[發明專利]一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發電系統及方法

有效

• 申請號: 201610266132.8
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105863760B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張曉鵬;王宇飛;張良;王濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F01K17/04
• 分類號: F01K17/04;F01D17/10;F27D17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發電系統，屬于工業節能、余熱利用技術領域。

背景技術

目前，我國大多數冶金、鋼鐵企業的耗能高，能源利用率較低，除了生產工藝相對落后、產業結構不合理等因素外，主要是由于熔煉爐熔煉過程中的排煙溫度普遍在800℃以上，排煙時將帶出大量余熱，在進入余熱回收裝置前煙氣余熱損失較大，且煙氣等余熱載體的顯熱也不能有效儲存，余熱資源沒有得到有效利用，導致余熱回收利用率低，如果能充分回收利用排煙余熱，將帶來十分可觀的節能與經濟效益，因此盡可能地回收熔煉過程中產生煙氣的顯熱余熱是提高能源利用率的重要途徑。

雖然熔煉爐煙氣余熱具有極大的回收利用潛力，但由于冶金、煉鋼等行業生產過程中存在周期性，熔煉爐通常為間歇性作業，出口煙氣溫度極不穩定，常呈現出較大幅度的波動，余熱輸出不穩定，因此，極大地增加了其有效回收利用的難度；此外，對于工業余熱資源回收系統而言，入口煙氣溫度頻繁的波動將造成惡劣的運行環境，余熱回收系統相關部件使用壽命大幅縮減，因此要求設備可靠性高，有較寬的運行參數范圍以適應煙溫的波動，這不僅增加了余熱回收系統的設計與布置難度，還進一步提高了煙氣余熱回收的成本，因此，針對上述問題，采取必要的措施穩定余熱回收系統的入口溫度以提高能量綜合利用效率，改善余熱利用系統設備的運行環境，具有極為重大的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提出一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發電系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發電系統，包括熔煉爐、主煙氣管路、第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥、I級蓄熱裝置、第一煙氣旁路、第二煙氣旁路、II級蓄熱裝置、第四流量控制閥、第五流量控制閥、第六流量控制閥、煙囪、引風機、電除塵器、發電機、汽輪機、給水泵、余熱鍋爐；熔煉爐、I級蓄熱裝置、II級蓄熱裝置、余熱鍋爐、電除塵器、引風機、煙囪經主煙氣管路順次連接構成煙氣側主通路；第一煙氣旁路和第二煙氣旁路的始端依次與熔煉爐與I級蓄熱裝置之間的主煙氣管路相連，第一煙氣旁路和第二煙氣旁路的末端依次與II級蓄熱裝置和余熱鍋爐之間的主煙氣管路相連，第二流量控制閥安裝在第一煙氣旁路始端與第二煙氣旁路始端之間的主煙氣管路上，第五流量控制閥安裝在第一煙氣旁路末端與第二煙氣旁路末端之間的主煙氣管路上，第一流量控制閥與第三流量控制閥分別安裝在第一煙氣旁路始端與第二煙氣旁路始端，第四流量控制閥與第六流量控制閥分別安裝在第一煙氣旁路末端與第二煙氣旁路末端；給水泵、余熱鍋爐、汽輪機依次連接構成蒸汽側通路；汽輪機與發電機相連。

所述的I級蓄熱裝置與II級蓄熱裝置具有相同的結構特征，具體包括煙氣進口流道、煙氣進口流道擴口、煙氣進口管板、煙氣換熱管、石墨蓄熱體、石墨蓄熱體通孔、煙氣出口管板、煙氣出口流道縮口、煙氣出口流道；煙氣進口流道、煙氣進口流道擴口、煙氣進口管板、石墨蓄熱體、煙氣出口管板、煙氣出口流道縮口、煙氣出口流道順次相連，石墨蓄熱體上設有石墨蓄熱體通孔，煙氣換熱管與石墨蓄熱體的石墨蓄熱體通孔利用過渡或間隙配合方式連接，采用間隙配合方式時配合間隙采用膨脹石墨填充；煙氣換熱管與石墨蓄熱體通孔關于石墨蓄熱體的幾何中心軸呈中心對稱布置。所述的余熱鍋爐內應裝配過熱器。

一種利用所述的系統的基于間歇性高溫煙氣的蓄熱式余熱發電方法,步驟如下:當熔煉爐排煙溫度超過余熱鍋爐入口煙溫設定上限值時，第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥關閉，第二流量控制閥和第五流量控制閥開啟，高溫煙氣經主煙氣管路、I級蓄熱裝置和II級蓄熱裝置構成的煙氣主通路中進行蓄熱換熱，一方面將煙氣溫度降低到設計溫度范圍，另一方面將部分熱量儲存起來；當熔煉爐排煙溫度低于余熱鍋爐入口煙溫設定下限值時，第一流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥與第六流量控制閥開啟，第二流量控制閥和第五流量控制閥關閉，煙氣經由主煙氣管路、第一煙氣旁路、II級蓄熱裝置、I級蓄熱裝置、第二煙氣旁路構成的旁路換熱系統，通過I級蓄熱裝置和II級蓄熱裝置將低溫煙氣加熱到鍋爐煙氣設計的溫度區間，從而保證熔煉爐不同排煙階段的溫度均維持在余熱鍋爐設計的范圍之內，進而保證余熱鍋爐內的過熱器能夠正常安全工作，加熱給水產生過熱蒸汽，進而產生穩定的熱功率，推動汽輪機帶動發電機發電。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：