟气净化的前提下进行余热发电，发电后烟气温度降至50°C。180°C和50°C空气的焓值分别为455.39kJ/kg和323.63kJ/kg，取热设备吸收的热量Q为2531kW，其发电功率P为127kW。若日运行时间按24小时、年运行时间按330天计算，年发电量可达1002280kWh，节省标准煤350吨/年，减少二氧化碳排放764吨/年。若电价按照0.8元/度计算，则可为企业节约电费80万元/年，具有明显的环境效益和经济效益。
权利要求
1.工业窑炉生产工艺低温废气余热发电方法，是以低温热双循环发电机组的取热设备代替现有工艺中的冷却装置，或者直接将取热设备放置在工业窑炉废气出口，提取工业窑炉排空废气中的低品位余热，在对废气降温的同时，将吸收的热量送到发电机组中转化成电能，发电后的废气再回到原工艺系统或者排放到大气中。
2.工业窑炉生产工艺低温废气余热发电装置，包括通过废气管路依次连接的工业窑炉废气初步利用装置、取热设备和物料回收或烟气净化装置，并在取热设备上连接有发电机组，其中，所述的发电机组由低温热双循环发电机、膨胀机、放热设备和高压工质泵组成，膨胀机、放热设备与取热设备之间构成供发电介质流动的循环回路，并在所述循环回路上设置驱动发电介质流动的高压工质泵，低温热双循环发电机连接在膨胀机上，由膨胀机带动做功发电。
3.根据权利要求2所述的发电装置，其特征是在放热设备上设置有冷却水回路。
全文摘要
本发明公开了一种工业窑炉生产工艺低温废气余热发电方法与装置，是以发电机组的取热设备代替现有工艺中的冷却装置，或者直接将取热设备放置在工业窑炉废气出口，通过膨胀机、放热设备、高压工质泵与取热设备之间构成的循环回路驱动膨胀机带动低温热双循环发电机做功发电，提取工业窑炉排空废气中的低品位余热，对废气降温的同时，将吸收的热量送到发电机组中转化成电能，发电后的废气再回到原工艺系统或者排放到大气中。以有效提高低品位工业窑炉排空余热的利用率，降低企业运行成本，减轻对环境的热污染。
文档编号F01K27/00GK103195528SQ20131009442
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月23日 优先权日2013年3月23日
发明者张于峰, 赵保明, 邓娜, 张彦, 董胜明, 于晓慧, 贺中禄, 张世顺 申请人:山西易通环能科技集团有限公司, 天津大学