专利名称：烧结烟气余热发电系统和方法
技术领域：
本发明涉及烧结烟气余热回收领域，具体涉及一种采用氨水混合工质动力循环实现烧结烟气余热回收发电的系统和方法。
背景技术：
烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、煤粉和石灰、高炉灰尘、轧钢皮、钢渣等按一定配比混匀，经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性以保证高炉运行均有重要意义。我国烧结矿产量居世界第一，烧结工序是仅次于炼铁工序的第二大耗能工序，其中烧结烟气带走的热量约占烧结工序能耗的16-24%，其回收利用对于钢铁厂节能降耗具有重要意义。烧结烟气流量大，其中高温段温度在300-380°C，中低温段温度在180-240°C左右，由于烧结烟气余热品位较低，采用以水为工质的朗肯循环系统发电效率较低。本发明采用新型的以氨水为工质的动力循环系统，提高烧结烟气余热回收水平。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种烧结烟气余热发电系统和方法，能够高效率地回收烧结烟气余热。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
烧结烟气余热发电系统，其特征在于:主要包括与烧结系统烟气排出管路相连的氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中逆流换热；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中逆流换热；烟气循环通道的进口端分别连通中低温烟气管道和高温烟气管路，出口端连通烟气排放管路，烟气排放管路与放散烟 连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水回水管路，冷却水进口管路和冷却水回水管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统的动力输出端与膨胀机连通，膨胀机与发电机相连。按上述技术方案，氨水循环系统主要包括蒸发器、过热器、膨胀机、回热器、闪蒸器、低压冷凝器、低压泵、高压冷凝器、高压泵；高温烟气管路经过过热器后与中低温烟气管道汇合并经过蒸发器后与烟气排放管路连通；蒸发器和过热器内烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路连通，出口端与过热蒸汽管路连通；过热蒸汽管路与膨胀机进口端连通，膨胀机膨胀做功带动发电机发电；膨胀机的乏汽出口设置乏汽管路，乏汽管路通过回热器并与低压基础溶液管路连通；低压基础溶液管路通过低压冷凝器与低压泵的进口连通；低压泵的出口端为高压基本溶液管路；高压基本溶液管路分为两路，一路通过回热器与闪蒸器的进口端连通，另一路与闪蒸器出口端的富氨蒸汽管路汇合并经过高压冷凝器后与高压泵的进口端连通；高压泵的出口端与高压工作溶液管路连通；闪蒸器的出口端还设置稀氨溶液管路，稀氨溶液管路与低压基础溶液管路在低压冷凝器前汇 合，稀氨溶液管路上设置节流阀；冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器和高压冷凝器。按上述技术方案，低压冷凝器和高压冷凝器共用一个冷却水循环通道，冷却水循环通道在各冷凝器中分别与低压基础溶液管路和低压工作溶液管路逆流换热；且冷却水循环通道上仅设置一组冷却水进口管路和冷却水回水管路，冷却水进口管路和冷却水回水管路分别与外部冷却塔连通。采用上述烧结烟气余热发电系统进行发电的方法，其特征在于:
烧结系统根据烧结工艺分高温段和中低温段分别产生高温烟气和中低温烟气，高温烧结烟气温度在300-38(TC，直接从高温烟气管路进入过热器；中低温烧结烟气温度180-240°C，通过中低温烟气管道与通过过热器的高温烧结烟气混合后通入蒸发器；
在蒸发器内，烧结烟气将热量传递给氨水溶液，使之发生相变产生蒸汽，蒸汽在过热器内被加热至过热状态，推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机对外发电；做功乏汽在回热器将热量传递给高压基础溶液，吸收热量的高压基础溶液在闪蒸器内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液；浓氨蒸汽自富氨蒸汽管路输出；稀氨溶液自稀氨溶液管路排出后经过节流阀减压，之后和回热器的出口乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液依次经过低压冷凝器和低压泵后变成高压基础溶液，高压基础溶液一部分进入回热器，另一部分和富氨蒸汽管路中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液经过高压冷凝器和高压泵后成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路输往蒸发器，完成一个循环。按上述技术方案，氨水工质在不同段浓度不同，高压工作溶液管路、低压工作溶液管路、过热蒸汽管路以及乏汽管路内的氨水浓度为70-85%质量浓度，高压基本溶液管路、低压基础溶液管路内氨水浓度40-50%质量浓度，稀氨溶液管路内溶液浓度25-35%质量浓度，富氨蒸汽管路内氨气浓度为90-95%质量浓度。
按上述技术方案，低压冷凝器和高压冷凝器用相同的冷却水源，进口水温为常温，出口水温控制在50°C以下，通过冷却塔冷却后循环使用。按上述技术方案，换热后烧结烟气通过烟气排放管路排入放散烟 ;烧结烟气在蒸发器出口温度在150°C以上。相对于现有技术，本发明设计了结构简单的氨水混合工质动力循环系统，利用氨水混合工质动力循环实现烧结烟气余热回收发电,可以高效率地回收烧结烟气余热；同时，由于氨水工质循环利用，氨水混合工质动力循环系统的经济性和环保性均得到保证，最后，由于严格控制排气温度，换热效率高且不会使排出烟气发生露点腐蚀；同时由于氨水工质浓度得到严格控制，可以保证氨水工质的利用率最大化。
图1是本发明的烧结烟气余热发电系统结构和工艺示意图。图2是本发明的氨水混合工质动力循环系统示意图。图1和2中附图标记如下:1_蒸发器；2_过热器；3-膨胀机；4_发电机；5_回热器；6_闪蒸器；7_节流阀；8_低压冷凝器；9_低压泵；10_高压冷凝器；11_高压泵；12_高温烟气管路；13_中低温烟气管道；14-烟气排放管路；15_高压工作溶液管路；16_低压工作溶液管路；17_冷却水进口管路；18_冷却水回水管路；19_高压基本溶液管路；20_低压基础溶液管路；21_乏汽管路；22_过热蒸汽管路；23_富氨蒸汽管路；24_稀氨溶液管路；25-烧结系统；26-氨水工质动力循环系统；27_冷却塔；28_放散烟囱；29_烧结料及燃料混合料；30_烧结矿；31_中低温段助燃空气；32_高温段助燃空气。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。如图1和2所示，烧结烟气余热发电系统是通过以氨水为工质的动力循环回收余热的发电系统。烧结系统25中输入的烧结料及燃料混合料29经加热成为烧结矿30输出；高温段助燃空气32进入烧结系统25助燃燃烧后排出，并经高温烟气管路12进入氨水混合工质动力循环系统26 ;中低温段助燃空气31助燃燃烧后排出，并经中低温烟气管道13进入氨水混合工质动力循环系统26 ;氨水混合工质动力循环系统26中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；烟气循环通道的进口端分别连通中低温烟气管道13和高温烟气管路12，出口端连通烟气排放管·路14，烟气排放管路14与放散烟 28连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路17和冷却水回水管路18，冷却水进口管路17和冷却水回水管路18分别与外部冷却塔27连通；氨水循环系统输出功带动发电机4对外发电。氨水循环系统在氨水混合工质动力循环系统26中的分布如图2所示:主要包括蒸发器1、过热器2、膨胀机3、回热器5、闪蒸器6、低压冷凝器8、低压泵9、高压冷凝器IO、高压泵11 ;高温烟气管路12经过过热器2后与中低温烟气管道13汇合并经过蒸发器I后与烟气排放管路14连通；蒸发器I和过热器2内烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；
高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路15连通，出口端与过热蒸汽管路22连通；过热蒸汽管路22与膨胀机3进口端连通，膨胀机3与发电机4相连，膨胀机4的乏汽出口连通乏汽管路21，乏汽管路21通过回热器5并与低压基础溶液管路20连通；低压基础溶液管路20通过低压冷凝器8与低压泵9的进口连通；低压泵9的出口端为高压基本溶液管路19 ;高压基本溶液管路19分为两路，一路通过回热器5与闪蒸器6的进口端连通，另一路与闪蒸器6出口端的富氨蒸汽管路23汇合并经过高压冷凝器10后与高压泵11的进口端连通；高压泵11的出口端与高压工作溶液管路15连通；闪蒸器6的出口端还设置稀氨溶液管路24，稀氨溶液管路24在低压基础溶液管路20进入低压冷凝器8之前与低压基础溶液管路20汇合，稀氨溶液管路24上设置节流阀7。冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器8和高压冷凝器10中，并分别与低压基础溶液管路20和低压工作溶液管路16逆流换热，且冷却水循环通道上分别设置冷却水进口管路17和冷却水回水管路18，冷却水进口管路17和冷却水回水管路18分别与外部冷却塔27连通。烧结系统25根据烧结工艺分高温段和中低温段分别产生高温烟气和中低温烟气，高温烧结烟气温度在300-38(TC，直接从高温烟气管路12进入过热器2，中低温烧结烟气温度180-240°C，通过中低温烟气管道13与通过过热器2的高温烧结烟气汇集混合后通入蒸发器I ;在蒸发器I内，烧结烟气将热量传递给氨水溶液，使之发生相变产生蒸汽，蒸汽在过热器2内被加热至过热状态，推动膨胀机3做功，膨胀机3带动发电机4对外发电，做功乏汽在回热器5将热量传递给高压基础溶液，吸收热量的高压基础溶液在闪蒸器6内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液；浓氨蒸汽自富氨蒸汽管路23输出；稀氨溶液自稀氨溶液管路24排出后经过节流阀7减压，之后和回热器5的出口乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液在低压基础溶液管路20中依次经过低压冷凝器8和低压泵9后变成高压基础溶液，高压基础溶液一部分进入回热器5，另一部分和富氨蒸汽管路23中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液经过高压冷凝器10和高压泵11后成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路15输往蒸发器1，完成一个循环。整个动力循环系统由管路相连接，氨水工质在不同段浓度不同，工作溶液管路(高压工作溶液管路15、低压工作溶液管路16、过热蒸汽管路22)以及乏汽管路21内的氨水浓度为70-85% (质量浓度，以下同)，基础溶液管路(高压基本溶液管路19、低压基础溶液管路20)内氨水浓度40-50%，稀氨溶液管路24内溶液浓度25-35%，富氨蒸汽管路23内氨气浓度为 90-95%。低压冷凝器8和高压冷凝器10用相同的冷却水源，进口水温为常温，出口水温控制在50°C以下，通过冷却塔27冷却后循环使用；
换热后烧结烟气含硫量高，须控制烧结烟气在蒸发器I的出口烟气温度在150°C以上，以免发生露点腐蚀，换热烧结 烟气通过烟气排放管路14排入放散烟囱28。
权利要求
1.烧结烟气余热发电系统，其特征在于:主要包括与烧结系统烟气排出管路相连的氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中逆流换热；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中逆流换热；烟气循环通道的进口端分别连通中低温烟气管道和高温烟气管路，出口端连通烟气排放管路，烟气排放管路与放散烟 连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水回水管路，冷却水进口管路和冷却水回水管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统的动力输出端与膨胀机连通，膨胀机与发电机相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:氨水循环系统主要包括蒸发器、过热器、膨胀机、回热器、闪蒸器、低压冷凝器、低压泵、高压冷凝器、高压泵；高温烟气管路经过过热器后与中低温烟气管道汇合并经过蒸发器后与烟气排放管路连通；蒸发器和过热器内，烟气循环通道与高压氨水循环通道逆流换热；高压氨水循环通道的进口端与高压工作溶液管路连通，出口端与过热蒸汽管路连通；过热蒸汽管路与膨胀机进口端连通；膨胀机的乏汽出口设置乏汽管路，乏汽管路通过回热器并与低压基础溶液管路连通；低压基础溶液管路通过低压冷凝器与低压泵的进口连通；低压泵的出口端为高压基本溶液管路；高压基本溶液管路分为两路，一路通过回热器与闪蒸器的进口端连通，另一路与闪蒸器出口端的富氨蒸汽管路汇合并经过高压冷凝器后与高压泵的进口端连通；高压泵的出口端与高压工作溶液管路连通；闪蒸器的出口端还设置稀氨溶液管路，稀氨溶液管路与低压基础溶液管路在低压冷凝器前汇合，稀氨溶液管路上设置节流阀；冷却水循环通道贯穿于低压冷凝器和高压冷凝器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于:低压冷凝器和高压冷凝器共用一个冷却水循环通道，冷却水循环通道在各冷凝器中分别与低压基础溶液管路和低压工作溶液管路逆流换热；且冷却水循环通道上仅设置一组冷却水进口管路和冷却水回水管路，冷却水进口管路和冷却水回水管路分别与外部冷却塔连通。
4.采用上述烧结烟气余热 发电系统进行发电的方法，其特征在于: 烧结系统根据烧结工艺分高温段和中低温段分别产生高温烟气和中低温烟气，高温烧结烟气温度在300-38(TC，直接从高温烟气管路进入过热器；中低温烧结烟气温度180-240°C，通过中低温烟气管道与通过过热器的高温烧结烟气混合后通入蒸发器； 在蒸发器内，烧结烟气将热量传递给氨水溶液，使之发生相变产生蒸汽，蒸汽在过热器内被加热至过热状态，推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机对外发电；做功乏汽在回热器将热量传递给高压基础溶液，吸收热量的高压基础溶液在闪蒸器内分离成浓氨蒸汽和稀氨溶液；浓氨蒸汽自富氨蒸汽管路输出；稀氨溶液自稀氨溶液管路排出后经过节流阀减压，之后和回热器的出口乏汽混合形成低压基础溶液；低压基础溶液依次经过低压冷凝器和低压泵后变成高压基础溶液，高压基础溶液一部分进入回热器，另一部分和富氨蒸汽管路中的浓氨蒸汽混合成低压工作溶液，低压工作溶液经过高压冷凝器和高压泵后成为高压工作溶液，高压工作溶液通过高压工作溶液管路输往蒸发器，完成一个循环。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:氨水工质在不同段浓度不同，高压工作溶液管路、低压工作溶液管路、过热蒸汽管路以及乏汽管路内的氨水浓度为70-85%质量浓度，高压基本溶液管路、低压基础溶液管路内氨水浓度40-50%质量浓度，稀氨溶液管路内溶液浓度25-35%质量浓度，富氨蒸汽管路内氨气浓度为90-95%质量浓度。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于:低压冷凝器和高压冷凝器用相同的冷却水源，进口水温为常温，出口水温控制在50°C以下，通过冷却塔冷却后循环使用。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于:换热后烧结烟气通过烟气排放管路排入放散烟囱；烧结烟气在蒸发器出口温度在150°C以上。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:换热后烧结烟气通过烟气排放管路排入放散烟囱；烧结烟气在蒸 发器出口温度在150°C以上。
全文摘要
本发明涉及一种烧结烟气余热发电系统和方法，主要包括与烧结系统烟气排出管路相连的氨水混合工质动力循环系统；氨水混合工质动力循环系统中设置氨水循环系统、烟气循环通道和冷却水循环通道；氨水循环系统与烟气循环通道在换热器中并行；氨水循环系统与冷却水循环通道在冷凝器中并行；烟气循环通道的进口端分别连通中低温烟气管道和高温烟气管路，出口端连通烟气排放管路，烟气排放管路与放散烟囱连通；冷却水循环通道的上分别设置冷却水进口管路和冷却水回水管路，冷却水进口管路和冷却水回水管路分别与外部冷却塔连通；氨水循环系统的过热蒸汽输出端通往发电机。结构简单，能够高效率地回收烧结烟气余热；换热效率高且不会使排出烟气发生露点腐蚀。
文档编号F01K27/00GK103225961SQ201310142348
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者盖东兴, 周全, 张佳佳, 黄永红, 叶理德 申请人:中冶南方工程技术有限公司