一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统及方法与流程

1.本发明涉及一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统。


背景技术：

2.目前，烧结余热回收主要用于发电，以满足钢铁工艺用电需求或上网发电，减少钢铁厂的运行成本。现阶段国内大部分钢铁厂对环冷机上的烧结冷却废气回收了环冷机一段和二段的250～450℃的中温废气，然后产生两股蒸汽(中压和低压)进入补汽凝汽式汽轮机发电，由于环冷机废气温度极低，产生用于发电的蒸汽品质也低，发电效率很差。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种利用高品质的煤气资源，采用合理的汽水流程，将低品质的环冷机废气余热提质增效，提升环冷机余热的发电量的余热综合利用系统及方法。
4.为达到上述目的，本发明的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，所述系统至少包括锅炉单元；所述的锅炉单元包括过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器、燃烧器；
5.所述的过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器是按照锅炉内烟气温度的高低依次设置在所述的锅炉单元内部的；
6.所述的燃烧器具备将煤气燃烧并产生高温烟气；所述的高温烟气依次流经所述的过热器、所述的再热器、所述的高压蒸发器、所述的高压省煤器、所述的低压蒸发器、所述的低压省煤器。
7.进一步地，还包括环冷机，所述的环冷机的ⅰ区和ⅱ区的高温废气出口和锅炉单元入口连通，所述的锅炉单元出口和所述的循环风机的入口相连通，所述的循环风机出口与环冷机ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区的高温废气出口所对应的下部风箱连通。
8.进一步地，所述的环冷机的ⅰ区高温烟气与经过所述的过热器、所述的再热器换热后的煤气燃烧产生的高温烟气混合后进入所述的高压蒸发器和高压省煤器；
9.混合烟气经过高压蒸发器和高压省煤器换热后，与所述的环冷机的ⅱ区高温废气混合，混合后进入所述的低压蒸发器和低压省煤器。
10.进一步地，所述的低压省煤器出口与低压锅筒及除氧器入口连通；所述的低压锅筒及除氧器与所述的低压蒸发器通过管道相互连通，形成自然循环回路；
11.进一步地，所述的低压锅筒及除氧器蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的低压锅筒及除氧器水出口与给水泵进口连通；所述的给水泵出口与所述的高压省煤器进口连通；所述的高压省煤器出口与所述的高压锅筒连通；所述的高压锅筒和所述的高压蒸发器相互连通，形成自然循环回路。
12.进一步地，所述的高压锅筒蒸汽出口与过热器进口连通；所述的过热器出口与所述的高压段汽缸主汽口连通；所述的高压段汽缸蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述
的再热器出口与所述的中低压段汽缸进口连通；汽轮机与发电机通过联轴器连接；所述的中低压段汽缸出口与凝结水泵进口连通。
13.为达到上述目的，本发明的提升环冷机余热发电效率的综合利用方法，是采用上述系统进行的，至少包括下述步骤：
14.钢厂剩余的煤气通过管道运送到锅炉单元的燃烧器中燃烧，产生1000～1600℃高温烟气；
15.1000～1600℃高温烟气依次经过锅炉单元中的过热器和再热器后，烟气温度降低至500～700℃，再与环冷机1上ⅰ区排出的300～500℃高温废气混合，混合后依次进入高压蒸发器、高压省煤器，此时烟温降低至200～300℃，然后再与环冷机1上ⅱ区排出的200～300℃低温废气混合，混合后依次进入低压蒸发器、低压省煤器，此时烟温降低至100～180℃，然后通过循环风机打入环冷机1上ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区所对应的下部风箱中，废气吸收环冷机烧结矿中的显热后再次进入锅炉单元中，完成一个废气循环过程。
16.进一步地，所述的方法还包括下述步骤：
17.汽轮机单元中做完功的蒸汽被冷凝为凝结水后，经过凝结水泵打入低温省煤器中，吸收混合烟气的低温余热后进入低压锅筒及除氧器中；低压锅筒及除氧器与低压蒸发器通过至少两路管道相互连接，水在低压蒸发器中吸收废气的热量后转变为汽水混合物进入低压锅筒及除氧器中，此部分水力循环依靠低压蒸发器进出口两端管道中介质的重度差完成，形成一个自然循环回路；
18.生成的汽水混合物在低压锅筒及除氧器中完成自除氧及汽水分离过程，饱和蒸汽则进入再热器中，吸收煤气燃烧的高温热量后变成高品质的再热蒸汽送入中低压段汽缸中做功；
19.饱和水则经过给水泵打入高压省煤器中，经过换热升温后进入高压锅筒中；水在高压锅筒中进入高压蒸发器中，经过吸收混合烟气余热后变成汽水混合物进入高压锅筒中，高压锅筒中的水在高压锅筒与高压蒸发器中是依靠高压蒸发器进出口两端管道中介质的重度差完成的，形成一个单独的自然循环回路；
20.产生的汽水混合物在高压锅筒中经过分离，饱和水继续进入高压蒸发器中换热，饱和蒸汽则进入过热器中，被煤气燃烧产生的高温烟气加热后变为高品质的过热蒸汽进入高压段汽缸中，推动汽轮机做功；
21.汽轮机单元和发电机通过联轴器连接，蒸汽推动汽轮机单元转动做功传递到发电机上，继而变为电能，发电外输；做完功的乏汽经过冷凝之后成为凝结水由凝结水泵打入低压省煤器中，完成一个汽水循环。
22.本发明利用高品质的煤气资源，采用合理的汽水流程，充分提升了环冷机余热的发电品质，提高了发电效率，相对比单独采用煤气发电(钢厂目前主流的双超煤气发电)和环冷机余热发电，可提高20％～30％发电量。
附图说明
23.图1是一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统的结构示意图；
24.1、环冷机，2、锅炉单元，3、循环风机，4、低压锅筒及除氧器，5、高压锅筒，6、汽轮机单元，7、发电机，8、凝结水泵，9、给水泵，201、低压省煤器，202、低压蒸发器，203、高压省煤
器，204、高压蒸发器，205、再热器，206、过热器，207、燃烧器，601、高压段汽缸，602、中低压段汽缸。
25.具体实施方式
26.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.本发明一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统至少包括环冷机、锅炉单元、循环风机、低压锅筒及除氧器、高压锅筒、汽轮机单元、发电机、凝结水泵、给水泵；
31.所述的锅炉单元包括过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器、燃烧器；所述的过热器、所述的再热器、所述的高压蒸发器、所述的高压省煤器、所述的低压蒸发器、所述的低压省煤器是按照锅炉内烟气温度的高低依次设置在所述的锅炉单元内部的；所述的燃烧器具备将煤气燃烧并产生高温烟气的功能；所述的高温烟气依次流经所述的过热器、所述的再热器、所述的高压蒸发器、所述的高压省煤器、所述的低压蒸发器、所述的低压省煤器；
32.所述的汽轮机单元包括高压段汽缸、中低压段汽缸；所述的高压段汽缸和所述的中低压段汽缸可以驱动所述的发电机并产生电能；
33.所述的环冷机的ⅰ区和ⅱ区的高温废气出口和锅炉单元入口连通，所述的锅炉单元出口和所述的循环风机的入口相连通，所述的循环风机出口与环冷机ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区的高温废气出口所对应的下部风箱连通；
34.所述的环冷机的ⅰ区高温烟气与经过所述的过热器、所述的再热器换热后的煤气燃烧产生的高温烟气混合后进入所述的高压蒸发器和高压省煤器；以上混合烟气经过高压蒸发器和高压省煤器换热后，与所述的环冷机的ⅱ区高温废气混合，混合后进入所述的低压蒸发器和低压省煤器；
35.所述的凝结水泵出口与所述的低压省煤器进口通过管道连通；所述的低压省煤器出口与所述的低压锅筒及除氧器入口连通；所述的低压锅筒及除氧器与所述的低压蒸发器通过管道相互连通，形成自然循环回路；所述的低压锅筒及除氧器蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的低压锅筒及除氧器水出口与给水泵进口连通；所述的给水泵出口与所
述的高压省煤器进口连通；所述的高压省煤器出口与所述的高压锅筒连通；所述的高压锅筒和所述的高压蒸发器相互连通，形成自然循环回路；所述的高压锅筒蒸汽出口与过热器进口连通；所述的过热器出口与所述的高压段汽缸主汽口连通；所述的高压段汽缸蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的再热器出口与所述的中低压段汽缸进口连通；所述的汽轮机与所述的发电机通过联轴器连接；所述的中低压段汽缸出口与凝结水泵进口连通。
36.实施例1
37.如图1所示，本实施例是利用燃烧煤气产生的高温烟气，将低温的环冷机余热置换出的高压饱和蒸汽过热，低压饱和蒸汽再热，产生的蒸汽进入中间一次再热的汽轮机中发电的工艺流程。
38.本发明的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，所述系统至少包括锅炉单元2；所述的锅炉单元包括过热器206、再热器205、高压蒸发器204、高压省煤器203、低压蒸发器202、低压省煤器201、燃烧器207；所述的过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器是按照锅炉内烟气温度的高低依次设置在所述的锅炉单元内部的；
39.燃烧系统：钢厂剩余的煤气通过管道运送到锅炉单元2的燃烧器207中燃烧，产生高温烟气(1000～1600℃)。
40.烟风系统：煤气燃烧产生的高温烟气(1000～1600℃)依次经过锅炉单元2中的过热器206和再热器205后，烟气温度降低至500～700℃，再与环冷机1上ⅰ区排出的高温废气(300～500℃)混合，混合后依次进入高压蒸发器204、高压省煤器203，此时烟温降低至200～300℃，然后再与环冷机1上ⅱ区排出的低温废气(200～300℃)混合，混合后依次进入低压蒸发器202、低压省煤器201，此时烟温降低至100～180℃，然后通过循环风机3打入环冷机1上ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区所对应的下部风箱中，废气吸收环冷机烧结矿中的显热后再次进入锅炉单元2中，完成一个废气循环过程。
41.实施例2
42.在上述实施例基础上，还包括：所述的低压省煤器出口与低压锅筒及除氧器入口连通；所述的低压锅筒及除氧器与所述的低压蒸发器通过管道相互连通，形成自然循环回路；
43.实施例3
44.在上述实施例基础上，还包括：所述的低压锅筒及除氧器蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的低压锅筒及除氧器水出口与给水泵进口连通；所述的给水泵出口与所述的高压省煤器进口连通；所述的高压省煤器出口与所述的高压锅筒连通；所述的高压锅筒和所述的高压蒸发器相互连通，形成自然循环回路。
45.实施例4
46.在上述实施例基础上，还包括：所述的高压锅筒蒸汽出口与过热器进口连通；所述的过热器出口与所述的高压段汽缸主汽口连通；所述的高压段汽缸蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的再热器出口与所述的中低压段汽缸进口连通；汽轮机与发电机通过联轴器连接；所述的中低压段汽缸出口与凝结水泵进口连通。
47.实施例5
48.实施例1的系统的运行过程包括：煤气燃烧产生的高温烟气(1000～1600℃)依次经过锅炉单元2中的过热器206和再热器205后，烟气温度降低至500～700℃，再与环冷机1
上ⅰ区排出的高温废气(300～500℃)混合，混合后依次进入高压蒸发器204、高压省煤器203，此时烟温降低至200～300℃，然后再与环冷机1上ⅱ区排出的低温废气(200～300℃)混合，混合后依次进入低压蒸发器202、低压省煤器201，此时烟温降低至100～180℃，然后通过循环风机3打入环冷机1上ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区所对应的下部风箱中，废气吸收环冷机烧结矿中的显热后再次进入锅炉单元2中，完成一个废气循环过程。
49.实施例6
50.实施例4中汽轮机部分的工作过程包括：在汽轮机单元6中做完功的蒸汽被冷凝为凝结水后，经过凝结水泵8打入低温省煤器中，吸收混合烟气的低温余热后进入低压锅筒及除氧器4中；低压锅筒及除氧器4与低压蒸发器202通过至少两路管道相互连接，水在低压蒸发器202中吸收废气的热量后转变为汽水混合物进入低压锅筒及除氧器6中，此部分水力循环依靠低压蒸发器202进出口两端管道中介质的重度差完成，形成一个自然循环回路，生成的汽水混合物在低压锅筒及除氧器6中完成自除氧及汽水分离过程，饱和蒸汽则进入再热器205中，吸收煤气燃烧的高温热量后变成高品质的再热蒸汽送入中低压段汽缸602中做功，饱和水则经过给水泵7打入高压省煤器203中，经过换热升温后进入高压锅筒5中；水在高压锅筒5中进入高压蒸发器204中，经过吸收混合烟气余热后变成汽水混合物进入高压锅筒5中，高压锅筒5中的水在高压锅筒5与高压蒸发器204中是依靠高压蒸发器204进出口两端管道中介质的重度差完成的，形成一个单独的自然循环回路，产生的汽水混合物在高压锅筒5中经过分离，饱和水继续进入高压蒸发器204中换热，饱和蒸汽则进入过热器206中，被煤气燃烧产生的高温烟气加热后变为高品质的过热蒸汽进入高压段汽缸601中，推动汽轮机做功；汽轮机单元6和发电机7通过联轴器连接，蒸汽推动汽轮机单元6转动做功传递到发电机上，继而变为电能，发电外输；做完功的乏汽经过冷凝之后成为凝结水由凝结水泵8打入低压省煤器201中，完成一个汽水循环。
51.本发明利用煤气燃烧产生的高温烟气，充分回收并提升了环冷机上的烧结矿冷却后低温废气的余热品质，按照热力学第二定律，合理布置在锅炉中的受热面，梯级回收尾部烟道中的烟气余热，同时采用中间一次再热蒸汽发电技术，提高了发电效率，相对于煤气单独燃烧用于发电，环冷机废气余热单独回收发电，综合利用以上两种余热资源后，发电量可提升20～30％，效果显著。
52.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
53.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：所述系统至少包括锅炉单元；所述的锅炉单元包括过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器、燃烧器；所述的过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器是按照锅炉内烟气温度的高低依次设置在所述的锅炉单元内部的；所述的燃烧器具备将煤气燃烧并产生高温烟气；所述的高温烟气依次流经所述的过热器、所述的再热器、所述的高压蒸发器、所述的高压省煤器、所述的低压蒸发器、所述的低压省煤器。2.如权利要求1所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：还包括环冷机，所述的环冷机的ⅰ区和ⅱ区的高温废气出口和锅炉单元入口连通，所述的锅炉单元出口和所述的循环风机的入口相连通，所述的循环风机出口与环冷机ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区的高温废气出口所对应的下部风箱连通。3.如权利要求2所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：所述的环冷机的ⅰ区高温烟气与经过所述的过热器、所述的再热器换热后的煤气燃烧产生的高温烟气混合后进入所述的高压蒸发器和高压省煤器；混合烟气经过高压蒸发器和高压省煤器换热后，与所述的环冷机的ⅱ区高温废气混合，混合后进入所述的低压蒸发器和低压省煤器。4.如权利要求1所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：所述的低压省煤器出口与低压锅筒及除氧器入口连通；所述的低压锅筒及除氧器与所述的低压蒸发器通过管道相互连通，形成自然循环回路。5.如权利要求1所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：所述的低压锅筒及除氧器蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的低压锅筒及除氧器水出口与给水泵进口连通；所述的给水泵出口与所述的高压省煤器进口连通；所述的高压省煤器出口与所述的高压锅筒连通；所述的高压锅筒和所述的高压蒸发器相互连通，形成自然循环回路。6.如权利要求1所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用系统，其特征在于：所述的高压锅筒蒸汽出口与过热器进口连通；所述的过热器出口与所述的高压段汽缸主汽口连通；所述的高压段汽缸蒸汽出口与所述的再热器进口连通；所述的再热器出口与所述的中低压段汽缸进口连通；汽轮机与发电机通过联轴器连接；所述的中低压段汽缸出口与凝结水泵进口连通。7.一种提升环冷机余热发电效率的综合利用方法，其特征在于：所述的方法是采用如权利要求1所述系统进行的，至少包括下述步骤：钢厂剩余的煤气通过管道运送到锅炉单元的燃烧器中燃烧，产生1000～1600℃高温烟气；1000～1600℃高温烟气依次经过锅炉单元中的过热器和再热器后，烟气温度降低至500～700℃，再与环冷机1上ⅰ区排出的300～500℃高温废气混合，混合后依次进入高压蒸发器、高压省煤器，此时烟温降低至200～300℃，然后再与环冷机1上ⅱ区排出的200～300℃低温废气混合，混合后依次进入低压蒸发器、低压省煤器，此时烟温降低至100～180℃，然后通过循环风机打入环冷机1上ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区所对应的下部风箱中，废气吸收环冷机
烧结矿中的显热后再次进入锅炉单元中，完成一个废气循环过程。8.如权利要求7所述的提升环冷机余热发电效率的综合利用方法，其特征在于：所述的方法还包括下述步骤：汽轮机单元中做完功的蒸汽被冷凝为凝结水后，经过凝结水泵打入低温省煤器中，吸收混合烟气的低温余热后进入低压锅筒及除氧器中；低压锅筒及除氧器与低压蒸发器通过至少两路管道相互连接，水在低压蒸发器中吸收废气的热量后转变为汽水混合物进入低压锅筒及除氧器中，此部分水力循环依靠低压蒸发器进出口两端管道中介质的重度差完成，形成一个自然循环回路；生成的汽水混合物在低压锅筒及除氧器中完成自除氧及汽水分离过程，饱和蒸汽则进入再热器中，吸收煤气燃烧的高温热量后变成高品质的再热蒸汽送入中低压段汽缸中做功；饱和水则经过给水泵打入高压省煤器中，经过换热升温后进入高压锅筒中；水在高压锅筒中进入高压蒸发器中，经过吸收混合烟气余热后变成汽水混合物进入高压锅筒中，高压锅筒中的水在高压锅筒与高压蒸发器中是依靠高压蒸发器进出口两端管道中介质的重度差完成的，形成一个单独的自然循环回路；产生的汽水混合物在高压锅筒中经过分离，饱和水继续进入高压蒸发器中换热，饱和蒸汽则进入过热器中，被煤气燃烧产生的高温烟气加热后变为高品质的过热蒸汽进入高压段汽缸中，推动汽轮机做功；汽轮机单元和发电机通过联轴器连接，蒸汽推动汽轮机单元转动做功传递到发电机上，继而变为电能，发电外输；做完功的乏汽经过冷凝之后成为凝结水由凝结水泵打入低压省煤器中，完成一个汽水循环。

技术总结
本发明公开一种提升环冷机余热发电效率的综合利用系统及方法。至少包括锅炉单元；所述的锅炉单元包括按照锅炉内烟气温度的高低依次设置在所述的锅炉单元内部的过热器、再热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器、燃烧器；所述的燃烧器具备将煤气燃烧并产生高温烟气；所述的高温烟气依次流经所述的过热器、所述的再热器、所述的高压蒸发器、所述的高压省煤器、所述的低压蒸发器、所述的低压省煤器。本发明充分利用高品质的煤气资源，采用合理的汽水流程，将低品质的环冷机余热提质增效，提升环冷机余热的发电量。提升环冷机余热的发电量。提升环冷机余热的发电量。


技术研发人员：王雷
受保护的技术使用者：中冶华天工程技术有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/23