基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法 |
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| 申请号 | CN202311773798.9 | 申请日 | 2023-12-21 | 公开(公告)号 | CN117870386A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 北京中冶设备研究设计总院有限公司; | 发明人 | 马跃; 果乃涛; 杨鹏翔; 刘江; 马赛; 李晓雨; 王慧霞; 陈玉海; 周志强; 杨飞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法，其中方法包括将低温熔盐存储装置中的低温熔盐输入至设置在电炉余热 锅炉 入口空腔内的熔盐烟气换热器中；通过输入至所述电炉 余热锅炉 的电炉烟气对所述熔盐烟气换热器中的低温熔盐加热形成高温熔盐，并将所述高温熔盐传输至高温熔盐存储装置；将所述高温熔盐存储装置的高温熔盐输入至熔盐 蒸汽 过热 装置中；通过所述高温熔盐对输入到所述熔盐蒸汽过热装置的 饱和蒸汽 进行加热，形成 过热蒸汽 。利用本发明，能够解决电炉余热利用的间歇性、 波动 性及蒸汽品质参差的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于熔盐储热的电炉余热回收系统，包括熔盐烟气换热器、熔盐蒸汽过热装置、熔盐存储装置以及蒸汽蓄热器，所述熔盐存储装置包括低温熔盐存储装置和高温熔盐存储装置，其中， |
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| 说明书全文 | 基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及电炉余热利用技术领域，更为具体地，涉及一种基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法。 背景技术[0002] 电炉在使用过程中，电炉烟气量存在周期性的波动，烟气温度也随冶炼周期的不同而变化。电炉烟气量的大小与冶炼工艺中铁水的兑入量、吹氧量等密切相关。高温含尘烟 气携带的热量约为电炉输入总能量的11％，有的甚至高达20％。这些高温烟气不仅带走大 量的热，还给电炉的除尘系统带来了巨大的负担。如何将这部分高温烟气中的显热充分地 回收，变“废”为宝，使之转化为热能，具有十分重要的意义。 [0003] 目前，国内电炉余热回收方式主要利用电炉高温烟气通过余热锅炉进行换热，产生饱和蒸汽用于发电，传统余热锅炉工艺流程受烟气的波动性影响，生产的蒸汽的温度、压 力存在波动，无法实现连续生产过热蒸汽，只能产生间断性的低品质饱和蒸汽用于发电。饱 和蒸汽汽轮机组发电效率比较低，通常汽耗率在7‑8kg/Kwh，余热资源的热利用效率没有完 全挖掘。 [0004] 现有的电炉余热回收改造技术，在现有余热锅炉增加补燃口，当电炉烟气处于低温段时，通过燃烧煤气等燃料额外提供热量，将饱和蒸汽过热，达到连续产生过热蒸汽的目 的。此种技术可以达到产生过热蒸汽目的，但需要额外提供燃料燃烧提供能量，比传统技术 增加了燃料的消耗，并且产生额外的废烟气排放。 发明内容[0005] 鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法，以解决电炉余热利用的间歇性、波动性及蒸汽品质参差的问题。 [0007] 所述熔盐烟气换热器设置在电炉余热锅炉入口空腔内，所述高温熔盐存储装置设置在所述熔盐烟气换热器的下方，所述低温熔盐存储装置设置所述高温熔盐存储装置的下 方； [0008] 所述低温熔盐存储装置，用于存储低温熔盐； [0009] 所述熔盐烟气换热器，用于通过高温烟气将从所述低温熔盐存储装置输入的低温熔盐转换成高温熔盐； [0010] 所述高温熔盐存储装置，用于存储所述高温熔盐； [0011] 所述熔盐蒸汽过热装置，用于通过所述高温熔盐将饱和蒸汽转换成过热蒸汽； [0012] 所述蒸汽蓄热器，用于存储所述电炉余热锅炉产生的饱和蒸汽。 [0013] 此外，优选的方案是，所述高温熔盐存储装置与所述熔盐烟气换热器之间的距离大于2m； [0014] 所述低温熔盐存储装置与所述高温熔盐存储装置之间的距离大于0.5m。 [0015] 此外，优选的方案是，所述熔盐存储装置包括熔盐罐体和熔盐罐体保温结构，其中， [0016] 所述熔盐罐体保温结构包括罐壁保温层和设置在所述熔盐罐体底部的罐底保温基础，其中， [0018] 此外，优选的方案是，所述熔盐罐体保温结构包括钢筋混凝土基础、设置在所述钢筋混凝土基础内部的冷却管、设置在所述钢筋混凝土基础上方的耐火环墙、设置在所述耐 火环墙内部的泡沫玻璃层和隔热耐火层，其中， [0019] 所述泡沫玻璃层、所述隔热耐火层上下依次设置在所述耐火环墙形成的容纳空间内。 [0020] 此外，优选的方案是，所述熔盐存储装置还包括设置在所述熔盐罐体与所述熔盐罐体保温结构之间的电加热装置，其中， [0021] 所述电加热装置，用于对所述熔盐罐体的底部进行加热。 [0022] 此外，优选的方案是，还包括高温熔盐泵、低温熔盐泵，其中， [0023] 所述高温熔盐泵，用于将所述高温熔盐存储装置中的高温熔盐输送至所述熔盐蒸汽过热装置中； [0024] 所述低温熔盐泵，用于将所述低温熔盐存储装置的低温熔盐输送至所述熔盐烟气换热器中。 [0025] 本发明还提供一种基于熔盐储热的电炉余热回收方法，包括： [0026] S1：将低温熔盐存储装置中的低温熔盐输入至设置在电炉余热锅炉入口空腔内的熔盐烟气换热器中； [0027] S2：通过输入至所述电炉余热锅炉的电炉烟气对所述熔盐烟气换热器中的低温熔盐加热形成高温熔盐，并将所述高温熔盐传输至高温熔盐存储装置； [0028] S3：将所述高温熔盐存储装置的高温熔盐输入至熔盐蒸汽过热装置中； [0029] S4：通过所述高温熔盐对输入到所述熔盐蒸汽过热装置的饱和蒸汽进行加热，形成过热蒸汽。 [0030] 此外，优选的方案是，在步骤S2中，当所述电炉烟气对所述熔盐烟气换热器中的低温熔盐加热后，对加热后的熔盐温度进行检测； [0031] 当所述熔盐的温度低于480℃时，加热后的熔盐输入至所述低温熔盐存储装置； [0032] 当所述熔盐的温度大于500℃时，加热后的熔盐输入至所述高温熔盐存储装置。 [0033] 此外，优选的方案是，在步骤S4中，通过蒸汽蓄热器持续向所述熔盐蒸汽过热装置输入饱和蒸汽。 [0035] 1)通过熔盐蓄热方式，能够有效的解决电炉间歇性余热换热只能产生饱和蒸汽的问题。 [0036] 2)通过熔盐蓄热方式，可以将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，进行发电，大幅提高蒸汽发电效率，使电炉余热资源的热利用效率得到大幅度提升。 [0037] 3)通过熔盐蓄热技术，可将电炉余热发电蒸汽耗提高1‑2kg/Kwh，余热资源的热利用效率得到大幅度提升，发电量提高30％以上。 [0039] 为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明 旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。 附图说明[0041] 图1为本发明的实施例提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统结构示意图； [0042] 图2为本发明的实施例提供的熔盐储罐罐底基础示意图； [0043] 图3为本发明的实施例提供的基于熔盐储热的电炉余热回收方法流程示意图。 [0044] 附图标记：1、钢筋混凝土基础，2、冷却管，3、耐火环墙，4、泡沫玻璃，5、隔热耐火层，6、熔盐罐体，7、高温烟气沉降室，8、熔盐烟气换热装置，9、电炉余热锅炉，10、蒸汽蓄热 器，11、熔盐蒸汽过热装置，12、低温熔盐存储装置，13、高温熔盐存储装置。 [0045] 在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。 具体实施方式[0046] 在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。 在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。 [0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0048] 针对前述提出的电炉余热利用的间歇性、波动性及蒸汽品质参差的问题，本发明提出了一种基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法。 [0049] 以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。 [0050] 为了说明本发明提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统的结构，图1至图2分别从不同角度对基于熔盐储热的电炉余热回收系统的结构进行了示例性标示。具体地，图1为 本发明的实施例提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统结构示意图；图2为本发明的实 施例提供的熔盐储罐罐底基础示意图。 [0051] 如图1至图2共同所示，本发明提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统，包括熔盐烟气换热器8、熔盐蒸汽过热装置11、熔盐存储装置以及蒸汽蓄热器10，所述熔盐存储装 置包括低温熔盐存储装置12和高温熔盐存储装置13，其中，所述熔盐烟气换热器8设置在电 炉余热锅炉9入口空腔内，所述高温熔盐存储装置13设置在所述熔盐烟气换热器8的下方， 所述低温熔盐存储装置12设置所述高温熔盐存储装置13的下方；所述低温熔盐存储装置 12，用于存储低温熔盐；所述熔盐烟气换热器8，用于通过高温烟气将从所述低温熔盐存储 装置输入的低温熔盐转换成高温熔盐；所述高温熔盐存储装置13，用于存储所述高温熔盐； 所述熔盐蒸汽过热装置11，用于通过所述高温熔盐将饱和蒸汽转换成过热蒸汽；所述蒸汽 蓄热器10，用于存储所述电炉余热锅炉产生的饱和蒸汽。 [0052] 在本发明的实施例中，利用高温熔盐作为换热和储能的中间介质，利用熔盐中间介质实现蓄热和过热。对部分电炉高温烟气余热进行熔盐吸收，并进行存储，将烟气热源的 波动通过熔盐储热的方式变为可连续稳定输出的高温熔盐，实现蒸汽的连续过热。 [0053] 在本发明的实施例中，所述高温熔盐存储装置13与所述熔盐烟气换热器8之间的距离大于2m；所述低温熔盐存储装置12与所述高温熔盐存储装置13之间的距离大于0.5m。 [0054] 其中，所述熔盐存储装置包括熔盐罐体6和熔盐罐体保温结构，所述熔盐罐体保温结构包括罐壁保温层和设置在所述熔盐罐体底部的罐底保温基础，所述罐壁保温层采用矿 物棉保温层或者硅酸铝保温层，罐壁保温层厚度根据保温材料热物性和罐内熔盐温度确 定。所述罐底保温基础用于支撑所述熔盐罐体，并对所述熔盐罐体底部进行保温。 [0055] 在图2所示的实施例中，所述熔盐罐体保温结构包括钢筋混凝土基础1、设置在所述钢筋混凝土基础1内部的冷却管2、设置在所述钢筋混凝土基础1上方的耐火环墙3、设置 在所述耐火环墙3内部的泡沫玻璃层4和隔热耐火层5，其中，所述泡沫玻璃层4、所述隔热耐 火层5上下依次设置在所述耐火环墙形成的容纳空间内。 [0056] 其中，所述熔盐存储装置还包括设置在所述熔盐罐体6与所述熔盐罐体保温结构之间的电加热装置，所述电加热装置，用于对所述熔盐罐体6的底部进行加热。 [0057] 在本发明的基于熔盐储热的电炉余热回收系统还包括高温熔盐泵、低温熔盐泵，其中，所述高温熔盐泵，用于将所述高温熔盐存储装置中的高温熔盐输送至所述熔盐蒸汽 过热装置中；所述低温熔盐泵，用于将所述低温熔盐存储装置的低温熔盐输送至所述熔盐 烟气换热器中。 [0058] 此外，本发明提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统还包括设置在所述熔盐烟气换热器8、所述熔盐存储装置、所述熔盐蒸汽过热装置11之间的熔盐管道，在所述熔盐管 道上设置电伴热。所述熔盐烟气换热器8采用膜式壁形式的单片光管换热器，所述熔盐蒸汽 过热装置11采用管壳式换热器。在所述熔盐烟气换热器8的出口设置有温度传感器，所述温 度传感器用于检测所述熔盐烟气换热器的出口处的熔盐的温度。 [0059] 与上述系统相对应，本发明还提供一种基于熔盐储热的电炉余热回收方法，图3示出了根据本发明实施例的基于熔盐储热的电炉余热回收方法流程。 [0060] 如图3所示，本发明提供的基于熔盐储热的电炉余热回收方法，包括： [0061] S1：将低温熔盐存储装置中的低温熔盐输入至设置在电炉余热锅炉入口空腔内的熔盐烟气换热器中； [0062] S2：通过输入至所述电炉余热锅炉的电炉烟气对所述熔盐烟气换热器中的低温熔盐加热形成高温熔盐，并将所述高温熔盐传输至高温熔盐存储装置； [0063] S3：将所述高温熔盐存储装置的高温熔盐输入至熔盐蒸汽过热装置中； [0064] S4：通过所述高温熔盐对输入到所述熔盐蒸汽过热装置的饱和蒸汽进行加热，形成过热蒸汽。 [0065] 在步骤S2中，当所述电炉烟气对所述熔盐烟气换热器中的低温熔盐加热后，对加热后的熔盐温度进行检测；当所述熔盐的温度低于480℃时，加热后的熔盐输入至所述低温 熔盐存储装置；当所述熔盐的温度大于500℃时，加热后的熔盐输入至所述高温熔盐存储装 置。在步骤S4中，通过蒸汽蓄热器持续向所述熔盐蒸汽过热装置输入饱和蒸汽。 [0066] 在本发明的图1所示的实施例中，基于熔盐储热的电炉余热回收方法包括两个工艺流程分别为熔盐蓄热工艺流程和熔盐蒸汽过热工艺流程。 [0067] (1)熔盐蓄热工艺流程： [0068] 低温熔盐存储装置中的熔盐(可以设计为温度300℃±20℃)，经低温熔盐泵输送至熔盐烟气换热器中，熔盐烟气换热器壁挂布置在电炉余热锅炉入口空腔内，经过高温烟 气沉降室7处理后的高温烟气(可利用有效高温烟气温度需≥650℃)通过熔盐烟气换热器 辐射换热，加热管内的低温熔盐由温度300℃±20℃升至500℃，高温熔盐进入高温熔盐存 储装置进行存储。 [0069] 熔盐从低温熔盐存储装置输送至熔盐烟气换热器中，如果熔盐烟气换热器出口熔盐温度低于480℃，系统自动开启旁路，熔盐不进入高温熔盐存储装置，回流至低温熔盐存 储装置中，进行自循环，至熔盐烟气换热器出口温度达标后再送出熔盐至高温熔盐存储装 置中。 [0070] 其中，高温熔盐存储装置的罐顶在熔盐烟气换热器下方2m高度，尤其低温熔盐存储装置，布置在所有熔盐管道最低点的下方，在系统停运时，可保障全部管道及设备内熔盐 回流至熔盐储罐，熔盐管道设置电伴热并设计合理坡度流向熔盐存储装置，系统不会积存 熔盐。 [0071] 其中，系统所需熔盐在首次运行时一次性加入，熔盐在系统中循环往复，基本无损耗，无需补充。 [0072] 熔盐系统首次运行或长时间检修后重新启动时，由专业的化盐单位对低温熔盐存储装置内固体熔盐进行融化，当低温熔盐存储装置内的熔盐被加热(约290℃)到适宜的黏 度后，利用低温熔盐泵，将低温熔盐输送至系统进行换热的循环往复。 [0073] 正常情况下，熔盐存储装置的罐内熔盐自然冷却每天温度降低不超过1℃；在熔盐储罐底部设置电加热设备，用于短时停机时，保持罐内熔盐温度；正常运行时熔盐储罐内为 微负压状态，顶部设置有排气管，用于熔盐进水事故状态时蒸汽外排，保证系统安全。 [0074] (2)熔盐‑蒸汽过热流程： [0075] 熔盐蒸汽过热装置采用管‑壳式换热器型式，高温熔盐经高温熔盐泵输送至熔盐蒸汽过热装置，在管壳式过热器内与饱和蒸汽进行换热，降温至300℃进入低温熔盐存储装 置。蒸汽在管内流动，熔盐在壳内流动。电炉余热锅炉生产的饱和蒸汽经蓄热器后调整为连 续稳定的低参数饱和蒸汽，饱和蒸汽进入熔盐蒸汽过热器中，与高温熔盐进行换热，过热至 300℃，再通过管网进入汽轮发电机组做功。 [0076] 其中，在吹炼期，利用900℃～650℃区间部分烟气的热量来加热低温熔盐存储装置流出的熔盐，加热后熔盐进入高温熔盐存储装置储存，部分熔盐进入蒸汽过热器进行换 热；非吹炼期时，高温熔盐存储装置中熔盐进入蒸汽过热器换热后，进入低温熔盐存储装置 储存。下一个吹炼期，低温熔盐存储装置中熔盐再次流出和烟气换热，周而复始，实现蒸汽 过热的连续性。 [0077] 由上述本发明提供的具体实施方式可知，本发明提供的基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法，通过熔盐蓄热方式，能够有效的解决电炉间歇性余热换热只能产生饱和 蒸汽的问题；可以将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，进行发电，大幅提高蒸汽发电效率，使电炉 余热资源的热利用效率得到大幅度提升；可将电炉余热发电蒸汽耗提高1‑2kg/Kwh，余热资 源的热利用效率得到大幅度提升，发电量提高30％以上。熔盐蓄热方式为无燃料饱和蒸汽 过热发电技术，熔盐介质为一次性投资，整个运行期间不需要再补充熔盐，运行成本低，不 产生额外的能源消耗及额外的烟气排放。 [0078] 如上参照图1至图3以示例的方式描述根据本发明的基于熔盐储热的电炉余热回收系统及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于熔盐储热的 电炉余热回收系统及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发 明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。 |
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