工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電的方法與裝置的製作方法

2023-06-02 17:02:41

專利名稱：工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣餘熱的回收發電方法及其裝置，特別是涉及一種對工業窯爐生產工藝中排放的廢熱氣體實施降溫冷卻，利用冷卻過程中排放的餘熱實施發電，達到廢熱回收利用的方法和裝置。
背景技術：
能源是國民經濟的物質基礎，經濟發展的原動力，能源的高效利用是經濟可持續發展的重要保證。工業餘熱的回收利用在節能減排中成為愈來愈重要的角色，目前，高溫和中溫廢氣餘熱回收發電技術已經得到了廣泛推廣，但是對於低溫餘熱，目前是以換熱利用為主，大量的低品位餘熱以廢熱的形式直接排放。工業窯爐是陶瓷、冶金、建材、石化等行業中對物料或工件進行冶煉、焙燒、燒結、熔化、加熱等的至關重要的熱工裝備，也是能源消耗和環境熱汙染的重要源頭。工業窯爐排空的廢氣熱值佔窯爐總能耗的20%以上，但廢氣的餘熱利用率僅為4-5%，節能潛力巨大，解決工業窯爐設備的節能問題，對於上述工業乃至我國國民經濟的可持續發展都具有重大的促進作用。通常煙氣餘熱利用的途徑主要有:1、裝設預熱器，利用煙氣預熱助燃空氣和燃料；2、裝設餘熱鍋爐，產生熱水或蒸汽，以供生產或生活用；3、利用煙氣作為低溫爐的熱源或用來預熱冷的工件或爐料。回收煙氣餘熱的最有效和應用最廣的是換熱器，其餘熱初步利用後的廢氣排放溫度在200°C以下。隨著我國經濟的高速發展，我國工業對電力資源的需求越來越大。若將窯爐排空廢氣中的餘熱轉化成電能供企業自身使用，則會實現企業經濟效益和環境效益的雙贏。

發明內容
本發明的目的是提供一種工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電的方法與裝置，將低溫熱雙循環發電技術應用於工業提取窯爐初步利用之後的排空廢氣餘熱，以減少餘熱排放和提高能源利用率。現有的工業窯爐生產工藝中，經初步利用後的廢氣或者直接排空，或者經過物料回收、廢氣淨化後再排空，這樣熱量最終被排放到大氣中，形成浪費和熱汙染。本發明的工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電方法是以低溫熱雙循環發電機組的取熱設備代替現有工藝中的冷卻裝置，或者直接將取熱設備放置在工業窯爐廢氣出口，提取工業窯爐排空廢氣中的低品位餘熱，在對廢氣降溫的同時，將吸收的熱量送到發電機組中轉化成電能，發電後的廢氣再回到原工藝系統或者排放到大氣中。這樣，有效提高了低品位工業窯爐排空餘熱的利用率，降低了企業的運行成本，減輕了對環境的熱汙染。本發明的工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電裝置包括通過廢氣管路依次連接的工業窯爐廢氣初步利用裝置、取熱設備和物料回收或煙氣淨化裝置，並在取熱設備上連接有發電機組。其中，所述的發電機組由低溫熱雙循環發電機、膨脹機、放熱設備和高壓工質泵組成，膨脹機、放熱設備與取熱設備之間構成供發電介質流動的循環迴路，並在所述循環迴路上設置驅動發電介質流動的高壓工質泵，低溫熱雙循環發電機連接在膨脹機上，由膨脹機帶動做功發電。在放熱設備上還設置有冷卻水迴路。本發明工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電裝置的工作過程是:工業窯爐產生的廢氣經過廢氣初步利用裝置後，進入取熱設備，在其中與發電介質進行熱交換，發電介質變成高壓氣態進入膨脹機，膨脹機膨脹做功帶動發電機運轉產生電能。發電之後的低壓氣液兩相發電介質進入放熱設備，與冷卻水進行熱交換，變成液態，之後經高壓工質泵送入取熱設備中，繼續吸收廢氣熱量，同時冷卻水將帶走的熱量釋放後循環使用。與發電介質熱交換降溫後的廢氣進入物料回收或煙氣淨化裝置，經處理後排空。本發明將低溫熱雙循環發電機組與工業窯爐廢氣的餘熱系統相結合，將初步利用後廢氣中的餘熱回收進行發電，其發電後的最低溫度可達到50 V，節能效果顯著。同時本發明的餘熱發電工藝不影響原有工藝的正常運轉，具有雙重功能，達到了節能減排的目的。


圖1是本發明工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電裝置的結構示意圖。圖中:1-廢氣，2-工業窯爐廢氣初步利用裝置，4-冷卻水進口，5-冷卻水出口，6-物料回收或煙氣淨化裝置，7-廢氣排空通道，8-取熱設備，9-發電機組，10-低溫熱雙循環發電機，11-膨脹機，12-高壓工質泵，13-放熱設備。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的裝置和方法做進一步說明。如圖1所示的工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電裝置，包括通過廢氣管路依次連接的工業窯爐廢氣初步利用裝置2、取熱設備和物料回收或煙氣淨化裝置6，並在取熱設備8上連接有發電機組9。發電機組8由低溫熱雙循環發電機10、膨脹機11、放熱設備13和高壓工質泵12組成，其中膨脹機11、放熱設備13和高壓工質泵12與取熱設備8共同構成供發電介質流動的循環迴路，取熱設備8的輸出端連接膨脹機11的輸入端，膨脹機11的輸出端連接放熱設備13的輸入端，放熱設備13的輸出端連接高壓工質泵12後，接入取熱設備8的輸入端。低溫熱雙循環發電機10連接在膨脹機11上，由膨脹機11帶動做功發電。在放熱設備13上連接有冷卻水進口 4和冷卻水出口 5構成冷卻水迴路，對發電介質進行冷卻。工業窯爐產生的廢氣I經過工業窯爐廢氣初步利用裝置2後，進入取熱設備8，在其中與發電介質進行熱交換，發電介質變成高壓氣態進入膨脹機11，使膨脹機11膨脹做功帶動低溫熱雙循環發電機10運轉，產生電能。發電之後的低壓氣液兩相發電介質進入放熱設備13，與冷卻水進行熱交換，變成液態，之後經高壓工質泵12，將液態發電介質送入取熱設備8中，繼續吸收廢氣熱量，同時冷卻水將帶走的熱量釋放出後循環使用。與發電介質熱交換降溫後的廢氣I進入物料回收或煙氣淨化裝置6，經處理後通過廢氣排空通道7排空。以某建材工廠為例，在其生產工藝中，窯爐內溫度1300°C，從窯內出來的廢氣經過餘熱鍋爐後降溫至180°C，排放量9萬m3/h。原工藝採用冷卻降溫，經冷卻降溫和煙氣淨化後排入空氣中，餘熱資源未被利用。
採用本發明工藝方法後，用取熱設備代替原來的冷卻裝置，在保證煙氣淨化的前提下進行餘熱發電，發電後煙氣溫度降至50°C。180°C和50°C空氣的焓值分別為455.39kJ/kg和323.63kJ/kg，取熱設備吸收的熱量Q為2531kW，其發電功率P為127kW。若日運行時間按24小時、年運行時間按330天計算，年發電量可達1002280kWh，節省標準煤350噸/年，減少二氧化碳排放764噸/年。若電價按照0.8元/度計算，則可為企業節約電費80萬元/年，具有明顯的環境效益和經濟效益。
權利要求
1.工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電方法，是以低溫熱雙循環發電機組的取熱設備代替現有工藝中的冷卻裝置，或者直接將取熱設備放置在工業窯爐廢氣出口，提取工業窯爐排空廢氣中的低品位餘熱，在對廢氣降溫的同時，將吸收的熱量送到發電機組中轉化成電能，發電後的廢氣再回到原工藝系統或者排放到大氣中。
2.工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電裝置，包括通過廢氣管路依次連接的工業窯爐廢氣初步利用裝置、取熱設備和物料回收或煙氣淨化裝置，並在取熱設備上連接有發電機組，其中，所述的發電機組由低溫熱雙循環發電機、膨脹機、放熱設備和高壓工質泵組成，膨脹機、放熱設備與取熱設備之間構成供發電介質流動的循環迴路，並在所述循環迴路上設置驅動發電介質流動的高壓工質泵，低溫熱雙循環發電機連接在膨脹機上，由膨脹機帶動做功發電。
3.根據權利要求2所述的發電裝置，其特徵是在放熱設備上設置有冷卻水迴路。
全文摘要
本發明公開了一種工業窯爐生產工藝低溫廢氣餘熱發電方法與裝置，是以發電機組的取熱設備代替現有工藝中的冷卻裝置，或者直接將取熱設備放置在工業窯爐廢氣出口，通過膨脹機、放熱設備、高壓工質泵與取熱設備之間構成的循環迴路驅動膨脹機帶動低溫熱雙循環發電機做功發電，提取工業窯爐排空廢氣中的低品位餘熱，對廢氣降溫的同時，將吸收的熱量送到發電機組中轉化成電能，發電後的廢氣再回到原工藝系統或者排放到大氣中。以有效提高低品位工業窯爐排空餘熱的利用率，降低企業運行成本，減輕對環境的熱汙染。
文檔編號F01K27/00GK103195528SQ20131009442
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月23日 優先權日2013年3月23日
發明者張於峰, 趙保明, 鄧娜, 張彥, 董勝明, 於曉慧, 賀中祿, 張世順 申請人:山西易通環能科技集團有限公司, 天津大學