双工质热源烧结发电型余热锅炉系统

摘要

本发明涉及余热锅炉，特别是一种双工质热源烧结发电型余热锅炉系统。包括立式冷却机、烧结机、发电型余热锅炉、凝汽补汽式汽轮机、发电机，立式冷却机产出的热空气经由管路通入发电型余热锅炉上部，烧结机中温烟气经由管路通入发电型余热锅炉中上部的套管式中压蒸发器，烧结机低温烟气经由管路通入发电型余热锅炉中下部的套管式低压蒸发器，发电型余热锅炉产生的中压过热蒸汽经管路通入凝汽补汽式汽轮机的主汽口；发电型余热锅炉产生的低压饱和蒸汽经管路通入凝汽补汽式汽轮机的补汽口，由凝汽补汽式汽轮机驱动发电机发电。本发明以能量梯级利用为理论基础，以立式冷却机换热设备为源头设备，高效集成回收烧结烟气余热，实现热功转换最大发电量。

权利要求

1.一种双工质热源烧结发电型余热锅炉系统，包括立式冷却机、烧结机、发电型余热锅炉、凝汽补汽式汽轮机、发电机，其特征在于，所述发电型余热锅炉其炉体内自上而下依次设置有中压过热器、套管式中压蒸发器、中压省煤器、套管式低压蒸发器和凝结水加热器；

所述立式冷却机产生的热空气经由热空气进口管路通入该发电型余热锅炉上部，发电型余热锅炉底部的热空气出口管路与该立式冷却机连通；所述烧结机中温烟气经由中温烟气入口管路通入发电型余热锅炉内中上部的套管式中压蒸发器；烧结机低温烟气经由低温烟气入口管路通入发电型余热锅炉内中下部的套管式低压蒸发器；发电型余热锅炉产生的中压过热蒸汽经由主蒸汽管道通入凝汽补汽式汽轮机的主汽口，发电型余热锅炉产生的低压饱和蒸汽经由补汽管道通入凝汽补汽式汽轮机的补汽口，凝汽补汽式汽轮机驱动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的双工质热源烧结发电型余热锅炉系统，其特征在于，所述套管式中压蒸发器和套管式低压蒸发器的内管中装有呈螺旋状布置的内肋片，其外管外侧装有等间距排列布置的环形肋片，每层套管之间通过套管上游接口和套管下游接口呈蛇形管结构连接，相邻层间套管错列布置，内管两端的烧结机烟气进口和烧结机烟气出口管路横向穿过炉壁。

说明书

双工质热源烧结发电型余热锅炉系统

技术领域

[0001] 本发明涉及余热回收发电型余热锅炉，特别是一种同时回收两种不同工质余热的双工质热源烧结发电型余热锅炉系统。

背景技术

[0002] 余热锅炉是各类工艺流程中回收余热以提高整个装置热效率、减少一次能源消耗的节能设备，它对提高系统流程的质量和减轻污染物排放等起着十分重要的作用。余热锅炉热回收对象主要有烟道气体、固体余热交换后的排气显热等，统称为废气余热。随着节能降耗标准的不断提高，钢铁企业余热回收工作不断深入，余热回收系统中的关键设备—余热锅炉的研究越来越受到重视。在实践中，工业余热往往具有多品位多工质的特点，现有余热锅炉主要是针对单一工质热源余热进行回收，主要有单进口和双进口两种。中国发明专利申请“一种多压多进口发电余热锅炉”(申请号200910074715.0)公开了一种根据废气余热品位不同分区回收的多进口余热锅炉装置。该装置将原有的单进口和双进口余热锅炉发展到了多压多进口，使余热得到了梯级利用，从而使余热资源回收率得到有效提高。但该装置不能同时回收两种不同工质的余热。

[0003] 在钢铁企业，烧结工序的能耗仅次于炼铁工序，一般为钢铁企业总能耗的10％-20％。我国烧结工序的能耗指标和先进国家相比差距较大，每吨烧结矿的平均能耗要高20kgce。据日本某钢厂热平衡测试数据表明，烧结机的热收入中烧结矿显热占28.2％、烧结机烟气显热占31.8％。因此，高效集成回收烧结机烟气余热和烧结矿显热(冷却机热空气)的余热锅炉设备研发迫在眉睫。

发明内容

[0004] 本发明目的是为了解决现有技术存在的单一回收烧结矿显热，且余热回收率低的问题，而提供一种双工质热源烧结发电型余热锅炉系统。此系统根据余热梯级利用的理论，集成回收烧结工序的两种余热而发电。

[0005] 本发明解决所述问题采用的技术方案是：一种双工质热源烧结发电型余热锅炉系统，包括立式冷却机、烧结机、发电型余热锅炉、凝汽补汽式汽轮机、发电机。所述发电型余热锅炉其炉体内自上而下依次设置有中压过热器、套管式中压蒸发器、中压省煤器、套管式低压蒸发器和凝结水加热器；所述立式冷却机产生的热空气经由热空气进口管路通入该发电型余热锅炉上部，发电型余热锅炉底部的热空气出口管路与该立式冷却机连通；所述烧结机中温烟气经由中温烟气入口管路通入发电型余热锅炉中上部的套管式中压蒸发器，烧结机低温烟气经由低温烟气入口管路通入发电型余热锅炉中下部的套管式低压蒸发器；发电型余热锅炉产生的中压过热蒸汽经由主蒸汽管道通入凝汽补汽式汽轮机的主汽口，发电型余热锅炉产生的低压饱和蒸汽经由补汽管道通入凝汽补汽式汽轮机的补汽口，凝汽补汽式汽轮机驱动发电机发电。

[0006] 与现有技术相比，本发明以能量梯级利用为理论基础，以立式冷却机换热设备为源头设备，高效集成回收烧结机烟气和冷却机热空气两种余热，实现最大的自产电量。其具有以下技术特点：

[0007] (1)根据烧结机烟气温度等级将其分为中温烟气(320-360℃)和低温烟气(230-300℃)，然后进行分段回收，分别连通至套管式中压蒸发器和套管式低压蒸发器。该套管式蒸发器可实现与内外两侧烧结烟气和冷却机热空气同时换热，既提高了余热资源回收率又使两种工质得到了良好的隔离。

[0008] (2)套管式蒸发器可以同时吸收两种工质的热量。蒸发器内管上的内肋片可强化管内工质与管壁的换热效果；蒸发器外管上的环形肋片强化了与外侧工质的换热效果。

[0009] (3)整个余热锅炉炉膛布置为裸壁，处于绝热状态。各受热面汽水联箱分区独立布置，形成多路独立水循环，确保了锅炉水循环状态良好，保证了锅炉受热面运行寿命。由于采用强制循环，降低了余热锅炉高度，使锅炉结构更加紧凑，可节省投资。

[0010] (4)为强化传热、优化结构，提高锅炉制造、安装质量，缩短安装周期，过热器、省煤器、凝结水加热器受热面均采用为蛇形环肋管错列逆流布置。

附图说明

[0011] 图1为本发明所述发电型余热锅炉本体结构示意图。

[0012] 图2为本发明所述套管式蒸发器局部放大图。

[0013] 图3为图2的侧视图。

[0014] 图4为本发明整体系统结构示意图。

[0015] 图中：主蒸汽管道1；中温烟气出口管路2；中压汽包3；补汽管道4；低压汽包5；低温烟气出口管路6；冷灰斗7；热空气出口管路8；凝结水加热器9；套管式低压蒸发器10；
低温烟气入口管路11；中压省煤器12；套管式中压蒸发器13；中温烟气入口管路14；中压过热器15；热空气进口管路16；套管上游接口17；烧结机烟气出口18；内肋片19；套管下游接口20；烧结机烟气进口21；环形肋片22；发电型余热锅炉23；除尘器24；引风机25；脱硫装置26；烟囱27；凝汽补汽式汽轮机28；发电机29；冷凝器30；除氧器31；低压给水泵
32；中压给水泵33；凝结水泵34；补风口35；循环风机36；放散口37；立式冷却机38；烧结机39。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图及实施例详述本发明。

[0017] 本实施例以320m2烧结机烧结矿显热及烧结机中、低温烟气显热回收为例进行说明，与该烧结机39配套的冷却机为立式冷却机38，发电型余热锅炉23为立式布置，负压运行。

[0018] 参看图4，本发明由立式冷却机38、烧结机39、发电型余热锅炉23、凝汽补汽式汽轮机28、发电机29等几部分构成，发电型余热锅炉23其炉体内自上而下依次设置有中压过热器15、套管式中压蒸发器13、中压省煤器12、套管式低压蒸发器10和凝结水加热器9。

[0019] 本实施例中，所述套管式中压蒸发器13和套管式低压蒸发器10的内管中装有呈螺旋状布置的内肋片19，其外管外侧装有等间距排列布置的环形肋片22，每层套管之间通过套管上游接口17和套管下游接口20呈蛇形管结构连接，相邻层间套管错列布置，内管两端的烧结机烟气进口21和烧结机烟气出口18横向穿过炉壁。

[0020] 仍参看图4，立式冷却机38的热空气出口通过热空气进口管路16与发电型余热锅炉23上部连通，发电型余热锅炉23底部的热空气出口管路8与立式冷却机38连通，该热空气出口管路8上依次设置有补风口35、循环风机36和放散口37，由发电型余热锅炉23排出的热空气部分经放散口37放散，并从环境空间补充定量冷风经补风口35和循环风机36进入立式冷却机38，以调节进入冷却机热空气温度。

[0021] 参看图2、图3、图4，烧结机39的中、低温烟气出口分别经中温烟气入口管路14和低温烟气入口管路11连通至套管式中压蒸发器13和套管式低压蒸发器10的烧结机烟气进口21，释放热量后由烧结机烟气出口18分别经中温烟气出口管路2和低温烟气出口管路6送入除尘器24，除尘后通入引风机25再进入脱硫设备26，最后经烟囱27排出。

[0022] 参看图4，凝汽补汽式汽轮机28的乏汽出口连通至冷凝器30，冷凝器30产生的冷凝水和外部补充水经凝结水泵34进入凝结水加热器9，升温后的凝结水经管路通入除氧器31。

[0023] 仍参看图1和图4，除氧器31的除氧水一部分经次中压给水泵33送至中压省煤器12，加热后送至中压汽包3，经套管式中压蒸发器13加热至湿饱和蒸汽后送返中压汽包3，最后经中压过热器15加热至过热蒸汽后经主蒸汽管道1送至凝汽补汽式汽轮机28的主汽口；除氧器31的另一部分除氧水经低压给水泵32送至低压汽包5，经套管式低压蒸发器
10加热至湿饱和蒸汽后送返中压汽包5进行汽水分离，分离后的饱和蒸汽经补汽管道送至凝汽补汽式汽轮机28的补汽口。

[0024] 本系统中，发电型余热锅炉23顶部引入的由立式冷却机38排出的450-550℃左右的热空气流经中压过热器15放出热量后，与从中部引入的320-360℃的烧结机39中温烟气通过套管式中压蒸发器13同时释放热量，再流经中压省煤器12放出热量后与从套管式低压蒸发器10进入的230-300℃的烧结机低温烟气一起释放热量，最后经凝结水加热器9释放热量降温后从发电型余热锅炉23的底部排出。由此，该发电型余热锅炉23采用部分循环将冷却机38的热废气高效回收，冷却机38产生的温度450-480℃、压力为3.82MPa的中压过热蒸汽以主蒸汽的形式进入凝汽补汽式汽轮机28，同时产生的压力为0.4-0.7MPa的低压饱和蒸汽以补汽的形式进入凝汽补汽式汽轮机28，然后共同驱动一台发电机29发电，形成双工质热源发电余热锅炉系统。本系统可使余热锅炉配套的汽轮发电机组装机容量由单进口进汽的8.2MW提高到双工质进汽的14MW，有效地提高冷却机余热回收自产电量，最大限度地利用了这部分中低品位的余热资源。