一种采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统及其方法

摘要

本发明公开了一种螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统及其方法。系统包括烧结矿立式冷却装置、烧结机、风箱、主烟道、除尘器、第一电动风机、第一风机、第一螺杆膨胀机、热管余热锅炉、补汽凝汽式汽轮机、烟囱、发电机、冷凝器、第一水泵、第二水泵、第三水泵、除氧器、第四水泵、第五水泵、双进气双压余热锅炉、冷风进气阀、第二电动风机、第二螺杆膨胀机、第二风机、放散阀、除尘器、烧结矿立式冷却装置进风室、烧结矿立式冷却装置低温出风室、烧结矿立式冷却装置中温出风室、烧结矿立式冷却装置高温出风室。本发明不仅能高效回收烧结余热余能，提高发电效率，而且大幅度节约了设备运行所需能耗，对钢铁企业节能减排具有重要的意义。

权利要求

1.一种螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统，其特征在于：包括烧结矿立式冷却装置

（1）、烧结机（2）、风箱（3）、主烟道（4）、除尘器（5）、第一电动风机（6）、第一风机（7）、第一螺杆膨胀机（8）、热管余热锅炉（9）、补汽凝汽式汽轮机（10）、烟囱（11）、发电机（12）、冷凝器（13）、第一水泵（14）、第二水泵（15）、第三水泵（16）、除氧器（17）、第四水泵（18）、第五水泵（19）、双进气双压余热锅炉（20）、冷风进气阀（21）、第二电动风机（22）、第二螺杆膨胀机（23）、第二风机（24）、放散阀（25）、除尘器（26）、烧结矿立式冷却装置进风室（27）、烧结矿立式冷却装置低温出风室（28）、烧结矿立式冷却装置中温出风室（29）、烧结矿立式冷却装置高温出风室（30）；

烧结矿立式冷却装置高温出风室（30）、除尘器（26）、双进气双压余热锅炉（20）、补汽凝汽式汽轮机（10）、发电机（12）顺次相连，烧结矿立式冷却装置中温出风室（29）、除尘器（26）、双进气双压余热锅炉（20）、第二螺杆膨胀机（23）、第三水泵（16）、冷凝器（13）、第一水泵（14）、除氧器（17）顺次相连，除氧器出口分成两路，一路经第五水泵（19）与双进气双压余热锅炉（20）的冷水进口相连，另一路经第四水泵（18）、热管余热锅炉（9）、补汽凝汽式汽轮机（10）补汽进口顺次相连，烧结机（2）内设有风箱（3），风箱（3）、主烟道（4）、除尘器（5）顺次相连，除尘器（5）分别与第一电动风机（6）入口、第一风机（7）入口相连，第一电动风机（6）出口、第一风机（7）出口分别经热管余热锅炉（9）与烟囱（11）相连，第一螺杆膨胀机（8）与第一风机（7）相连，第二螺杆膨胀机（23）与第二风机（24）相连，烧结矿立式冷却装置低温出风室（28）经除尘器（26）分别与双进气双压余热锅炉（20）废气出口、冷风进气阀（21）、第二电动风机（22）入口、第二风机（24）入口相连，第二电动风机（22）出口、第二风机（24）出口经放散阀（25）与烧结矿立式冷却装置进风室（27）相连，补汽凝汽式汽轮机（10）较低压蒸汽出口与除氧器（17）蒸汽入口相连，双进气双压余热锅炉（20）中压蒸汽出口、第一螺杆膨胀机（8）、第二水泵（15）、冷凝器（13）顺次相连。

2.一种使用如权利要求1所述系统螺杆膨胀机拖动烧结余热发电方法，其特征在于：

烧结矿立式冷却装置（1）回收的450~500℃的高温废气和300~350℃的中温废气经除尘器（26）分别通入双进气双压余热锅炉（20），产生400~450℃、1~2MPa的过热蒸汽以主蒸汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机（10），产生200~250℃、0.5~1MPa的过热蒸汽分别通入第一螺杆膨胀机（8）与第二螺杆膨胀机（23），其中第一螺杆膨胀机（8）拖动第一风机（7），使烧结机主烟道（4）的400~450℃的高温烟气经除尘器（5）后引入热管余热锅炉（9）与冷却水进行热量交换，废气通过烟囱（11）排入大气，产生的300~350℃、0.5~1MPa的过热蒸汽以补汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机（10），与主蒸汽共同驱动补汽凝汽式汽轮机（10）发电，其中第二螺杆膨胀机（23）拖动第二风机（24），使从烧结矿立式冷却装置低温出风室（28）出来的

150~200℃的低温废气与从双进气双压余热锅炉（20）出来的气体混合后鼓入烧结矿立式冷却装置进风室（27），继续与烧结矿立式冷却装置（1）内的热烧结矿进行热量交换，实现余热梯级利用；从烧结矿立式冷却装置低温出风室（28）出来的150~200℃的低温废气经除尘器（26）与从双进气双压余热锅炉（20）出来的气体相互混合后，与从冷风进口阀（21）通入的冷风混合，达到烧结矿立式冷却装置（1）进风温度范围，再经第二风机（24）增压后，根据烧结矿立式冷却装置（1）流量要求，通过调节放散阀（25）放散部分废气，最后进入烧结矿立式冷却装置（1）与热烧结矿进行热量交换，从第一螺杆膨胀机（8）、第二螺杆膨胀机（23）和补汽凝汽式汽轮机（10）排出的乏汽经冷凝器（13）冷凝后，在第一水泵（14）的作用下泵入除氧器（17），经除氧器（17）除氧后再通过第四水泵（18）、第五水泵（19）分别给热管余热锅炉（9）和双进气双压余热锅炉（20）供水，正常情况下第一风机（7）、第二风机（24）由第一螺杆膨胀机（8）、第二螺杆膨胀机（23）拖动，当第一风机（7）、第二风机（24）出现故障时，第一电动风机（6）、第二电动风机（22）将进行工作。

说明书

一种采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统及其方法，特别是同时高效回收烧结机主烟道烟气余热和烧结矿立式冷却装置废气余热的一种方法及装置，属高温颗粒余热回收利用设备及技术领域。

背景技术

[0002] 钢铁产业是国家的重要基础工业和国民经济的支柱产业。目前，我国钢铁产业发展迅速，成就巨大，但是我国钢铁产业高速发展的同时，能源高耗问题严重，钢铁产业节能形势异常严峻。

[0003] 中国钢铁行业的工序主要包括焦化、烧结、球团、炼铁、转炉、电炉和轧钢。烧结工序能耗约占钢铁生产总能耗的11%，降低烧结能耗对于提高钢铁企业的经济效益具有重要意义。随着烧结工艺流程的不断优化，烧结余热的回收利用已成为降低烧结能耗的有力措施之一。烧结过程有两部分余热可回收利用，分别是烧结机风箱内的烟气余热回收和烧结终了时热成品矿的显热回收。回收利用这两部分热量是烧结工序节能的重要环节，对烧结生产节能增效、降低成本起着重大的作用。

[0004] 目前，我国烧结工序节能中对烧结机风箱内的烟气余热回收利用率较低，广泛应用的回收热成品矿显热的环式冷却机又存在漏风率高等缺陷，而国家专利“用于烧结余热发电系统的立式螺旋叉流冷却换热装置及其方法”（专利号201410280340.4）中公开的烧结矿立式冷却装置不仅消除了设备的漏风，而且能实现余热梯级利用，提高余热回收率。

[0005] 在烧结余热利用过程中，一般将余热通过汽轮机发电，但汽轮机对蒸汽品质要求较高，烧结余热产生的蒸汽很难完全达到要求，致使汽轮机发电效率不高。为了克服此缺陷，本系统通过引入对蒸汽工作品质要求不高(250℃以下、1.5MPa以下)的螺杆膨胀机与补汽凝汽式汽轮机共同工作，综合利用品质不同的蒸汽，从而大幅度提高能量利用效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统及其方法。

[0007] 本发明通过以下技术方案来实现：

[0008] 螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统包括烧结矿立式冷却装置、烧结机、风箱、主烟道、除尘器、第一电动风机、第一风机、第一螺杆膨胀机、热管余热锅炉、补汽凝汽式汽轮机、烟囱、发电机、冷凝器、第一水泵、第二水泵、第三水泵、除氧器、第四水泵、第五水泵、双进气双压余热锅炉、冷风进气阀、第二电动风机、第二螺杆膨胀机、第二风机、放散阀、除尘器、烧结矿立式冷却装置进风室、烧结矿立式冷却装置低温出风室、烧结矿立式冷却装置中温出风室、烧结矿立式冷却装置高温出风室。

[0009] 烧结矿立式冷却装置高温出风室、除尘器、双进气双压余热锅炉、补汽凝汽式汽轮机、发电机顺次相连，烧结矿立式冷却装置中温出风室、除尘器、双进气双压余热锅炉、第二螺杆膨胀机、第三水泵、冷凝器、第一水泵、除氧器顺次相连，除氧器出口分成两路，一路经第五水泵与双进气双压余热锅炉的冷水进口相连，另一路经第四水泵、热管余热锅炉、补汽凝汽式汽轮机补汽进口顺次相连，烧结机内设有风箱，风箱、主烟道、除尘器顺次相连，除尘器分别与第一电动风机入口、第一风机入口相连，第一电动风机出口、第一风机出口分别经热管余热锅炉与烟囱相连，第一螺杆膨胀机与第一风机相连，第二螺杆膨胀机与第二风机相连，烧结矿立式冷却装置低温出风室经除尘器分别与双进气双压余热锅炉废气出口、冷风进气阀、第二电动风机入口、第二风机入口相连，第二电动风机出口、第二风机出口经放散阀与烧结矿立式冷却装置进风室相连，补汽凝汽式汽轮机较低压蒸汽出口与除氧器蒸汽入口相连，双进气双压余热锅炉中压蒸汽出口、第一螺杆膨胀机、第二水泵、冷凝器顺次相连。

[0010] 螺杆膨胀机拖动烧结余热发电方法是：烧结矿立式冷却装置回收的450~500℃的高温废气和300~350℃的中温废气经除尘器分别通入双进气双压余热锅炉，产生400~450℃、1~2MPa的过热蒸汽以主蒸汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机，产生200~250℃、
0.5~1MPa的过热蒸汽分别通入第一螺杆膨胀机与第二螺杆膨胀机，其中第一螺杆膨胀机拖动第一风机，使烧结机主烟道的400~450℃的高温烟气经除尘器后引入热管余热锅炉与冷却水进行热量交换，废气通过烟囱排入大气，产生的300~350℃、0.5~1MPa的过热蒸汽以补汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机，与主蒸汽共同驱动补汽凝汽式汽轮机发电，其中第二螺杆膨胀机拖动第二风机，使从烧结矿立式冷却装置低温出风室出来的150~200℃的低温废气与从双进气双压余热锅炉出来的气体混合后鼓入烧结矿立式冷却装置进风室，继续与烧结矿立式冷却装置内的热烧结矿进行热量交换，实现余热梯级利用；从烧结矿立式冷却装置低温出风室出来的150~200℃的低温废气经除尘器与从双进气双压余热锅炉出来的气体相互混合后，与从冷风进口阀通入的冷风混合，达到烧结矿立式冷却装置进风温度范围，再经第二风机增压后，根据烧结矿立式冷却装置流量要求，通过调节放散阀放散部分废气，最后进入烧结矿立式冷却装置本体与热烧结矿进行热量交换。从第一螺杆膨胀机、第二螺杆膨胀机和补汽凝汽式汽轮机排出的乏汽经冷凝器冷凝后，在第一水泵的作用下泵入除氧器，经除氧器除氧后再通过第四水泵、第五水泵分别给热管余热锅炉和双进气双压余热锅炉供水。正常情况下第一风机、第二风机由第一螺杆膨胀机、第二螺杆膨胀机拖动，当第一风机、第二风机出现故障时，第一电动风机、第二电动风机将进行工作。

[0011] 本发明通过采用余热梯级利用的方法，将烧结矿立式冷却装置回收的高温废气、中温废气与低温废气进行分级利用，其中高温废气、中温废气通过双进气双压余热锅炉产生过热蒸汽进行余热回收；烧结机主烟道的烟气通过热管余热锅炉产生过热蒸汽进行余热回收。由于转化的蒸汽品质不同，对高压高温过热蒸汽，通过补汽凝汽式汽轮机进行发电，而对中温中压的过热蒸汽通过螺杆膨胀机，用来拖动整套烧结余热发电系统。采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统，不仅很好利用了高温废气的余热余能，而且使中温中压废气也能进行热量回收利用，大大提高了烧结余热回收利用率，节约了电能。

附图说明

[0012] 图1是采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统结构示意图。

具体实施方式

[0013] 如图1所示，螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统包括烧结矿立式冷却装置1、烧结机2、风箱3、主烟道4、除尘器5、第一电动风机6、第一风机7、第一螺杆膨胀机8、热管余热锅炉9、补汽凝汽式汽轮机10、烟囱11、发电机12、冷凝器13、第一水泵14、第二水泵15、第三水泵16、除氧器17、第四水泵18、第五水泵19、双进气双压余热锅炉20、冷风进气阀21、第二电动风机22、第二螺杆膨胀机23、第二风机24、放散阀25、除尘器26、烧结矿立式冷却装置进风室27、烧结矿立式冷却装置低温出风室28、烧结矿立式冷却装置中温出风室29、烧结矿立式冷却装置高温出风室30。

[0014] 烧结矿立式冷却装置高温出风室30、除尘器26、双进气双压余热锅炉20、补汽凝汽式汽轮机10、发电机12顺次相连，烧结矿立式冷却装置中温出风室29、除尘器26、双进气双压余热锅炉20、第二螺杆膨胀机23、第三水泵16、冷凝器13、第一水泵14、除氧器17顺次相连，除氧器出口分成两路，一路经第五水泵19与双进气双压余热锅炉20的冷水进口相连，另一路经第四水泵18、热管余热锅炉9、补汽凝汽式汽轮机10补汽进口顺次相连，烧结机2内设有风箱3，风箱3、主烟道4、除尘器5顺次相连，除尘器5分别与第一电动风机6入口、第一风机7入口相连，第一电动风机6出口、第一风机7出口分别经热管余热锅炉9与烟囱11相连，第一螺杆膨胀机8与第一风机7相连，第二螺杆膨胀机23与第二风机24相连，烧结矿立式冷却装置低温出风室28经除尘器26分别与双进气双压余热锅炉20废气出口、冷风进气阀21、第二电动风机22入口、第二风机24入口相连，第二电动风机22出口、第二风机24出口经放散阀25与烧结矿立式冷却装置进风室27相连，补汽凝汽式汽轮机10较低压蒸汽出口与除氧器17蒸汽入口相连，双进气双压余热锅炉20中压蒸汽出口、第一螺杆膨胀机8、第二水泵15、冷凝器13顺次相连。

[0015] 螺杆膨胀机拖动烧结余热发电方法是：烧结矿立式冷却装置1回收的450~500℃的高温废气和300~350℃的中温废气经除尘器26分别通入双进气双压余热锅炉20，产生400~450℃、1~2MPa的过热蒸汽以主蒸汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机10，产生200~250℃、0.5~1MPa的过热蒸汽分别通入第一螺杆膨胀机8与第二螺杆膨胀机23，其中第一螺杆膨胀机8拖动第一风机7，使烧结机主烟道4的400~450℃的高温烟气经除尘器5后引入热管余热锅炉9与冷却水进行热量交换，废气通过烟囱11排入大气，产生的
300~350℃、0.5~1MPa的过热蒸汽以补汽的形式进入补汽凝汽式汽轮机10，与主蒸汽共同驱动补汽凝汽式汽轮机10发电，其中第二螺杆膨胀机23拖动第二风机24，使从烧结矿立式冷却装置低温出风室28出来的150~200℃的低温废气与从双进气双压余热锅炉20出来的气体混合后鼓入烧结矿立式冷却装置进风室27，继续与烧结矿立式冷却装置1内的热烧结矿进行热量交换，实现余热梯级利用；从烧结矿立式冷却装置低温出风室28出来的
150~200℃的低温废气经除尘器26与从双进气双压余热锅炉20出来的气体相互混合后，与从冷风进口阀21通入的冷风混合，达到烧结矿立式冷却装置1进风温度范围，再经第二风机24增压后，根据烧结矿立式冷却装置1流量要求，通过调节放散阀25放散部分废气，最后进入烧结矿立式冷却装置1与热烧结矿进行热量交换。从第一螺杆膨胀机8、第二螺杆膨胀机23和补汽凝汽式汽轮机10排出的乏汽经冷凝器13冷凝后，在第一水泵14的作用下泵入除氧器17，经除氧器17除氧后再通过第四水泵18、第五水泵19分别给热管余热锅炉
9和双进气双压余热锅炉20供水。正常情况下第一风机7、第二风机24由第一螺杆膨胀机
8、第二螺杆膨胀机23拖动，当第一风机7、第二风机24出现故障时，第一电动风机6、第二电动风机22将进行工作。

[0016] 本发明利用余热梯级利用的方法，将烧结矿立式冷却装置和烧结机产生的余热余能通过采用螺杆膨胀机拖动烧结余热发电系统进行余热回收，不仅很好利用了高温废气的余热余能，而且采用螺杆膨胀机使中低温废气也能进行热量回收，大大提高了烧结余热回收利用率，节约了电能，有效促进了节能减排。