本发明涉及烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备和方法。
背景技术
钢铁行业作为国民经济中的重要基础行业，同时也是高耗能工业。钢铁生产中的烧结工序，是钢铁生产中仅次于炼钢工序的第二大耗能项，占钢铁生产总能耗的9％～12％，烧结工序余热资源量约占吨钢余热资源总量的19.3％，具有很大节能潜力。烧结余热回收是降低烧结工序能耗及提高资源利用效率的重要途径。烧结机排出的烧结矿必须经过烧结冷却后才能进入后续工艺。对烧结矿的冷却普遍采用环冷机或者带冷机以空气为介质对烧结矿进行冷却，冷却后的废气温度在100～400℃之间。有些显热废气只进行简单利用，甚至直接排放，造成了余热资源的极大浪费，环境的粉尘污染和热污染。
目前，烧结矿冷却装置的布风一般采用风帽布风，但风帽布风存在着气场分布不均，导致容易发生沟流和产生布风死区，导致烧结矿冷却不充分，换热效果低下，存在排矿温度过高或过低的情况，从而直接影响烧结矿的冷却效率；对烧结矿冷却后的烟气，进行余热回收，一般采用余热锅炉进行回收，换热后的烟气温度降到120℃直接排放；但120℃的烟气也是具有可利用价值的余热资源，且其排放也会对环境造成污染，加重雾霾天气的形成，并且构成热污染。现有技术没有对余热资源深度回收利用，造成了余热资源的极大浪费，且现有技术的余热回收也存在能耗较高、换热不充分、余热利用效率低、余热发电系统不稳定、对环境造成污染。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备，其特征在于包括：
双压余热锅炉、中压汽包、补气凝汽式汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、低压给水泵、主给水泵、除氧器、冷却塔和第一循环水泵，
其中，
中压汽包出来的蒸汽经双压余热锅炉加热后作为双压余热锅炉的主蒸汽，
双压余热锅炉的主蒸汽口连接补汽凝汽式汽轮机的主汽门，
补汽凝汽式汽轮机连接发电机，
汽轮机的尾部乏汽出口连接凝汽器的蒸汽入口，
凝汽器、冷却塔以及第一循环水泵组成了尾部乏汽冷却的循环水部分，
凝汽器的凝结水出口连接凝结水泵的入口，
凝结水泵的出口与除氧器的入口相连，
除氧器的入口分别连接低压给水泵的入口和主给水泵的入口，
低压给水泵连接低压汽包，
主给水泵出口与中压省煤器入口相连，
进一步包括：
降膜蒸发器、气液分离器、螺杆膨胀机、电动机、凝汽器、冷却塔、第二循环水泵、有机工质循环泵，
其中：
采用低沸点的有机工质作为发电的循环工质，
有机工质经过有机工质循环泵加压后进入降膜蒸发器，在降膜蒸发器中与余热锅炉排出的低温烟气进行充分换热，使有机工质蒸发，
蒸发的有机工质进入气液分离器进行气液分离，分离后的有机蒸汽进入螺杆膨胀机中膨胀做功，驱动发电机发电，
螺杆膨胀机的尾部乏汽在凝汽器内经包括冷却塔、第二循环水泵的循环水部分冷却后变为有机工质液体，
冷凝后的有机工质再经有机工质循环泵加压加热后进入降膜蒸发器进行下一个循环，
气液分离器分离出的未蒸发的有机工质的液体经有机工质循环泵进行重新循环，
进一步包括：
竖式冷却炉、重力除尘器、旋风除尘器、应急排放阀、末级除尘器、风机、布风装置，
其中，
竖式冷却炉的烟气依次进入重力除尘器、旋风除尘器后进入双压余热锅炉，再然后进入降膜蒸发器，再进入末级除尘器，然后经鼓风机进入冷却炉布风装置，经过布风装置均匀布风后在竖式冷却炉对烧结矿进行冷却，完成一个烟气闭式循环。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备的配置图。
图2为根据本发明的一个实施例的冷却炉布风装置的局部放大图。
附图标记：
1竖式冷却炉，2冷却炉布风装置，3冷却后烧结矿排出和输送装置，
4重力除尘器，5旋风除尘器，6应急排放阀，7双压余热锅炉，
8中压汽包，9补汽凝汽式汽轮机，10发电机，11凝汽器，
12冷却塔，13第一水循环泵，14凝结水泵，15除氧器，
16低压给水泵，17主给水泵，18低压汽包，19降膜蒸发器，
20气液分离器，21螺杆膨胀机，22发电机,23凝汽器，
24冷却塔,25第二循环水泵，26有机工质循环泵，27末级除尘器，
28风机，29进气口，201风帽，202钢架，203导风管，204进风口，205供风柱，301第一层出风管，302第二层出风管。
具体实施方式
为了解决烧结矿余热回收存在的缺陷，本发明提供了烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备和方法，该设备可实现对烧结矿冷却过程中排放的余热深度回收，实现了余热梯级利用，提高发电量，降低设备自用电率，具有节能和减排双重效果。
本发明采用的技术方案是：烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备，包括竖炉烧结矿冷却部分、余热锅炉发电部分、有机朗肯循环发电部分和烟气循环部分；
所述的烧结矿冷却部分包括竖式冷却炉1、冷却炉布风装置2、冷却矿排出和输送装置3，竖式冷却炉的出口连接有冷却矿排出和矿输送装置；
所述的余热锅炉发电部分包括双压余热锅炉7、补气凝汽式汽轮机9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵14、低压给水泵16、主给水泵17、除氧器15、冷却塔12和第一循环水泵13，从中亚汽包8出来的蒸汽经双压余热锅炉7加热后作为主蒸汽连接补汽凝汽式汽轮机9主汽门，补汽凝汽式汽轮机9连接发电机10，汽轮机9的尾部乏汽出口连接凝汽器11蒸汽入口；凝汽器11和与其连接的冷却塔12以及第一循环水泵13构成乏汽冷却的循环水部分，凝汽器11的凝结水出口连接凝结水泵14的入口，凝结水泵14的出口与除氧器15的入口相连，除氧器15的入口分别连接低压给水泵16和主给水泵17的入口，低压给水泵16连接低压汽包18，主给水泵17出口与省煤器入口相连。
所述的有机朗肯循环发电部分包括降膜蒸发器19、气液分离器20、螺杆膨胀机21、电动机22、凝汽器23、冷却塔24、第二循环水泵25、有机工质循环泵26，其中：采用低沸点的有机工质作为发电的载热工质，有机工质经过有机工质循环泵26加压后进入降膜蒸发器19，在降膜蒸发器19中与余热锅炉7排出的低温烟气进行充分换热，蒸发的有机工质进入气液分离器20进行气液分离，分离后的有机蒸汽进入螺杆膨胀机21中膨胀做功，驱动发电机22发电，螺杆膨胀机21的尾部乏汽在凝汽器23内经包括冷却塔24、第二循环水泵25的循环水部分冷却后变为冷凝工质，冷凝后的有机工质、气液分离器20分离出的未蒸发的有机工质的液体和降膜蒸发器19未蒸发的有机工质经再经有机工质循环泵26加压加热后进入降膜蒸发器19进行下一个循环。
所述的烟气循环部分包括竖式冷却炉1、重力除尘器4、旋风除尘器5、应急排放阀6、余热锅炉7、降膜蒸发器19、末级除尘器27、风机28、冷却炉布风装置2，竖式冷却炉1的烟气通过管道依次进入重力除尘器4、旋风除尘器5后进入余热锅炉7，再然后进入降膜蒸发器19，进入末级除尘器27，然后经鼓风机28进入冷却炉布风装置2，经过布风装置2均匀布风后在竖式冷却炉1对烧结矿进行冷却，完成一个烟气闭式循环。
本发明的上述方案中的所述竖式冷却炉1采用竖式密闭冷却炉来冷却烧结矿，以解决密闭性差、漏风严重、换热时间短、换热不充分等问题。
本发明的上述方案中的所述双压余热锅炉7设置有主蒸汽装置和低压蒸汽装置，蒸汽装置中有双压汽包。
本发明的上述方案中利用所述有机朗肯循环部分对烧结矿冷却余热进行梯级利用，实现了对余热深度回收。
根据本发明的一个实施例，所述有机朗肯循化采用低沸点有机工质，如烷烃、氟代烷烃等低沸点有机物。
根据本发明的一个实施例，所述有机朗肯循换部分中的降膜蒸发器19采用竖直两相逆流四周切向进料的方式。
根据本发明的一个实施例，所述双压余热锅炉的低压蒸汽可对除氧器进行热力除氧。
根据本发明的一个实施例，所述烟气部分采用闭合回路，避免了向大气排放污染物，具有环保作用。
根据本发明的一个实施例，所述鼓风机根据设备需要结合进气口补充新风，以满足设备用风需求和换热需求。
根据本发明的一个实施例，所述冷却炉布风装置2是用于烧结矿竖炉冷却的均匀布风装置，包括风室、布风板、风帽201。
如图2所示，根据本发明的一个实施例，所述冷却炉布风装置2的上侧设置风帽201，风帽201与供风柱205之间具有一定间隙，风帽201的下侧设置有呈360度切向布风的送风口，风帽201的上表面被设置为倾斜状以便于烧结矿在冷却炉内从风帽201上滑落并分散。
根据本发明的一个实施例，所述布风装置包括竖直状的供风柱205，所述供风柱205与风帽201的中线重合，所述供风柱205的下端设有进风口204，所述供风柱205的上部与风帽201相连。
根据本发明的一个实施例，所述布风装置2包括供风柱205和导风管203，所述的导风管203在供风柱205四周切向布置，呈一定角度等间距排布在供风柱205上，导风管203的个数和出风口大小可根据实际需要合理布置。
根据本发明的一个实施例，所述布风装置2的导风管203与供风柱205呈一定角度，导风管203的出口位置与风帽1边缘位置重合，以便防止烧结矿降落过程中堵塞出风口；上下等中心布置两层出风管，第一层出风管301与第二层出风管302交错布置，形成互相补充，防止布风死角；风帽201与供风柱205之间用钢架202进行固定，防止烧结矿向下坠中损毁风帽。
本发明的优点包括：
(1)对烟气余热梯级利用，余热发电效率提高。余热烟气经过余热双压锅炉发电后，排烟温度120℃，尚有利用价值，进入降膜蒸发器，驱动有机朗肯循环，进行发电，提高了余热发电率。
(2)烟尘实现“零排放”，改善环境质量。冷却烧结矿的烟气采用全封闭闭式循环，经过末级除尘器除尘后的烟气不是直接排放，而是进入烧结矿中冷却烧结矿进行下次循环，进而极大地减少了污染物排放，提高环境质量。
(3)设有应急排放阀，应急排放阀减少了余热发电系统对烧结矿的冷却部分的影响。旋风除尘器之后的管道上设置有应急排放阀，余热发电系统出现故障后，烧结矿的冷却正常进行，烧结矿的冷却部分不受影响。
(4)采用plc控制部分，保证各个部分安全稳定运行。plc可以调节冷却风温度，通过调节驱动有机朗肯循环后的烟气和新空气的比例，保证冷却效果，保证冷却矿的温度，提高发电量，使设备安全稳定高效运行。
(5)锅炉给水采用热力除氧，提高了对余热利用，降低了除氧费用。
(6)竖式冷却炉采用四周切向均匀进风装置，这种圆锥状的布置方式比传统的布置方式能够显著减少烧结矿降落过程中在布风装置处的堆积，能够显著减小返矿量，提高成品质量；实现四周切向布风，布风均匀，在烧结炉冷却过程中能够显著增加冷却风与烧结矿的冷却范围，使烧结矿冷却过程更加均匀，比起传统的布风装置具有更好的冷却效果。
(7)由于本发明的布风装置布风均匀，能够使烧结矿在烧结炉内更快的冷却，并且增加了烧结矿与冷却风的接触时间，尽可能多的带走高温烧结矿的热量，能够最大限度的回收利用余热，达到余热利用的最大化，具有更高的节能效果，能够实现机组安全经济运行。
如图1和图2所示，根据本发明的烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电设备包括：竖炉烧结矿冷却部分、余热锅炉发电部分、有机朗肯循环发电部分和烟气循环部分；
所述的竖炉烧结矿冷却部分包括竖式冷却炉1、冷却炉布风装置2、冷却矿排出和输送装置3，竖式冷却炉1的出口连接有冷却矿排出和矿输送装置3；
所述的余热锅炉发电系统包括双压余热锅炉7、补气凝汽式汽轮机9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵14、低压给水泵16、主给水泵17、除氧器15、冷却塔12和第一循环水泵13，双压余热锅炉7的主蒸汽口连接补汽凝汽式汽轮机9主汽门，补汽凝汽式汽轮机9连接发电机10，汽轮机9的尾部乏汽出口连接凝汽器11蒸汽入口；凝汽器11与其连接的冷却塔12以及第一循环水泵13构成乏汽冷却的循环水系统，凝汽器11的凝结水出口连接凝结水泵14的入口，凝结水泵14的出口与除氧器15的入口相连，除氧器15的入口分别连接低压给水泵16和主给水泵17的入口，低压给水泵16连接低压汽包18，主给水泵17出口与中压省煤器入口相连。
所述的有机朗肯循环发电部分包括降膜蒸发器19、气液分离器20、螺杆膨胀机21、电动机22、凝汽器23、冷却塔24、第二循环水泵25、有机工质循环泵26，其特征在于：采用低沸点的有机工质作为发电的载热工质，有机工质经过有机工质循环泵26加压后进入降膜蒸发器17，在降膜蒸发器17中与余热锅炉7排出的低温烟气进行充分换热，使有机工质蒸发，蒸发的有机工质进入气液分离器20进行气液分离器，分离后的有机蒸汽进入螺杆膨胀机21中膨胀做功，驱动发电机22发电，螺杆膨胀机尾部乏汽在凝汽器23内经冷却塔24、第二循环水泵25组成的循环水系统冷却后变为冷凝工质，冷凝后的有机工质、气液分离器20分离出的未蒸发的有机工质的液体和降膜蒸发器19未蒸发的有机工质经再经有机工质循环泵26加压加热后进入降膜蒸发器19进行下一个循环。
所述的烟气循环部分包括竖式冷却炉1、重力除尘器4、旋风除尘器5、应急排放阀6、余热锅炉7、降膜蒸发器19、末级除尘器27、鼓风机28、冷却炉布风装置2，竖式冷却炉1的烟气出口通过管道依次进入重力除尘器2、旋风分离器3后进入余热锅炉4，再然后进入降膜蒸发器17，进入末级除尘器27，然后经鼓风机28进入冷却炉布风装置2，经过布风装置2均匀布风后在竖式冷却炉1对烧结矿进行冷却，完成一个烟气闭式循环。
根据本发明的烧结矿竖炉冷却气双沸点工质循环闭式发电系统的操作包括以下步骤：
(1)在烧结矿冷却部分，从烧结机中排出的烧结矿经过破碎装置破碎后有热矿输送装置送入竖式冷却炉1中，在竖式冷却炉1中与循环气体进行传热传质，使烧结矿得到冷却，然后烧结矿经过排出装置排出到输送装置，进入下一个工序；
(2)在烟气循环部分，循环气体(烟气)经风机28加压后进入竖式冷却炉1中；在冷却烧结矿后烟气变成高温烟气并进入重力除尘器4中，在除尘后进入旋风分离器5中被再次除尘，得到的洁净烟气进入双压余热锅炉7进行换热并推动余热锅炉发电，所变成的低温烟气进入降膜蒸发器19中与有机工质换热，推动有机朗肯系统发电；从降膜蒸发器19排出的烟气进入末级除尘器27中进行除尘，最后经风机28进入竖式冷却炉1，完成烟气闭式循环；
(3)在余热锅炉发电部分，双压余热锅炉7换热后产生的主蒸汽和低压蒸汽进入补汽凝汽式汽轮机9，推动汽轮器做功，汽轮机推动发电机发电10发电，汽轮机尾部排出的乏汽进入凝汽器11中被包括冷却塔12和冷却水循环泵13的冷却水循环系统的冷却水冷却，凝汽器11中产生的冷凝水经凝结水泵14进入除氧器15，然后进入双压余热锅炉7，完成余热锅炉发电系统的工作循环；
(4)在有机朗肯循环发电部分，从双压余热锅炉7排出的烟气进入降膜蒸发器19中与有机工质换热，有机工质在降膜蒸发器19中变成有机蒸汽，该有机蒸汽进入气液分离器20中除去未蒸发的有机工质，有机蒸汽进入螺杆膨胀机21做功，螺杆膨胀机21推动发电机22发电，做功完成后的有机蒸汽变成乏汽并进入凝汽器23被冷凝成有机工质液体，冷却塔24和第二循环水泵25组成冷却循环系统，冷凝后的有机工质、气液分离器20分离出的未蒸发的有机工质的液体和降膜蒸发器19未蒸发的有机工质经再经有机工质循环泵26加压加热后进入降膜蒸发器19进行下一个循环，从而完成工作循环。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，本发明可以有其他实施方式，本发明可以用不同的方式实施和实现，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。