專利名稱：一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備的制作方法
技術領域：
本發明涉及冶金系統中低溫廢氣余熱回收發電的工藝及裝備，屬于節能減排技術領域。具體涉及一種采用有機朗肯循環的技術來回收冶金系統中低溫廢氣的余熱，進行高效發電的工藝和裝備。
背景技術：
目前，在冶金系統生產過程中，燒結工序環冷機的廢熱氣體熱量占燒結工序總能耗的32%，廢熱氣體的溫度約為200 420°C;步進式軋鋼加熱爐排出的煙氣熱量占其系統的總能耗的20 30%，煙氣的溫度約為220 320°C ；高爐熱風爐排出煙氣余熱占其總能耗的15% 20%，煙氣溫度約為180 250°C ；焦爐排出的煙氣的熱量占焦爐加熱能耗的 14 18%，煙氣溫度約為180 M0°C。以上這些廢熱氣體，僅有燒結工序環冷機的廢氣得到部分利用，燒結環冷機高溫一段和二段的氣體，溫度約為300 420°C，被用來生產蒸汽發電或外供用戶。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發電，則不經濟)，現在均被外排，這樣不僅浪費能源，而且對環境產生熱污染。

發明內容
本發明的目的就是為了充分和經濟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電的工藝及裝備。本發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電，從而獲得顯著的經濟效益和社會效益。技術方案本發明的冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，包括熱交換器、膨脹機、冷凝器、緩沖罐、循環工質加壓泵，循環工質加壓泵將緩沖罐中的低溫液體循環工質加壓后通過管道送入熱交換器，低溫液體循環工質在熱交換器中與來自冶金系統的廢熱氣體進行熱交換，吸收廢氣中的余熱，變成高溫氣體，通過管道送入膨脹機進行膨脹做功，帶動發電機發電，做過功的循環工質變成低溫低壓的氣體，進入冷凝器與冷卻介質進行熱交換，循環工質經冷卻后變成低溫的液體循環工質，然后送入緩沖罐進行循環使用，冷卻介質可以為空氣或冷卻水。若冷卻介質采用冷卻水，則應配冷卻塔；若冷卻介質采用空氣， 則冷凝器應采用空冷器結構。對于缺水的地方，使用本工藝及裝備時冷卻介質應采用空氣； 對于長江流域或以南的地方，使用本藝及裝備時冷卻介質可選用水。本發明所述的循環工質為八氟環丁烷、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、環丁烷、正戊烷、異戊烷或新戊烷的純工質，所述的循環工質滿足國家對環境的要求，臭氧消耗值為零或很小。本發明所述的循環工質為全氟丁烷和丁烷混合工質、全氟戊烷與正戊烷混合工質或八氟環丁烷與環丁烷混合工質。本發明所述的全氟丁烷和丁烷混合工質按全氟丁烷的重量占總量的5% 95% 進行配置，所述的全氟戊烷與正戊烷混合工質按全氟戊烷的重量占總量的5% 95%進行配置，所述的八氟環丁烷與環丁烷混合工質按八氟環丁烷的重量占總量的5% 95%進行配置。本發明適用于回收120 350°C的中低溫廢氣余熱。本發明所述的膨脹機為透平膨脹機或螺桿膨脹機。本發明有益效果是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%以上轉換為電能，與普通朗肯循環蒸汽發電相比可提高發電量50% 200%。


圖1是本發明實施例1的冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備1、煙囪2、熱交換器排廢氣管3、熱交換器4、進熱交換器廢氣管5、高溫管道6、 膨脹機7、發電機8、冷凝器9、冷卻塔10、緩沖罐11、循環工質加壓泵12、低溫管道圖2是本發明實施例2的冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備1、煙囪2、熱交換器排廢氣管3、熱交換器4、進熱交換器廢氣管5、高溫管道6、 膨脹機7、發電機8、冷凝式空冷器9、冷卻風機10、緩沖罐11、循環工質加壓泵12、低溫管道
具體實施例方式下面結合圖1對本發明作更進一步的說明。圖1為實施例1的一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備系統2為實施例2的一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備系統圖如附圖所示，循環工質加壓泵(11)將緩沖罐(10)中的低溫液體循環工質加壓后， 通過低溫管道(12)送入的熱交換器(3)中，在熱交換器(3)中與來自冶金系統的熱廢氣進行熱交換后，熱廢氣被循環工質冷卻，變成低溫廢氣經熱交換器排廢氣管( 和煙 (1)排放，低溫液體循環工質被熱廢氣加熱后，變成高溫氣體循環工質，通過高溫管道( 送入膨脹機(6)，進行做功，帶動發電機(7)發電，做完功的循環介質變成低壓低溫的氣體，送入冷凝器(8)被冷卻介質冷卻后，變成低溫液體送入緩沖罐循環使用。實施例1 如圖1(采用六氟丙烷R236EA為循環工質、冷卻介質為水，水采用冷卻塔冷卻)某鋼鐵廠燒結工序環冷機的三段廢氣溫度為230 250°C，流量為45萬米7小時， 采用有機朗肯循環回收熱量廢熱氣體的熱量，緩沖罐中液態的循環工質經過循環工質泵加壓，通過管道送入熱交換器中，在熱交換器與燒結熱廢氣換熱后，變成高溫的氣體，通過管道送入膨脹機，在膨脹機的進口循環工質壓力為2Mpa，溫度為200°C，循環工質流量為518 噸/小時，高溫氣體循環工質在膨脹機中膨脹做功，帶動發電機發電，當冷凝器的冷卻水進水溫度為25°C時，輸出功率為7500KW，做過功后的排出膨脹機低溫循環工質，經冷凝器冷卻后變成低溫液體，流入緩沖罐，繼續循環使用；燒結熱廢氣在熱交換器里被循環工質冷卻后變成溫度為80°C低溫廢氣排空；在冷凝器用于冷卻工質的循環冷卻水通過冷卻塔冷卻后，然后循環使用。本發明的有機朗肯循環的發電機輸出功率為7500KW，如采用朗肯循環蒸汽發電系統，這部分熱廢氣僅能輸出3650KW電能。本發明的發電效率比朗肯循環蒸汽發電系統高106%。實施例2 如圖2 (采用丁烷為循環工質、冷卻介質采用空氣，冷凝器采用空冷器， 取消冷卻塔，增加冷卻風機)某鋼鐵廠軋鋼工序的步進式加熱廢氣溫度為320 340°C，流量為8萬米7小時， 采用有機朗肯循環回收熱量廢熱氣體的熱量，緩沖罐中液態的循環工質經過循環工質泵加壓，通過管道送入熱交換器中，在熱交換器與燒結熱廢氣換熱后，變成高溫的氣體，通過管道送入膨脹機，在膨脹機的進口循環工質壓力為2Mpa，溫度為250°C，循環工質流量為48噸 /小時，高溫氣體循環工質在膨脹機中膨脹做功，帶動發電機發電，當空冷器的進氣溫度為 25°C時，輸出功率為2300KW，做過功后的排出膨脹機低溫循環工質，經空凝器冷卻后變成低溫液體，流入緩沖罐，繼續循環使用；燒結熱廢氣在熱交換器里被循環工質冷卻后變成溫度為10(TC (為了避免煙氣結露，保證排煙溫度大于90°C )低溫廢氣排空；空冷器的冷卻介質為空氣，采用軸流風機抽風冷卻。如采用朗肯循環蒸汽發電系統，這部分熱廢氣僅能輸出 IlOOKff電能。本發明的發電效率比朗肯循環蒸汽發電系統高130%。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于包括熱交換器 (3)、膨脹機(6)、冷凝器(8)、緩沖罐(10)、循環工質加壓泵(11)，所述的熱交換器(3)用于循環工質與廢熱氣體進行熱交換，所述的循環工質加壓泵出口與熱交換器(3)的循環工質進口之間設低溫管道(12)，熱交換器(3)循環工質的出口與膨脹機(6)的進口之間設高溫管道(5)，所述的膨脹機(6)的出口與冷凝器(8)循環工質的進口通過管道相連，冷凝器 (8)循環工質的出口與緩沖罐(10)的進口通過管道相連，緩沖罐(10)的出口與循環工質加壓泵(11)的進口通過管道相連。
2.根據權利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于所述的循環工質為八氟環丁烷、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、環丁烷、正戊烷、異戊烷或新戊烷的純工質。
3.根據權利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于所述的循環工質為全氟丁烷和丁烷混合工質、全氟戊烷與正戊烷混合工質或八氟環丁烷與環丁烷混合工質。
4.根據權利要求3冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于所述的全氟丁烷和丁烷混合工質按全氟丁烷的重量占總量的5% 95%進行配置，所述的全氟戊烷與正戊烷混合工質按全氟戊烷的重量占總量的5% 95%進行配置，所述的八氟環丁烷與環丁烷混合工質按八氟環丁烷的重量占總量的5% 95%進行配置。
5.根據權利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于適用于回收120 350°C的中低溫廢氣余熱。
6.根據權利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于所述的膨脹機(6)為透平膨脹機或螺桿膨脹機。
7.根據權利要求1冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，其特征在于所述的熱交換器(3)為蒸發器或余熱鍋爐。
全文摘要
本發明公開一種冶金廢熱氣體余熱回收高效發電的工藝及裝備，屬于節能減排技術領域。本發明采用有機朗肯循環做為余熱發電系統，其循環工質為低溫有機工質。本發明克服了朗肯循環中的水介質蒸發溫度高、汽化潛熱大、排汽溫度高，難以經濟回收低溫煙氣熱量的缺點，本發明的工藝及裝備可以充分回收中低溫廢熱氣體的熱量，并高效發電，其發電效率可以達到普通朗肯循環效率的2～3倍，本發明的工藝及裝備結構簡單，運行可靠，運行成本低廉，經濟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 優先權日2011年11月4日
發明者孫慕文 申請人:孫慕文