本發(fā)明涉及炭素行業(yè)余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

炭素材料是電解鋁生產(chǎn)工藝的主要原料之一，炭素材料制品的生產(chǎn)是制約鋁工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國(guó)鋁工業(yè)近幾年來(lái)發(fā)展進(jìn)入快速通道，鋁用炭素隨之發(fā)展，炭素材料制品產(chǎn)能已從幾年前的百萬(wàn)噸級(jí)增加到現(xiàn)在的千萬(wàn)噸級(jí)，而且還在以一定增速發(fā)展。

罐式煅燒爐是炭素生產(chǎn)工藝中的主要設(shè)備之一，能夠鍛燒不同揮發(fā)份含量的石油焦,具有鍛燒料質(zhì)量穩(wěn)定、炭質(zhì)燒損率低、鍛后焦的堆積密度高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小、連續(xù)生產(chǎn)周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛應(yīng)用于炭素廠和鋁廠中。

在采用煅燒爐對(duì)原料進(jìn)行煅燒時(shí)，石油焦揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱量除可供鍛燒石油焦所需之外，還有大量的富余熱量隨煙氣排出，煙氣溫度甚至高達(dá)900℃。根據(jù)熱平衡計(jì)算，原料鍛燒吸熱只占煅燒爐熱支出的33.5％，而被煅燒煙氣所帶走的熱量占整個(gè)煅燒爐熱支出的47.9％。然而，由于煅燒爐煙氣有個(gè)明顯特征，即煙氣溫度高，但是煙氣量小，這就導(dǎo)致炭素廠對(duì)于煅燒爐高溫?zé)煔獾挠酂峄厥詹惶e極，甚至有許多炭素廠采用鼓風(fēng)冷卻的方式，即通過(guò)大功率鼓風(fēng)機(jī)將低溫空氣混入高溫?zé)煔猓M(jìn)行強(qiáng)制降溫然后排入大氣，造成寶貴的煙氣余熱資源白白浪費(fèi)，而且大功率鼓風(fēng)機(jī)的新增耗電量也帶來(lái)了炭素生產(chǎn)成本的提升。

此外，罐式煅燒爐在出料端設(shè)置有冷卻水套，用于對(duì)高溫煅后焦(可達(dá)1000℃以上)進(jìn)行冷卻，冷卻水套內(nèi)的冷卻水與煅燒爐的煅后焦間接換熱，吸熱后的冷卻水送至冷卻塔散熱，然后重新返回水套，作為冷卻水套進(jìn)水，如此循環(huán)。水套的冷卻水出水蘊(yùn)含有大量的熱量，數(shù)量非?？捎^，但是其最大的劣勢(shì)在于溫度過(guò)低，只有50℃左右，屬于低溫余熱，品位極低，所以其利用非常困難，炭素廠一般不會(huì)考慮對(duì)該部分熱源進(jìn)行回收利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題而做出，其目的在于提供一種能夠?qū)μ克貜S的煅燒爐煙氣、水套冷卻水等余熱資源進(jìn)行綜合回收利用，將高溫、小流量的煙氣余熱和低溫、大流量的水套冷卻水余熱進(jìn)行高效回收基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)，包括多臺(tái)罐式煅燒爐、水套進(jìn)水母管、水套出水母管、多臺(tái)余熱鍋爐、蒸汽母管、汽輪機(jī)和凝汽器，其中，每一臺(tái)罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺(tái)余熱鍋爐的煙氣進(jìn)口連通，所述罐式煅燒爐出來(lái)的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中換熱降溫；多臺(tái)余熱鍋爐的蒸汽出口通過(guò)蒸汽母管與所述汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)口連通，各余熱鍋爐的蒸汽出口的蒸汽在所述蒸汽母管中匯集，所述蒸汽母管中的蒸汽進(jìn)入所述汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)所述汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)做功；所述汽輪機(jī)的排汽口與所述凝汽器的進(jìn)汽口連通；所述凝汽器的冷卻水進(jìn)口與供熱外網(wǎng)的回水管道連通，所述凝汽器通過(guò)供熱外網(wǎng)的回水進(jìn)行冷卻；所述凝汽器的冷卻水出口通過(guò)水套進(jìn)水母管與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進(jìn)口連通，所述凝汽器的冷卻水出口的冷卻水在所述水套進(jìn)水母管中匯集，然后分為多個(gè)支路分別進(jìn)入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進(jìn)口，對(duì)各罐式煅燒爐的煅燒爐水套進(jìn)行冷卻；多臺(tái)罐式煅燒爐的煅燒爐水套的熱水出口通過(guò)水套出水母管與供熱外網(wǎng)的供水管道連通，所述煅燒爐水套的熱水出口的熱水在所述水套出水母管中匯集，然后送至供熱外網(wǎng)供水管道，向外提供熱水。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括煙氣母管、引風(fēng)機(jī)、脫硫裝置和煙囪，所述多臺(tái)余熱鍋爐的煙氣出口通過(guò)煙氣母管與所述引風(fēng)機(jī)、脫硫裝置和煙囪沿?zé)煔饬飨蝽槾芜B通，所述多臺(tái)余熱鍋爐的排煙通過(guò)所述煙氣母管進(jìn)入引風(fēng)機(jī)升壓后通過(guò)脫硫裝置進(jìn)行脫硫處理，然后通過(guò)煙囪排向大氣。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括凝結(jié)水泵、除氧給水系統(tǒng)和給水母管，所述凝汽器的凝結(jié)水出口與凝結(jié)水泵、除氧給水系統(tǒng)通過(guò)給水母管與所述多臺(tái)余熱鍋爐的給水進(jìn)口沿凝結(jié)水流向順次連通，所述凝汽器的凝結(jié)水出口的凝結(jié)水經(jīng)過(guò)所述凝結(jié)水泵加壓后進(jìn)入除氧給水系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后通過(guò)給水母管分為多個(gè)支路分別進(jìn)入各余熱鍋爐。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述汽輪機(jī)設(shè)置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統(tǒng)提供加熱汽源。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述除氧給水系統(tǒng)包括除氧器和給水泵，所述汽輪機(jī)的抽汽口與所述除氧器的加熱蒸汽進(jìn)口連通，為所述除氧器提供加熱汽源，所述除氧器的出水口與所述給水泵的進(jìn)水口連通，所述給水泵的出水口通過(guò)給水母管與多臺(tái)余熱鍋爐的給水進(jìn)口連通。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，還包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)與所述汽輪機(jī)同軸相連，所述汽輪機(jī)拖動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。

所述的余熱利用系統(tǒng)，其中，所述煅燒爐水套的冷卻水進(jìn)口位于煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套的熱水出口位于煅燒爐水套的高溫端。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)由于罐式煅燒爐的煙氣溫度高、品位高，因此通過(guò)余熱鍋爐結(jié)合汽輪發(fā)電機(jī)組將高品位的煙氣熱能轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的電能；同時(shí)將汽輪機(jī)凝汽器的循環(huán)冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水余熱進(jìn)行回收，考慮到冷卻水溫度低、品位低，余熱很難利用，因此將冷卻水余熱用于對(duì)外供應(yīng)熱水，與傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水通過(guò)冷卻塔排向大氣的方式相比，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；

2)汽輪機(jī)、凝汽器的循環(huán)冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水換熱系統(tǒng)采用串聯(lián)方式，冷卻水先進(jìn)入凝汽器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一次換熱，然后進(jìn)入水套冷卻系統(tǒng)二次換熱，這是充分考慮兩個(gè)換熱系統(tǒng)熱源特征后的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其與并聯(lián)連接方式相比，系統(tǒng)所需的冷卻水總量大幅減小，而與先進(jìn)入水套冷卻系統(tǒng)再進(jìn)入凝汽器冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)方式相比，顯然本發(fā)明可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量；

3)本發(fā)明構(gòu)建了一種基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)，對(duì)炭素廠煅燒爐的幾種余熱資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，首先根據(jù)煅燒爐煙氣的高溫、小流量特點(diǎn)，采用余熱鍋爐對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收，轉(zhuǎn)化為蒸汽資源，同時(shí)考慮到炭素廠一般均配置多臺(tái)煅燒爐且單臺(tái)煅燒爐煙氣量和對(duì)應(yīng)產(chǎn)汽量較小的特點(diǎn)，將余熱鍋爐排煙和蒸汽設(shè)計(jì)為母管制，蒸汽匯集后通過(guò)汽輪機(jī)進(jìn)行利用，煙氣匯集后進(jìn)行集中凈化和排放；然后對(duì)汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水余熱和煅燒爐水套余熱進(jìn)行集成回收，將外部熱網(wǎng)的回水用于凝汽器的冷卻，凝汽器出口循環(huán)冷卻水繼續(xù)用于各臺(tái)煅燒爐水套的冷卻，各臺(tái)煅燒爐水套的出口冷卻水也設(shè)計(jì)成母管制，匯集后集中向外部熱網(wǎng)供應(yīng)熱水，完成了對(duì)罐式煅燒爐余熱的高度集成利用，實(shí)現(xiàn)了熱能梯級(jí)利用和科學(xué)用能；

4)本發(fā)明整套余熱利用系統(tǒng)的綜合熱效率可達(dá)80％以上，較單純余熱發(fā)電方式相比(整體熱效率只能達(dá)到25％左右)，能源綜合利用效率顯著提高。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考以下具體實(shí)施方式的內(nèi)容并且結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白且易于理解。在附圖中：

圖1是本發(fā)明所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，出于說(shuō)明的目的，為了提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例。

下面將參照附圖來(lái)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，所述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)包括多臺(tái)罐式煅燒爐(1.1～1.n)、水套進(jìn)水母管9、水套出水母管10、多臺(tái)余熱鍋爐(2.1～2.n)、蒸汽母管7、汽輪機(jī)11和凝汽器12，其中，

每一臺(tái)罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺(tái)余熱鍋爐的煙氣進(jìn)口連通，所述罐式煅燒爐出來(lái)的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中換熱降溫；

多臺(tái)余熱鍋爐的蒸汽出口通過(guò)蒸汽母管7與所述汽輪機(jī)11的蒸汽進(jìn)口連通，各臺(tái)余熱鍋爐的出口蒸汽在所述蒸汽母管7中匯集，所述蒸汽母管7中的蒸汽進(jìn)入所述汽輪機(jī)11，驅(qū)動(dòng)所述汽輪機(jī)11旋轉(zhuǎn)做功；

所述汽輪機(jī)11的排汽口與所述凝汽器12的進(jìn)汽口連通；

所述凝汽器12的冷卻水進(jìn)口與供熱外網(wǎng)的回水管道連通，所述凝汽器12通過(guò)供熱外網(wǎng)的回水進(jìn)行冷卻；

所述凝汽器12的冷卻水出口通過(guò)水套進(jìn)水母管9與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進(jìn)口連通，所述凝汽器12的出口冷卻水在所述水套進(jìn)水母管9中匯集，然后分為多個(gè)支路分別進(jìn)入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進(jìn)口，對(duì)各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)進(jìn)行冷卻；

多臺(tái)罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口通過(guò)水套出水母管10與供熱外網(wǎng)的供水管道連通，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口的熱水在所述水套出水母管10中匯集，然后送至供熱外網(wǎng)供水管道，向外提供熱水。

上述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)對(duì)炭素廠罐式煅燒爐的幾種余熱資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合回收，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)罐式煅燒爐余熱的集成利用，且將余熱回收設(shè)計(jì)成母管制，對(duì)多臺(tái)罐式煅燒爐的煙氣余熱、水套冷卻水余熱進(jìn)行集中處理，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

優(yōu)選地，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)采用逆流換熱，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進(jìn)口位于煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口位于煅燒爐水套的高溫端。

另外，優(yōu)選地，所述余熱利用系統(tǒng)還包括發(fā)電機(jī)17，所述發(fā)電機(jī)17與所述汽輪機(jī)11同軸相連，所述汽輪機(jī)11拖動(dòng)所述發(fā)電機(jī)17發(fā)電。

上述基于母管制的罐式煅燒爐余熱利用系統(tǒng)考慮到罐式煅燒爐煙氣溫度高、品位高，因此通過(guò)余熱鍋爐結(jié)合汽輪發(fā)電機(jī)組將高品位的煙氣熱能轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的電能；而將汽輪機(jī)、凝汽器的循環(huán)冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水余熱進(jìn)行回收時(shí)，考慮到該冷卻水溫度低、品位低，余熱很難利用，最終以供熱為目的，將冷卻水余熱用于對(duì)外供應(yīng)熱水，與傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水通過(guò)冷卻塔排向大氣進(jìn)而造成冷源損失的方式相比，本發(fā)明將熱網(wǎng)回水作為凝汽器冷卻系統(tǒng)的換熱介質(zhì)，利用排汽的凝結(jié)熱來(lái)加熱冷卻水，將該冷卻水用于熱水供暖，從而將排汽凝結(jié)熱加以利用，使整套余熱利用系統(tǒng)的循環(huán)熱效率大大提高，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

另外，汽輪機(jī)、凝汽器的循環(huán)冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水換熱系統(tǒng)采用串聯(lián)方式，冷卻水先進(jìn)入凝汽器冷卻系統(tǒng)，然后進(jìn)入水套冷卻系統(tǒng)，是充分考慮兩個(gè)換熱系統(tǒng)熱源特征后的優(yōu)化設(shè)計(jì)，與并聯(lián)連接相比，凝汽器和煅燒爐水套的冷卻效果更好，因?yàn)椴⒙?lián)方式下去往凝汽器和煅燒爐水套的水量均大幅減少，導(dǎo)致其冷卻效果大受影響；而與先進(jìn)入水套冷卻系統(tǒng)再進(jìn)入凝汽器冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)方式相比，可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。

在本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例中，上述余熱利用系統(tǒng)還包括凝結(jié)水泵13和除氧給水系統(tǒng)和給水母管8，所述凝汽器12的凝結(jié)水出口與凝結(jié)水泵13、除氧給水系統(tǒng)通過(guò)給水母管8與所述多臺(tái)余熱鍋爐的給水進(jìn)口沿凝結(jié)水流向順次連通，所述凝汽器12的出口凝結(jié)水經(jīng)過(guò)所述凝結(jié)水泵13加壓后進(jìn)入除氧給水系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后通過(guò)給水母管8分為多個(gè)支路分別進(jìn)入各臺(tái)余熱鍋爐。

優(yōu)選地，所述汽輪機(jī)11設(shè)置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統(tǒng)提供加熱汽源。

進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述除氧給水系統(tǒng)包括除氧器14和給水泵15，所述汽輪機(jī)11的抽汽口與所述除氧器14的加熱蒸汽進(jìn)口連通，為所述除氧器14提供加熱汽源，所述除氧器14的出水口與所述給水泵15的進(jìn)水口連通，所述給水泵15的出水口通過(guò)給水母管8與多臺(tái)余熱鍋爐2的給水進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例中，上述余熱利用系統(tǒng)還包括煙氣母管3、引風(fēng)機(jī)4、脫硫裝置5和煙囪6，所述多臺(tái)余熱鍋爐的煙氣出口通過(guò)煙氣母管3與所述引風(fēng)機(jī)4、脫硫裝置5和煙囪6沿?zé)煔饬飨蝽槾芜B通，所述余熱鍋爐2的排煙通過(guò)煙氣母管3經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)4升壓后進(jìn)入脫硫裝置5進(jìn)行脫硫處理，然后通過(guò)煙囪6排向大氣。

上述炭素廠煅燒爐余熱利用系統(tǒng)的工藝流程如下：

汽水系統(tǒng)流程：多臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)11，在汽輪機(jī)11中膨脹做功后進(jìn)入凝汽器7，在凝汽器7中降溫并凝結(jié)成凝結(jié)水，然后通過(guò)凝結(jié)水泵13打入除氧給水系統(tǒng)，在除氧給水系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)除氧器除氧后，通過(guò)給水泵15送至給水母管3，給水母管3分為多個(gè)支路分別送至多臺(tái)余熱鍋爐，作為各余熱鍋爐的給水，從而完成一個(gè)汽水循環(huán)流程。

冷卻水系統(tǒng)流程：供熱外網(wǎng)的回水作為凝汽器7的冷卻水源，進(jìn)入凝汽器7的冷卻水進(jìn)口，在凝汽器7中一次換熱后進(jìn)入水套進(jìn)水母管9，然后分為多個(gè)支路分別進(jìn)入多個(gè)煅燒爐水套(16.1～16.n)冷卻水進(jìn)口，作為各煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水源在各煅燒爐水套中進(jìn)行二次換熱，各煅燒爐水套的熱水出口排出的熱水匯集到水套出水母管10，然后送至供熱外網(wǎng)的供水管道，向供熱外網(wǎng)供應(yīng)熱水。

煙氣系統(tǒng)流程：各煅燒爐產(chǎn)生的800℃～900℃的高溫?zé)煔膺M(jìn)入各余熱鍋爐，在各余熱鍋爐中放熱后降溫至150～200℃左右后匯集進(jìn)入煙氣母管3，通過(guò)引風(fēng)機(jī)4送至脫硫裝置5，在脫硫裝置5中經(jīng)過(guò)煙氣脫硫處理后進(jìn)入煙囪6，最后排向大氣。

盡管前面公開(kāi)的內(nèi)容示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)注意，在不背離權(quán)利要求限定的范圍的前提下，可以進(jìn)行多種改變和修改。此外，盡管本發(fā)明的元素可以以個(gè)體形式描述或要求，但是也可以設(shè)想具有多個(gè)元素，除非明確限制為單個(gè)元素。