專利名稱：提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法，特別是一種通過將
燒結余熱發電系統與常規高爐煤氣發電系統熱力循環耦合來提高燒結余熱發電系統熱力 循環質量的方法。
背景技術：
目前，公知的燒結余熱發電系統均采用純低溫余熱發電熱力循環方式，純低溫余 熱發電系統是以燒結廢氣為單一熱源將水加熱成蒸汽推動汽輪機做功的熱力循環方式。由 于燒結余熱具有溫度低、波動性大的特點，所以，與常規的火力發電系統熱力循環相比，燒 結純低溫余熱發電系統的熱力循環的質量要低很多，主要表現在以下幾方面
1.燒結純低溫余熱發電熱力循環效率較低。
公知燒結余熱發電系統的熱源是燒結礦冷卻廢氣(熱空氣)，燒結純低溫余熱發
電熱力循環采用的是復雜朗肯循環，其循環效率低下的原因有以下三方面
(1)主蒸汽溫度較低。 燒結礦冷卻廢氣溫度較低，平均溫度一般只有320°C _360°C，由于余熱鍋爐的 熱端溫差(入爐廢氣溫度與主蒸汽溫度之差)水平影響余熱鍋爐造價及發電系統穩定 性，所以，余熱鍋爐的熱端溫差不能過小，在公知的燒結余熱發電系統中，余熱鍋爐的熱端 溫差一般在25°C _301:之間，考慮風道散熱，主蒸汽溫度一般比燒結礦冷卻廢氣溫度低 30°C -40°C。 (2)主蒸汽壓力較低。 與火力發電熱力循環不同，在純低溫余熱發電熱力循環中，由于主汽壓力升高會 導致主汽量下降，所以主汽壓力升高并不總是使系統的發電量增加，而是存在一個最佳主 汽壓力，使系統發電量最大。該最佳主汽壓力可以通過熱力參數優化求得，大量優化實踐表 明，燒結純低溫余熱發電系統的最佳主汽壓力均在次中壓范圍之內。
(3)副蒸汽參數較低。 目前，國內燒結純低溫余熱發電熱力循環的副汽壓力一般在0. IMpa-O. 45Mpa之 間。 根據工程熱力學基本原理，蒸汽參數的高低是決定熱力循環效率的主要因素，由 于燒結純低溫余熱發電系統的主、副汽參數均很低，其熱力循環的基本郎肯循環效率只有 25% -30%，由于蒸汽參數降低可以同時導致蒸汽在汽輪機內做功過程的不可逆損失率加 大，燒結純低溫余熱發電熱力循環的實際循環效率只有20% _25%，比火力發電系統的實 際循環效率低15%左右。 (2)燒結純低溫余熱發電熱力循環對燒結余熱的利用率較低 在公知的燒結余熱發電系統中，進入余熱鍋爐的廢氣溫度 一 般為 310°C -350°C (考慮煙道散熱)，余熱鍋爐的排煙溫度一般為16(TC左右，由于排煙帶走的熱 量并未進入熱力循環，所以熱力循環對燒結余熱的利用率只有45-60%。
(3)燒結純低溫余熱發電熱力循環穩定性較差 由于燒結原料及燒結工藝會隨著生產狀況發生變化，進入燒結冷卻機的燒結礦流 量、粒度、溫度、燒結礦料層的厚度會有較大幅度的變化，加上環境溫度的變化，可以導致燒 結礦冷卻廢氣參數發生大幅度波動，根據實際測試結果，燒結礦冷卻廢氣溫度波動幅度可 達50%以上，廢氣流量的波動幅度也在30%_40%之間。眾所周知，燒結余熱發電系統的設 計是按廢氣的平均參數設計的，廢氣參數的波動幅度超過一定值時，將導致余熱鍋爐主蒸 汽參數的波動幅度超過汽輪機允許值而影響發電機組安全，從而導致機組非正常停機，副 汽參數的波動超過一定值時，將影響汽輪機的正常補汽，嚴重時導致補汽系統失效。燒結余 熱發電系統的運行實踐表明，燒結純低溫余熱發電系統的停機率、尤其是補汽系統的失效 率過高是目前燒結純低溫余熱發電技術面臨的主要問題。 根據上面論述，燒結低溫余熱發電系統的實際循環效率約為20% _25%，對燒結 余熱的利用率約為45-60%，由此可知，燒結余熱發電系統的理論綜合熱電轉換效率一般不 超過18 % ，考慮燒結余熱發電系統在實際運行中的停機率、補汽系統失效率較高，所以燒結 純低溫余熱發電系統實際綜合熱電轉換效率還會降低，因此，公知的燒結余熱發電系統的 熱力循環質量較差，要提高燒結余熱發電系統的經濟性必須提高熱力循環的質量。本發明 提供了一種與公知燒結余熱發電熱力循環完全不同的熱力循環工藝，可以大幅度提高燒結 余熱發電系統的熱力循環質量，最終大幅度提高燒結余熱動力回收系統的經濟性。

發明內容
本發明是為解決已有技術之缺陷而提供的一種將燒結余熱發電熱力循環與常規
高爐煤氣發電熱力循環進行科學耦合，可以大幅度提高燒結余熱在發電過程中的熱力循環
質量及燒結余熱熱電轉換效率的方法。 本發明解決上述問題采用以下技術方案 —種提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法，包括燒結余熱發電熱力循環與
常規高爐煤氣發電熱力循環，將燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環耦合
在一起，余熱鍋爐作為高爐煤氣鍋爐的外置式省煤器，余熱鍋爐產生的飽和水與高爐煤氣
鍋爐內置省煤器產生的熱水混合后直接送入高爐煤氣鍋爐的汽包中，混合水在高爐煤氣鍋
爐中完成蒸發、過熱，并進入汽輪機做功，余熱鍋爐的排煙分成兩部分，一部分進行廢氣循
環，回入燒結冷卻機的鼓風機中，另一部分則進入高爐煤氣鍋爐中為燃料燃燒助燃。 本發明與公知燒結余熱發電熱力循環相比，具有如下技術優勢 (1)大幅度提高燒結余熱的熱電轉換效率。 在本發明系統中，熱力循環耦合后，余熱熱力循環效率與高爐煤氣發電系統的循 環效率相同， 一般可以達到33 %左右，由于聯合發電系統對燒結余熱的利用率為100 % ，考 慮余熱系統散熱損失3%后，在發明系統中，燒結余熱的熱電轉換效率可達32%，比公知燒 結余熱發電系統熱電轉換效率提高14%左右。該提高率尚未考慮發明系統穩定性提高導致 的熱電轉換效率的提高。
(2)大幅度提高燒結余熱發電循環的穩定性。 在本發明中，由于將燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環進行了 科學耦合，加熱循環工質的熱源包括燒結余熱及高爐煤氣燃燒放出的熱量兩部分，所以當燒結余熱參數發生變化時，可以通過調節高爐煤氣參數來來維持熱循環工質所需要的總熱 量，從而大幅度提高了余熱發電系統的穩定性。另外，由于本發明系統采用的是單壓余熱鍋 爐，所以副汽系統失效的情況不再存在。
(3)可以節省巨額一次性投資。 在本發明系統中，將純低溫余熱發電系統與常規自備發電系統耦合成為聯合式發 電系統，與原來分置式發電系統相比，蒸汽輪機、發電機、除氧器、各種泵類、汽水管網、水處 理設備、配電系統及相應的控制系統等設備可供用一套。所以，本發明系統可節約大量的一 次性投資費用。
(4)可以大幅度降低發電系統的運行費用。 本發明系統與分置式發電系統相比，由于將雙重設置的凝汽系統、冷卻系統、水化 學系統、補水系統、除氧系統等合并，廠自用電率會大幅度降低，且維護、檢修費用降低。同 時，兩套發電系統耦合合并為一套系統，生產、管理崗位設置可以適當合并，管理費用大幅 度降低。 眾所周知，在聯合鋼鐵企業中，利用高爐煤氣發電的自備電廠與燒結發電系統是 互相獨立的，這種二次能源分散利用的方式存在很大的不合理性，將高爐煤氣發電的自備 電廠與燒結發電系統進行科學耦合合并，通過熱力循環拓展的方式來提高低溫余熱發電的 熱力循環效率的方法，勢必成為世界節能減排技術的典范。


圖1為本發明的工藝流程圖。 圖中1為燒結冷卻機；2為集煙氣罩；3為廢氣循環風機；4為余熱鍋爐；5為余熱 鍋爐引風機；6為高爐煤氣鍋爐鍋筒；7為高爐煤氣鍋爐過熱器；8為高爐煤氣鍋爐內置省 煤器；9為煤氣預熱器；10為高爐煤氣鍋爐燃燒器；11為高爐煤氣鍋爐；12為余熱鍋爐給水 泵；13為高壓加熱器；14為高爐煤氣鍋爐給水泵；所述15為鍋爐給水除氧器；16為蒸汽輪 機；17為發電機；18為乏汽凝汽器；19為冷卻水循環泵；20為冷卻水冷卻塔；21為凝結水 泵；22為低壓加熱器；23為補水泵；24為高爐煤氣鍋爐引風機；25為高爐煤氣鍋爐的煙囪；
26為高爐煤氣鍋爐送風機。
具體實施例方式
下面結合附圖給出實施例詳述本發明。 —種提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法，它由下述五個分支工作流程組 成 (1)燒結礦冷卻廢氣的工作流程冷空氣在燒結冷卻機1中與燒結礦換熱形成熱 廢氣，熱廢氣由集煙氣罩2收集經煙道進入余熱鍋爐4，熱空氣在余熱鍋爐4中與工質換熱 后，形成余熱鍋爐排煙，余熱鍋爐排煙經余熱鍋爐引風機5引出后分成兩路， 一路經高爐煤 氣鍋爐送風機26進入高爐煤氣鍋爐燃燒器10中助燃，另一路經廢氣循環風機3進入燒結 冷卻機l進行廢氣循環。 (2)循環工質在余熱鍋爐中的工作流程余熱鍋爐給水經余熱鍋爐給水泵12加壓 后，進入余熱鍋爐4中吸收燒結冷卻廢氣余熱，循環工質達到規定參數后進入高爐煤氣鍋爐鍋筒6，從而將循環工質所吸收的燒結余熱帶入火力發電熱力循環中。根據循環工質在余 熱鍋爐中的工作流程，余熱鍋爐實際效果相當于以燒結余熱為熱源的高爐煤氣鍋爐的外源 式省煤器。 (3)高爐煤氣鍋爐中的煙氣流程高爐煤氣在煤氣預熱器9中預熱后與余熱鍋爐 4的排煙分流過來的助燃空氣一起經所述高爐煤氣鍋爐燃燒器IO進入高爐煤氣鍋爐11的 爐膛進行燃燒，高溫燃燒產物在爐膛中與蒸發受熱面換熱降溫至105(TC后，依次進入高爐 煤氣鍋爐過熱器7、高爐煤氣鍋爐內置省煤器8及煤氣預熱器9中向循環工質放熱，離開煤 氣預熱器9的煙氣形成排煙，排煙在高爐煤氣鍋爐引風機24的作用下經煙閨25排放到大 氣中。 (4)循環工質在高爐煤氣鍋爐中的工作流程高爐煤氣鍋爐給水經高爐煤氣鍋爐 給水泵14加壓后進入高爐煤氣鍋爐內置省煤器8，在高爐煤氣鍋爐內置省煤器8中加熱到 規定參數后進入高爐煤氣鍋爐鍋筒6，由余熱鍋爐4及高爐煤氣鍋爐內置省煤器8輸送過來 的工質經下降管進入高爐煤氣鍋爐11爐膛中的蒸發受熱面，在其中吸收蒸發熱后形成汽 水混合物，汽水混合物進入高爐煤氣鍋爐鍋筒6中進行汽水分離，高爐煤氣鍋爐鍋筒中分 離出的飽和蒸汽進入高爐煤氣鍋爐過熱器7中過熱，達到規定參數的主蒸汽由蒸汽輪機16 的主進汽口進入蒸汽輪機做功。 (5)循環工質在熱功轉換系統中的工作流程主蒸汽在所述蒸汽輪機16中做功， 將工質熱能轉變為蒸汽輪機16轉子的機械能，再通過發電機17將蒸汽輪機16轉子的機械 能轉變為電能輸送給變電系統。做功后的蒸汽形成乏汽離開蒸汽輪機16進入凝汽器18，在 凝汽器18中與冷卻水換熱形成冷凝水，冷卻水進入冷卻塔20中將熱量傳遞給環境后循環 利用。冷凝水進入低壓加熱器22加熱，經低壓加熱器加熱后的工質水進入除氧器15除氧 后一路進入高爐煤氣鍋爐給水泵14，加壓后經高壓加熱器13加熱后，送入高爐煤氣鍋爐內 置省煤器8中；另一路經余熱鍋爐給水泵12加壓送至余熱鍋爐4中。 綜上所述，燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電系統的熱力循環的科學耦 合，利用火力發電熱力循環來拓展余熱發電熱力循環，從而大幅度提高余熱發電熱力循環 的循環質量。
權利要求
一種提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法，包括燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環，其特征在于將燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環耦合在一起，余熱鍋爐作為高爐煤氣鍋爐的外置式省煤器，余熱鍋爐產生的飽和水與高爐煤氣鍋爐內置省煤器產生的熱水混合后直接送入高爐煤氣鍋爐的汽包中，混合水在高爐煤氣鍋爐中完成蒸發、過熱，并進入汽輪機做功，余熱鍋爐的排煙分成兩部分，一部分進行廢氣循環，回入燒結冷卻機的鼓風機中，另一部分則進入高爐煤氣鍋爐中為燃料燃燒助燃。
2. 根據權利要求1所述的提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法，它由下述工作 流程組成(1) 燒結礦冷卻廢氣的工作流程冷空氣在燒結冷卻機中與燒結礦換熱形成的熱廢氣 由集煙氣罩收集，經煙道進入余熱鍋爐，在余熱鍋爐中與工質換熱后形成的余熱鍋爐排煙， 經余熱鍋爐引風機引出后分成兩路，一路經高爐煤氣鍋爐送風機進入高爐煤氣鍋爐燃燒器 中助燃，另一路經廢氣循環風機進入燒結冷卻機進行廢氣循環；(2) 循環工質在余熱鍋爐中的工作流程余熱鍋爐給水經余熱鍋爐給水泵加壓后，進 入余熱鍋爐中吸收燒結冷卻廢氣余熱，循環工質達到規定參數后進入高爐煤氣鍋爐鍋筒， 將循環工質所吸收的燒結余熱帶入火力發電熱力循環中，余熱鍋爐相當于以燒結余熱為熱 源的高爐煤氣鍋爐的外源式省煤器；(3) 高爐煤氣鍋爐中的煙氣流程高爐煤氣在煤氣預熱器中預熱后與余熱鍋爐排煙分 流過來的助燃空氣一起經高爐煤氣鍋爐燃燒器進入高爐煤氣鍋爐爐膛進行燃燒，高溫燃燒 產物在爐膛中與蒸發受熱面換熱降溫至105(TC后，依次進入高爐煤氣鍋爐過熱器、高爐煤 氣鍋爐內置省煤器及煤氣預熱器中向循環工質放熱，離開煤氣預熱器的煙氣在高爐煤氣鍋 爐引風機的作用下經煙囪排放到大氣中；(4) 循環工質在高爐煤氣鍋爐中的工作流程高爐煤氣鍋爐給水經高爐煤氣鍋爐給水 泵加壓后進入高爐煤氣鍋爐內置省煤器，加熱到規定參數后進入高爐煤氣鍋爐鍋筒，由余 熱鍋爐及高爐煤氣鍋爐內置省煤器輸送過來的工質經下降管進入高爐煤氣鍋爐爐膛中的 蒸發受熱面，在其中吸收蒸發熱后形成汽水混合物，汽水混合物進入高爐煤氣鍋爐鍋筒中 進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入高爐煤氣鍋爐過熱器中過熱，達到規定參數的主蒸 汽由蒸汽輪機的主進汽口進入蒸汽輪機做功；(5) 循環工質在熱功轉換系統中的工作流程主蒸汽在蒸汽輪機中做功，將工質熱能 轉變為所述蒸汽輪機轉子的機械能，再通過發電機將所述蒸汽輪機轉子的機械能轉變為電 能輸送給變電系統，做功后的蒸汽形成乏汽離開蒸汽輪機進入凝汽器，在凝汽器中與冷卻 水換熱形成冷凝水，冷卻水進入冷卻塔中將熱量傳遞給環境后循環利用，冷凝水進入低壓 加熱器加熱，經低壓加熱器加熱后的工質水進入除氧器除氧后， 一路進入高爐煤氣鍋爐給 水泵加壓，經高壓加熱器加熱后，送入高爐煤氣鍋爐內置省煤器中，另一路經余熱鍋爐給水 泵加壓送至余熱鍋爐中。
全文摘要
本發明涉及余熱發電技術領域，特別是一種提高燒結余熱發電系統熱力循環質量的方法。該方法將燒結余熱發電熱力循環與常規高爐煤氣發電熱力循環耦合在一起，余熱鍋爐作為高爐煤氣鍋爐的外置式省煤器，余熱鍋爐產生的飽和水與高爐煤氣鍋爐內置省煤器產生的熱水混合后直接送入高爐煤氣鍋爐的汽包中，混合水在高爐煤氣鍋爐中完成蒸發、過熱，并進入汽輪機做功，余熱鍋爐的排煙分成兩部分，一部分進行廢氣循環，回入燒結冷卻機的鼓風機中，另一部分則進入高爐煤氣鍋爐中為燃料燃燒助燃。本發明利用火力發電熱力循環來拓展余熱發電熱力循環，解決了現有燒結純低溫余熱發電系統穩定性差、熱電轉換效率低下的問題，大幅度提高余熱發電熱力循環的循環質量。
文檔編號F01K27/02GK101699207SQ20091022374
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者史忠山, 張玉柱, 張闖, 王子兵, 胡長慶, 趙斌 申請人:河北理工大學