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一种低温型有机 朗肯循环 钢 铁厂烧结余热发电装置

阅读：1017发布：2020-08-18

专利汇可以提供一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，包括依次连接成环的储液箱、工质泵、余热回收装置、热功转换机械和冷凝器，所述余热回收装置包括并联的烧结机锅炉余热回收装置和冷却机锅炉余热回收装置;所述烧结机炉余热回收装置包括第一蒸发器和依次连接的第一预热器、第一气包，第一蒸发器进口和出口均与第一气包连接;所述冷却机锅炉余热回收装置包括第二蒸发器和依次连接的第二预热器、第二气包，第二蒸发器进口和出口均与第二气包连接。该低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，不仅能够利用烧结生产时冷却机的排气显热，而且还能利用烧结机主排烟气的显热，提高了烧结工艺的余热回收率，具有节能、经济效益好的特点。，下面是一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：包括依次连接成环的储液箱（3）、工质泵（4）、余热回收装置、热功转换机械（5）和冷凝器（6），所述余热回收装置包括并联的烧结机锅炉余热回收装置（1）和冷却机锅炉余热回收装置（2）；所述烧结机炉余热回收装置（1）包括第一蒸发器（13）和依次连接的第一预热器（11）、第一气包（12），第一蒸发器（13）进口和出口均与第一气包（12）连接；所述冷却机锅炉余热回收装置（2）包括第二蒸发器（23）和依次连接的第二预热器（21）、第二气包（22），第二蒸发器（23）进口和出口均与第二气包（23）连接。
2.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：还包括第一流量控制阀（14）和第二流量控制阀（24）；所述第一流量控制阀（14）设于工质泵（4）和第一预热器（11）之间；所述第二流量控制阀（24）设于工质泵（4）热功转换机械（5）之间。
3.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：还包括第一调压阀（15）和第二调压阀（25）；所述第一调压阀（15）设于第一气包（12）和热功转换机械（5）之间；所述第二调压阀（25）设于第二气包（22）和热功转换机械（5）之间。
4.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述第一蒸发器（13）和第二蒸发器（23）的蒸发温度均为30℃-100℃。
5.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述低温型有机朗肯循环发电装置（2）采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的单一或混合工质作为循环工质。
6.根据权利要求5所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述工质选自丙烷和二氧化碳中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述冷凝器（25）为水冷装置或风冷装置。
8.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述的热功动力转换机械（24）为汽轮机或膨胀机。
9.根据权利要求8所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。
10.根据权利要求1所述的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，其特征在于：还包括发电机（9），所述发电机（9）与热功转换机械（5）连接。

说明书全文

一种低温型有机朗肯循环 钢 铁厂烧结余热发电装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于工业余热发电领域，特别涉及一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置。

背景技术

[0002] 中国目前是全球最大的钢铁生产国，钢铁产量已连续16年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。钢铁工业也是重点的耗能大户，钢铁行业能耗约占全国总能耗的15%。目前钢铁行业有近1000多家钢铁厂，2012年全国粗钢产量7.2亿吨，消耗一次能源（标准煤）5.8亿吨，同时消耗电力5364亿度，钢铁行业的电力消耗占全国发电总量的10％左右。
钢铁工业中余热资源约占37%，节能空间巨大。

[0003] 钢铁生产主要以高温冶炼、加工工艺为主，工艺流程长、工序多，生产过程中产生大量低温余热能源，主要包括烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热等，各种余热资源约占全部生产能耗的68%；这表明了在目前钢铁生产过程中2/3以上的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗的。

[0004] 在钢铁生产中，炼铁工序的能耗占总能耗的69.41%，而烧结工序能耗约占总能耗的9-12%，仅次于炼铁工序。烧结工艺余热资源主要有两大部分：1）占烧结过程总热量约45%的烧结矿显热，在冷却机高温段废气温度约为350-420℃；2）占总热量约24%的烧结烟气显热，烧结机所产生的烟气分为高低烟温段，在烧结机尾风箱高温段排出的废气温度为
300-380℃。在烧结生产过程中，有50%左右的热能以冷却机废气和烧结烟气的显热形式排入大气。由于烧结烟气余热的品位较低，回收较困难，有待进一步的商业开发及利用。目前我国烧结工序余热回收利用率尚不足30%，从而使钢铁行业烧结工序余热发电能力未能得到充分的利用和发挥，造成大量的余热浪费。
实用新型内容

[0005] 实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，以解决现有的钢铁厂烧结工艺余热发电装置仅能回收冷却机冷却废气高温部分余热，而烧结机机尾的高温烟气则与烧结机前部的低温烟气在大烟道内直接混合而放空，大量排烟余热未被充分利用的问题。

[0006] 技术方案：本实用新型提供的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，包括依次连接成环的储液箱、工质泵、余热回收装置、热功转换机械和冷凝器，所述余热回收装置包括并联的烧结机锅炉余热回收装置和冷却机锅炉余热回收装置；所述烧结机炉余热回收装置包括第一蒸发器和依次连接的第一预热器、第一气包，第一蒸发器进口和出口均与第一气包连接；所述冷却机锅炉余热回收装置包括第二蒸发器和依次连接的第二预热器、第二气包，第二蒸发器进口和出口均与第二气包连接。

[0007] 作为改进，还包括第一流量控制阀和第二流量控制阀；所述第一流量控制阀设于工质泵和第一预热器之间；所述第二流量控制阀设于工质泵热功转换机械之间。

[0008] 作为另一种改进，还包括第一调压阀和第二调压阀；所述第一调压阀设于第一气包和热功转换机械之间；所述第二调压阀设于第二气包和热功转换机械之间。

[0009] 作为优选，所述第一蒸发器和第二蒸发器的蒸发温度均为30℃-100℃。

[0010] 作为另一种优选，所述低温型有机朗肯循环发电装置采用临界温度100℃以下、沸点在-40℃以下的单一或混合工质作为循环工质。

[0011] 作为进一步优选，所述工质选自丙烷和二氧化碳中的一种或两种。

[0012] 作为另一种优选，所述冷凝器为水冷装置或风冷装置。

[0013] 作为另一种优选，所述的热功动力转换机械为汽轮机或膨胀机。

[0014] 作为进一步优选，所述膨胀机为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机或活塞式膨胀机。

[0015] 作为另一种优选，还包括发电机，所述发电机与热功转换机械连接。

[0016] 有益效果：本实用新型提供的一种低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，不仅能够利用烧结生产时冷却机的排气显热，而且还能利用烧结机主排烟气的显热，提高了烧结工艺的余热回收率，从而能够使余热发电装置的发电能力提高80%以上，具有节能、环保、经济效益好的特点，具有显著的经济效益和节能减排的社会效益。附图说明

[0017] 图1为本实用新型低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于所述内容。

[0019] 低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电装置，见图1，包括发电机9和依次连接成环的储液箱3、工质泵4、余热回收装置、热功转换机械5、冷凝器6，余热回收装置包括并联的烧结机锅炉余热回收装置1和冷却机锅炉余热回收装置2；发电机9和热功转换机械5连接。

[0020] 烧结机炉余热回收装置1包括第一蒸发器13和依次连接的第一流量控制阀14、第一预热器11、第一气包12、第一调压阀15，第一蒸发器13进口和出口均与第一气包12连接。

[0021] 冷却机锅炉余热回收装置2包括第二蒸发器23和依次连接的第二流量控制阀24、第二预热器21、第二气包22、第二调压阀25，第二蒸发器23进口和出口均与第二气包23连接。

[0022] 本实用新型中，第一蒸发器13和第二蒸发器23的蒸发温度通过工质的选择和设计控制在30℃-100℃之间的低温区域。

[0023] 热功转换机械5为汽轮机；可选地，也可以选择任意合适的热功转换机械；优选地，可选用汽轮机或膨胀机，其中，膨胀机包括但不限于涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机和活塞式膨胀机。

[0024] 本实用新型设备的工作原理是:

[0025] 使用时，在烧结机7的尾部高温段大烟道与其前部低温段大烟道之间连接烧结机余热锅炉71，用于回收烧结机7尾部烟气余热；在冷却机8高温废气出口上连接冷却机余热锅炉81。

[0026] 将第一预热器11和第一蒸发器13设于烧结机烟气余热锅炉71内，将第二预热器21和第二蒸发器23设于冷却机余热锅炉81内。

[0027] 工质被工质泵4从工质罐3中分别输送至烧结机锅炉余热回收装置1和冷却机锅炉余热回收装置2内，在第一预热器11、第一蒸发器13、第二预热器21和第二蒸发器23中换热，收集烧结机余热锅炉71和冷却机余热锅炉81的热量，形成压力较高的蒸汽后，进入热功转换机械5中膨胀做工，带动发电机9发电，乏汽的工质进入冷凝器6中冷凝后回到工质罐3中，完成一次循环。

[0028] 将上述低温型有机朗肯循环钢铁厂烧结余热发电设备用于不同条件下循环发电。

[0029] 应用实例一，烧结机余热锅炉及和冷却机余热锅炉的蒸发器的蒸发温度均为100℃，冷凝器5的冷凝温度为30℃，采用丙烷作为循环工质，结果见表1。

[0030] 表1低温型有机朗肯循环（LTORC）烧结余热发电的效果

[0031]

[0032] 余热回收率的定义：余热可用于发电的部分的比率。

[0033] 由上表可知：

[0034] （1）热源温度需要达100℃以上，烧结机烟气余热及冷却机废气余热均可利用本设备发电。

[0035] （2）回收350℃的烧结机烟气余热，采用本实用新型设备，余热回收率高达74%-80%，效率15%。

[0036] （3）回收350℃的冷却机废气余热，采用本实用新型设备，余热回收率达78-82%，效率15%。

[0037] 应用实例二，烧结机余热锅炉及和冷却机余热锅炉的蒸发器的蒸发温度均为80℃，冷凝器5冷凝温度为10℃，采用丙烷和二氧化碳的混合物作为循环工质，结果见表2。

[0038] 表2低温型有机朗肯循环（LTORC）余热发电的效果

[0039]

[0040] 由上表可知：

[0041] （1）热源温度要达80℃以上，烧结机烟气余热及冷却机废气余热均可利用本设备发电。

[0042] （2）回收350℃的烧结机烟气余热，采用本实例，余热回收率高达81%-85%，效率15%。

[0043] （3）回收350℃的冷却机废气余热，采用本实例，余热回收率高达84-87%，效率15%。

[0044] 应用实例三，烧结机余热锅炉及和冷却机余热锅炉的蒸发器的蒸发温度均为70℃，冷凝器5的冷凝温度为0℃，采用二氧化碳作为循环工质，适合于寒冷的北方地区。结果见表3。

[0045] 表3低温型有机朗肯循环（LTORC）余热发电的效果

[0046]

[0047] 由上表可知：

[0048] （1）热源温度只要达70℃以上，烧结机烟气余热及冷却机废气余热均可利用本设备发电。

[0049] （2）回收350℃的烧结机烟气余热，采用本实例，余热回收高率达85%-88%，效率15%。

[0050] （3）回收350℃的冷却机废气余热，采用本实例，余热回收率高达87-89%，效率15%。

[0051] 应用实例四，烧结机余热锅炉及和冷却机余热锅炉的蒸发器的蒸发温度均为30℃，冷凝器5的冷凝温度为0℃，采用二氧化碳作为循环工质，适合于寒冷的北方地区。结果见表4。

[0052] 表4低温型有机朗肯循环（LTORC）余热发电的效果

[0053]

[0054] 由上表可知：

[0055] （1）热源温度只要达30℃以上，烧结机烟气余热及冷却机废气余热均可利用本设备发电。

[0056] （2）回收350℃的烧结机烟气余热，采用本实例，余热回收高率达100%，效率10%。

[0057] （3）回收350℃的冷却机废气余热，采用本实例，余热回收率高达100%，效率10%。

[0058] 以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，除此之外的温度范围，可根据余热的温度的高低对工质进行设计，调整各组分的比例，以达到最高的热功转换效率及热回收率。

[0059] 实例中采用工质的比较及建议适用的余热温度如表5。

[0060] 表5低温型有机朗肯循工质的特性

[0061]

[0062] 以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，除此之外，本实用新型还可以其他方式实现，在不脱离本实用新型构思及实用新型精神的前提下，任何显而易见的更改及替换均在本实用新型的保护范围之内。

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