專利名稱：一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金系統(tǒng)中低溫廢氣余熱回收發(fā)電的工藝及裝備，屬于節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種采用有機(jī)朗肯循環(huán)的技術(shù)來回收冶金系統(tǒng)中低溫廢氣的余熱，進(jìn)行高效發(fā)電的工藝和裝備。
背景技術(shù)：
目前，在冶金系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序環(huán)冷機(jī)的廢熱氣體熱量占燒結(jié)工序總能耗的32%，廢熱氣體的溫度約為200 420°C;步進(jìn)式軋鋼加熱爐排出的煙氣熱量占其系統(tǒng)的總能耗的20 30%，煙氣的溫度約為220 320°C ；高爐熱風(fēng)爐排出煙氣余熱占其總能耗的15% 20%，煙氣溫度約為180 250°C ；焦?fàn)t排出的煙氣的熱量占焦?fàn)t加熱能耗的 14 18%，煙氣溫度約為180 M0°C。以上這些廢熱氣體，僅有燒結(jié)工序環(huán)冷機(jī)的廢氣得到部分利用，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)高溫一段和二段的氣體，溫度約為300 420°C，被用來生產(chǎn)蒸汽發(fā)電或外供用戶。其它的廢熱氣體由于溫度較低(如采用目前通用的朗肯循環(huán)發(fā)電，則不經(jīng)濟(jì))，現(xiàn)在均被外排，這樣不僅浪費(fèi)能源，而且對環(huán)境產(chǎn)生熱污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了充分和經(jīng)濟(jì)利用這部分廢熱氣體的余熱，提供一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備。本發(fā)明不僅能充分降低廢熱氣體的排煙溫度， 最大回收其余熱，而且還能充分利用這些熱量高效率發(fā)電，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。技術(shù)方案本發(fā)明的冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，包括熱交換器、膨脹機(jī)、冷凝器、緩沖罐、循環(huán)工質(zhì)加壓泵，循環(huán)工質(zhì)加壓泵將緩沖罐中的低溫液體循環(huán)工質(zhì)加壓后通過管道送入熱交換器，低溫液體循環(huán)工質(zhì)在熱交換器中與來自冶金系統(tǒng)的廢熱氣體進(jìn)行熱交換，吸收廢氣中的余熱，變成高溫氣體，通過管道送入膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，做過功的循環(huán)工質(zhì)變成低溫低壓的氣體，進(jìn)入冷凝器與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，循環(huán)工質(zhì)經(jīng)冷卻后變成低溫的液體循環(huán)工質(zhì)，然后送入緩沖罐進(jìn)行循環(huán)使用，冷卻介質(zhì)可以為空氣或冷卻水。若冷卻介質(zhì)采用冷卻水，則應(yīng)配冷卻塔；若冷卻介質(zhì)采用空氣， 則冷凝器應(yīng)采用空冷器結(jié)構(gòu)。對于缺水的地方，使用本工藝及裝備時(shí)冷卻介質(zhì)應(yīng)采用空氣； 對于長江流域或以南的地方，使用本藝及裝備時(shí)冷卻介質(zhì)可選用水。本發(fā)明所述的循環(huán)工質(zhì)為八氟環(huán)丁烷、五氟丙烷、五氟丁烷、六氟丙烷、全氟丁烷、 全氟戊烷、R123、R124、R141B、丁烷、異丁烷、環(huán)丁烷、正戊烷、異戊烷或新戊烷的純工質(zhì)，所述的循環(huán)工質(zhì)滿足國家對環(huán)境的要求，臭氧消耗值為零或很小。本發(fā)明所述的循環(huán)工質(zhì)為全氟丁烷和丁烷混合工質(zhì)、全氟戊烷與正戊烷混合工質(zhì)或八氟環(huán)丁烷與環(huán)丁烷混合工質(zhì)。本發(fā)明所述的全氟丁烷和丁烷混合工質(zhì)按全氟丁烷的重量占總量的5% 95% 進(jìn)行配置，所述的全氟戊烷與正戊烷混合工質(zhì)按全氟戊烷的重量占總量的5% 95%進(jìn)行配置，所述的八氟環(huán)丁烷與環(huán)丁烷混合工質(zhì)按八氟環(huán)丁烷的重量占總量的5% 95%進(jìn)行配置。本發(fā)明適用于回收120 350°C的中低溫廢氣余熱。本發(fā)明所述的膨脹機(jī)為透平膨脹機(jī)或螺桿膨脹機(jī)。本發(fā)明有益效果是1)可以將廢熱氣體的溫度降到80°C以下，回收50%以上的排煙熱量；2)能將所回收熱量25%以上轉(zhuǎn)換為電能，與普通朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電相比可提高發(fā)電量50% 200%。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備1、煙囪2、熱交換器排廢氣管3、熱交換器4、進(jìn)熱交換器廢氣管5、高溫管道6、 膨脹機(jī)7、發(fā)電機(jī)8、冷凝器9、冷卻塔10、緩沖罐11、循環(huán)工質(zhì)加壓泵12、低溫管道圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備1、煙囪2、熱交換器排廢氣管3、熱交換器4、進(jìn)熱交換器廢氣管5、高溫管道6、 膨脹機(jī)7、發(fā)電機(jī)8、冷凝式空冷器9、冷卻風(fēng)機(jī)10、緩沖罐11、循環(huán)工質(zhì)加壓泵12、低溫管道
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。圖1為實(shí)施例1的一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備系統(tǒng)2為實(shí)施例2的一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備系統(tǒng)圖如附圖所示，循環(huán)工質(zhì)加壓泵(11)將緩沖罐(10)中的低溫液體循環(huán)工質(zhì)加壓后， 通過低溫管道(12)送入的熱交換器(3)中，在熱交換器(3)中與來自冶金系統(tǒng)的熱廢氣進(jìn)行熱交換后，熱廢氣被循環(huán)工質(zhì)冷卻，變成低溫廢氣經(jīng)熱交換器排廢氣管( 和煙 (1)排放，低溫液體循環(huán)工質(zhì)被熱廢氣加熱后，變成高溫氣體循環(huán)工質(zhì)，通過高溫管道( 送入膨脹機(jī)(6)，進(jìn)行做功，帶動發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電，做完功的循環(huán)介質(zhì)變成低壓低溫的氣體，送入冷凝器(8)被冷卻介質(zhì)冷卻后，變成低溫液體送入緩沖罐循環(huán)使用。實(shí)施例1 如圖1(采用六氟丙烷R236EA為循環(huán)工質(zhì)、冷卻介質(zhì)為水，水采用冷卻塔冷卻)某鋼鐵廠燒結(jié)工序環(huán)冷機(jī)的三段廢氣溫度為230 250°C，流量為45萬米7小時(shí)， 采用有機(jī)朗肯循環(huán)回收熱量廢熱氣體的熱量，緩沖罐中液態(tài)的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過循環(huán)工質(zhì)泵加壓，通過管道送入熱交換器中，在熱交換器與燒結(jié)熱廢氣換熱后，變成高溫的氣體，通過管道送入膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)的進(jìn)口循環(huán)工質(zhì)壓力為2Mpa，溫度為200°C，循環(huán)工質(zhì)流量為518 噸/小時(shí)，高溫氣體循環(huán)工質(zhì)在膨脹機(jī)中膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)冷凝器的冷卻水進(jìn)水溫度為25°C時(shí)，輸出功率為7500KW，做過功后的排出膨脹機(jī)低溫循環(huán)工質(zhì)，經(jīng)冷凝器冷卻后變成低溫液體，流入緩沖罐，繼續(xù)循環(huán)使用；燒結(jié)熱廢氣在熱交換器里被循環(huán)工質(zhì)冷卻后變成溫度為80°C低溫廢氣排空；在冷凝器用于冷卻工質(zhì)的循環(huán)冷卻水通過冷卻塔冷卻后，然后循環(huán)使用。本發(fā)明的有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)電機(jī)輸出功率為7500KW，如采用朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，這部分熱廢氣僅能輸出3650KW電能。本發(fā)明的發(fā)電效率比朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)高106%。實(shí)施例2 如圖2 (采用丁烷為循環(huán)工質(zhì)、冷卻介質(zhì)采用空氣，冷凝器采用空冷器， 取消冷卻塔，增加冷卻風(fēng)機(jī))某鋼鐵廠軋鋼工序的步進(jìn)式加熱廢氣溫度為320 340°C，流量為8萬米7小時(shí)， 采用有機(jī)朗肯循環(huán)回收熱量廢熱氣體的熱量，緩沖罐中液態(tài)的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過循環(huán)工質(zhì)泵加壓，通過管道送入熱交換器中，在熱交換器與燒結(jié)熱廢氣換熱后，變成高溫的氣體，通過管道送入膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)的進(jìn)口循環(huán)工質(zhì)壓力為2Mpa，溫度為250°C，循環(huán)工質(zhì)流量為48噸 /小時(shí)，高溫氣體循環(huán)工質(zhì)在膨脹機(jī)中膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)空冷器的進(jìn)氣溫度為 25°C時(shí)，輸出功率為2300KW，做過功后的排出膨脹機(jī)低溫循環(huán)工質(zhì)，經(jīng)空凝器冷卻后變成低溫液體，流入緩沖罐，繼續(xù)循環(huán)使用；燒結(jié)熱廢氣在熱交換器里被循環(huán)工質(zhì)冷卻后變成溫度為10(TC (為了避免煙氣結(jié)露，保證排煙溫度大于90°C )低溫廢氣排空；空冷器的冷卻介質(zhì)為空氣，采用軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)冷卻。如采用朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，這部分熱廢氣僅能輸出 IlOOKff電能。本發(fā)明的發(fā)電效率比朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)高130%。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于包括熱交換器 (3)、膨脹機(jī)(6)、冷凝器(8)、緩沖罐(10)、循環(huán)工質(zhì)加壓泵(11)，所述的熱交換器(3)用于循環(huán)工質(zhì)與廢熱氣體進(jìn)行熱交換，所述的循環(huán)工質(zhì)加壓泵出口與熱交換器(3)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)口之間設(shè)低溫管道(12)，熱交換器(3)循環(huán)工質(zhì)的出口與膨脹機(jī)(6)的進(jìn)口之間設(shè)高溫管道(5)，所述的膨脹機(jī)(6)的出口與冷凝器(8)循環(huán)工質(zhì)的進(jìn)口通過管道相連，冷凝器 (8)循環(huán)工質(zhì)的出口與緩沖罐(10)的進(jìn)口通過管道相連，緩沖罐(10)的出口與循環(huán)工質(zhì)加壓泵(11)的進(jìn)口通過管道相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于所述的循環(huán)工質(zhì)為八氟環(huán)丁烷、五氟丙烷、五氟丁烷、六氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、R123、 R1M、R141B、丁烷、異丁烷、環(huán)丁烷、正戊烷、異戊烷或新戊烷的純工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于所述的循環(huán)工質(zhì)為全氟丁烷和丁烷混合工質(zhì)、全氟戊烷與正戊烷混合工質(zhì)或八氟環(huán)丁烷與環(huán)丁烷混合工質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于所述的全氟丁烷和丁烷混合工質(zhì)按全氟丁烷的重量占總量的5% 95%進(jìn)行配置，所述的全氟戊烷與正戊烷混合工質(zhì)按全氟戊烷的重量占總量的5% 95%進(jìn)行配置，所述的八氟環(huán)丁烷與環(huán)丁烷混合工質(zhì)按八氟環(huán)丁烷的重量占總量的5% 95%進(jìn)行配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于適用于回收120 350°C的中低溫廢氣余熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于所述的膨脹機(jī)(6)為透平膨脹機(jī)或螺桿膨脹機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，其特征在于所述的熱交換器(3)為蒸發(fā)器或余熱鍋爐。
全文摘要
本發(fā)明公開一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發(fā)電的工藝及裝備，屬于節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用有機(jī)朗肯循環(huán)做為余熱發(fā)電系統(tǒng)，其循環(huán)工質(zhì)為低溫有機(jī)工質(zhì)。本發(fā)明克服了朗肯循環(huán)中的水介質(zhì)蒸發(fā)溫度高、汽化潛熱大、排汽溫度高，難以經(jīng)濟(jì)回收低溫?zé)煔鉄崃康娜秉c(diǎn)，本發(fā)明的工藝及裝備可以充分回收中低溫廢熱氣體的熱量，并高效發(fā)電，其發(fā)電效率可以達(dá)到普通朗肯循環(huán)效率的2～3倍，本發(fā)明的工藝及裝備結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，運(yùn)行成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
文檔編號F27D17/00GK102435077SQ201110344549
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者孫慕文 申請人:孫慕文