基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統的製作方法

2023-12-01 18:44:56 2

本發明涉及炭素行業餘熱利用技術領域，尤其涉及一種基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統。

背景技術：

炭素材料是電解鋁生產工藝的主要原料之一，炭素材料製品的生產是制約鋁工業發展的關鍵環節。我國鋁工業近幾年來發展進入快速通道，鋁用炭素隨之發展，炭素材料製品產能已從幾年前的百萬噸級增加到現在的千萬噸級，而且還在以一定增速發展。

罐式煅燒爐是炭素生產工藝中的主要設備之一，能夠鍛燒不同揮發份含量的石油焦,具有鍛燒料質量穩定、炭質燒損率低、鍛後焦的堆積密度高、操作簡單、維護工作量小、連續生產周期長等優點，因此，廣泛應用於炭素廠和鋁廠中。

在採用煅燒爐對原料進行煅燒時，石油焦揮發分燃燒產生的熱量除可供鍛燒石油焦所需之外，還有大量的富餘熱量隨煙氣排出，煙氣溫度甚至高達900℃。根據熱平衡計算，原料鍛燒吸熱只佔煅燒爐熱支出的33.5％，而被煅燒煙氣所帶走的熱量佔整個煅燒爐熱支出的47.9％。然而，由於煅燒爐煙氣有個明顯特徵，即煙氣溫度高，但是煙氣量小，這就導致炭素廠對於煅燒爐高溫煙氣的餘熱回收不太積極，甚至有許多炭素廠採用鼓風冷卻的方式，即通過大功率鼓風機將低溫空氣混入高溫煙氣，進行強制降溫然後排入大氣，造成寶貴的煙氣餘熱資源白白浪費，而且大功率鼓風機的新增耗電量也帶來了炭素生產成本的提升。

此外，罐式煅燒爐在出料端設置有冷卻水套，用於對高溫煅後焦(可達1000℃以上)進行冷卻，冷卻水套內的冷卻水與煅燒爐的煅後焦間接換熱，吸熱後的冷卻水送至冷卻塔散熱，然後重新返回水套，作為冷卻水套進水，如此循環。水套的冷卻水出水蘊含有大量的熱量，數量非常可觀，但是其最大的劣勢在於溫度過低，只有50℃左右，屬於低溫餘熱，品位極低，所以其利用非常困難，炭素廠一般不會考慮對該部分熱源進行回收利用。

技術實現要素：

本發明是為了解決現有技術中存在的上述技術問題而做出，其目的在於提供一種能夠對炭素廠的煅燒爐煙氣、水套冷卻水等餘熱資源進行綜合回收利用，將高溫、小流量的煙氣餘熱和低溫、大流量的水套冷卻水餘熱進行高效回收基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統，包括多臺罐式煅燒爐、水套進水母管、水套出水母管、多臺餘熱鍋爐、蒸汽母管、汽輪機和凝汽器，其中，每一臺罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺餘熱鍋爐的煙氣進口連通，所述罐式煅燒爐出來的高溫煙氣在餘熱鍋爐中換熱降溫；多臺餘熱鍋爐的蒸汽出口通過蒸汽母管與所述汽輪機的蒸汽進口連通，各餘熱鍋爐的蒸汽出口的蒸汽在所述蒸汽母管中匯集，所述蒸汽母管中的蒸汽進入所述汽輪機，驅動所述汽輪機旋轉做功；所述汽輪機的排汽口與所述凝汽器的進汽口連通；所述凝汽器的冷卻水進口與供熱外網的回水管道連通，所述凝汽器通過供熱外網的回水進行冷卻；所述凝汽器的冷卻水出口通過水套進水母管與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進口連通，所述凝汽器的冷卻水出口的冷卻水在所述水套進水母管中匯集，然後分為多個支路分別進入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套的冷卻水進口，對各罐式煅燒爐的煅燒爐水套進行冷卻；多臺罐式煅燒爐的煅燒爐水套的熱水出口通過水套出水母管與供熱外網的供水管道連通，所述煅燒爐水套的熱水出口的熱水在所述水套出水母管中匯集，然後送至供熱外網供水管道，向外提供熱水。

所述的餘熱利用系統，其中，還包括煙氣母管、引風機、脫硫裝置和煙囪，所述多臺餘熱鍋爐的煙氣出口通過煙氣母管與所述引風機、脫硫裝置和煙囪沿煙氣流向順次連通，所述多臺餘熱鍋爐的排煙通過所述煙氣母管進入引風機升壓後通過脫硫裝置進行脫硫處理，然後通過煙囪排向大氣。

所述的餘熱利用系統，其中，還包括凝結水泵、除氧給水系統和給水母管，所述凝汽器的凝結水出口與凝結水泵、除氧給水系統通過給水母管與所述多臺餘熱鍋爐的給水進口沿凝結水流向順次連通，所述凝汽器的凝結水出口的凝結水經過所述凝結水泵加壓後進入除氧給水系統進行處理，然後通過給水母管分為多個支路分別進入各餘熱鍋爐。

所述的餘熱利用系統，其中，所述汽輪機設置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統提供加熱汽源。

所述的餘熱利用系統，其中，所述除氧給水系統包括除氧器和給水泵，所述汽輪機的抽汽口與所述除氧器的加熱蒸汽進口連通，為所述除氧器提供加熱汽源，所述除氧器的出水口與所述給水泵的進水口連通，所述給水泵的出水口通過給水母管與多臺餘熱鍋爐的給水進口連通。

所述的餘熱利用系統，其中，還包括發電機，所述發電機與所述汽輪機同軸相連，所述汽輪機拖動所述發電機發電。

所述的餘熱利用系統，其中，所述煅燒爐水套的冷卻水進口位於煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套的熱水出口位於煅燒爐水套的高溫端。

本發明的有益效果在於：

1)由於罐式煅燒爐的煙氣溫度高、品位高，因此通過餘熱鍋爐結合汽輪發電機組將高品位的煙氣熱能轉換為高品質的電能；同時將汽輪機凝汽器的循環冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水餘熱進行回收，考慮到冷卻水溫度低、品位低，餘熱很難利用，因此將冷卻水餘熱用於對外供應熱水，與傳統的循環冷卻水通過冷卻塔排向大氣的方式相比，具有顯著的經濟效益；

2)汽輪機、凝汽器的循環冷卻水與煅燒爐的水套冷卻水換熱系統採用串聯方式，冷卻水先進入凝汽器冷卻系統進行一次換熱，然後進入水套冷卻系統二次換熱，這是充分考慮兩個換熱系統熱源特徵後的優化設計，其與並聯連接方式相比，系統所需的冷卻水總量大幅減小，而與先進入水套冷卻系統再進入凝汽器冷卻系統的串聯方式相比，顯然本發明可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發電機組的發電量；

3)本發明構建了一種基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統，對炭素廠煅燒爐的幾種餘熱資源進行統籌規劃，首先根據煅燒爐煙氣的高溫、小流量特點，採用餘熱鍋爐對煙氣餘熱進行回收，轉化為蒸汽資源，同時考慮到炭素廠一般均配置多臺煅燒爐且單臺煅燒爐煙氣量和對應產汽量較小的特點，將餘熱鍋爐排煙和蒸汽設計為母管制，蒸汽匯集後通過汽輪機進行利用，煙氣匯集後進行集中淨化和排放；然後對汽輪機凝汽器循環水餘熱和煅燒爐水套餘熱進行集成回收，將外部熱網的回水用於凝汽器的冷卻，凝汽器出口循環冷卻水繼續用於各臺煅燒爐水套的冷卻，各臺煅燒爐水套的出口冷卻水也設計成母管制，匯集後集中向外部熱網供應熱水，完成了對罐式煅燒爐餘熱的高度集成利用，實現了熱能梯級利用和科學用能；

4)本發明整套餘熱利用系統的綜合熱效率可達80％以上，較單純餘熱發電方式相比(整體熱效率只能達到25％左右)，能源綜合利用效率顯著提高。

附圖說明

通過參考以下具體實施方式的內容並且結合附圖，本發明的其它目的及結果將更加明白且易於理解。在附圖中：

圖1是本發明所述基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統的示意圖。

具體實施方式

在下面的描述中，出於說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細節。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細節的情況下實現這些實施例。

下面將參照附圖來對根據本發明的各個實施例進行詳細描述。

圖1是本發明所述基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統的示意圖，如圖1所示，所述基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統包括多臺罐式煅燒爐(1.1～1.n)、水套進水母管9、水套出水母管10、多臺餘熱鍋爐(2.1～2.n)、蒸汽母管7、汽輪機11和凝汽器12，其中，

每一臺罐式煅燒爐的煙氣出口與每一臺餘熱鍋爐的煙氣進口連通，所述罐式煅燒爐出來的高溫煙氣在餘熱鍋爐中換熱降溫；

多臺餘熱鍋爐的蒸汽出口通過蒸汽母管7與所述汽輪機11的蒸汽進口連通，各臺餘熱鍋爐的出口蒸汽在所述蒸汽母管7中匯集，所述蒸汽母管7中的蒸汽進入所述汽輪機11，驅動所述汽輪機11旋轉做功；

所述汽輪機11的排汽口與所述凝汽器12的進汽口連通；

所述凝汽器12的冷卻水進口與供熱外網的回水管道連通，所述凝汽器12通過供熱外網的回水進行冷卻；

所述凝汽器12的冷卻水出口通過水套進水母管9與各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口連通，所述凝汽器12的出口冷卻水在所述水套進水母管9中匯集，然後分為多個支路分別進入各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口，對各罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)進行冷卻；

多臺罐式煅燒爐的煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口通過水套出水母管10與供熱外網的供水管道連通，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口的熱水在所述水套出水母管10中匯集，然後送至供熱外網供水管道，向外提供熱水。

上述基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統對炭素廠罐式煅燒爐的幾種餘熱資源進行統籌規劃、綜合回收，實現了多臺罐式煅燒爐餘熱的集成利用，且將餘熱回收設計成母管制，對多臺罐式煅燒爐的煙氣餘熱、水套冷卻水餘熱進行集中處理，具有顯著的經濟效益。

優選地，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)採用逆流換熱，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水進口位於煅燒爐水套的低溫端，所述煅燒爐水套(16.1～16.n)的熱水出口位於煅燒爐水套的高溫端。

另外，優選地，所述餘熱利用系統還包括發電機17，所述發電機17與所述汽輪機11同軸相連，所述汽輪機11拖動所述發電機17發電。

上述基於母管制的罐式煅燒爐餘熱利用系統考慮到罐式煅燒爐煙氣溫度高、品位高，因此通過餘熱鍋爐結合汽輪發電機組將高品位的煙氣熱能轉換為高品質的電能；而將汽輪機、凝汽器的循環冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水餘熱進行回收時，考慮到該冷卻水溫度低、品位低，餘熱很難利用，最終以供熱為目的，將冷卻水餘熱用於對外供應熱水，與傳統的循環冷卻水通過冷卻塔排向大氣進而造成冷源損失的方式相比，本發明將熱網回水作為凝汽器冷卻系統的換熱介質，利用排汽的凝結熱來加熱冷卻水，將該冷卻水用於熱水供暖，從而將排汽凝結熱加以利用，使整套餘熱利用系統的循環熱效率大大提高，具有顯著的經濟效益。

另外，汽輪機、凝汽器的循環冷卻水與罐式煅燒爐的煅燒爐水套冷卻水換熱系統採用串聯方式，冷卻水先進入凝汽器冷卻系統，然後進入水套冷卻系統，是充分考慮兩個換熱系統熱源特徵後的優化設計，與並聯連接相比，凝汽器和煅燒爐水套的冷卻效果更好，因為並聯方式下去往凝汽器和煅燒爐水套的水量均大幅減少，導致其冷卻效果大受影響；而與先進入水套冷卻系統再進入凝汽器冷卻系統的串聯方式相比，可以明顯改善凝汽器的冷卻效果，提高凝汽器真空，從而大大提高汽輪發電機組的發電量。

在本發明的一個可選實施例中，上述餘熱利用系統還包括凝結水泵13和除氧給水系統和給水母管8，所述凝汽器12的凝結水出口與凝結水泵13、除氧給水系統通過給水母管8與所述多臺餘熱鍋爐的給水進口沿凝結水流向順次連通，所述凝汽器12的出口凝結水經過所述凝結水泵13加壓後進入除氧給水系統進行處理，然後通過給水母管8分為多個支路分別進入各臺餘熱鍋爐。

優選地，所述汽輪機11設置有抽汽口，所述抽汽口排出的蒸汽為所述除氧給水系統提供加熱汽源。

進一步，優選地，所述除氧給水系統包括除氧器14和給水泵15，所述汽輪機11的抽汽口與所述除氧器14的加熱蒸汽進口連通，為所述除氧器14提供加熱汽源，所述除氧器14的出水口與所述給水泵15的進水口連通，所述給水泵15的出水口通過給水母管8與多臺餘熱鍋爐2的給水進口連通。

在本發明的一個可選實施例中，上述餘熱利用系統還包括煙氣母管3、引風機4、脫硫裝置5和煙囪6，所述多臺餘熱鍋爐的煙氣出口通過煙氣母管3與所述引風機4、脫硫裝置5和煙囪6沿煙氣流向順次連通，所述餘熱鍋爐2的排煙通過煙氣母管3經過引風機4升壓後進入脫硫裝置5進行脫硫處理，然後通過煙囪6排向大氣。

上述炭素廠煅燒爐餘熱利用系統的工藝流程如下：

汽水系統流程：多臺餘熱鍋爐產生的高溫蒸汽進入汽輪機11，在汽輪機11中膨脹做功後進入凝汽器7，在凝汽器7中降溫並凝結成凝結水，然後通過凝結水泵13打入除氧給水系統，在除氧給水系統中經過除氧器除氧後，通過給水泵15送至給水母管3，給水母管3分為多個支路分別送至多臺餘熱鍋爐，作為各餘熱鍋爐的給水，從而完成一個汽水循環流程。

冷卻水系統流程：供熱外網的回水作為凝汽器7的冷卻水源，進入凝汽器7的冷卻水進口，在凝汽器7中一次換熱後進入水套進水母管9，然後分為多個支路分別進入多個煅燒爐水套(16.1～16.n)冷卻水進口，作為各煅燒爐水套(16.1～16.n)的冷卻水源在各煅燒爐水套中進行二次換熱，各煅燒爐水套的熱水出口排出的熱水匯集到水套出水母管10，然後送至供熱外網的供水管道，向供熱外網供應熱水。

煙氣系統流程：各煅燒爐產生的800℃～900℃的高溫煙氣進入各餘熱鍋爐，在各餘熱鍋爐中放熱後降溫至150～200℃左右後匯集進入煙氣母管3，通過引風機4送至脫硫裝置5，在脫硫裝置5中經過煙氣脫硫處理後進入煙囪6，最後排向大氣。

儘管前面公開的內容示出了本發明的示例性實施例，但是應當注意，在不背離權利要求限定的範圍的前提下，可以進行多種改變和修改。此外，儘管本發明的元素可以以個體形式描述或要求，但是也可以設想具有多個元素，除非明確限制為單個元素。