一种烟气余热的热电联供系统的制作方法

1.本实用新型属于烟气余热回收技术领域，具体而言，涉及一种烟气余热的热电联供系统。


背景技术：

2.目前，钢铁行业对国家经济增长起着至关重要的作用，是中国的支柱产业之一。众所周知，钢铁行业也是耗能大户，对资源的依赖度较高。在整个钢铁生产流程中，烧结工序的能耗是比较大的，约占整个钢铁流程总能耗的12%左右，仅次于炼铁工序，位居流程第二。烧结工序作为炼铁前的重要工序，烧结机烟气和环冷机排放的烟气中含有大量的能源，拥有近50%的热能。据统计，目前，中国烧结工序的废气余热回收利用率为20%～30%，中国烧结工序的能源利用率与国际先进水平还有较大的差距，每吨烧结矿的平均能耗要≥20kg标准煤，节能潜力很大。
3.目前烧结环冷机针对250℃以上的烟气余热一般都已经建设了中低温余热利用发电系统；但是烧结环冷机余热锅炉排出的150℃左右的烟气余热以及烧结环冷机本身后段250℃以下余热资源，由于属于低温余热，而低温余热存在换热效率低、应用范围窄、利用价值底和烟气余热回收经济效益差的问题，导致难以得到有效利用，而直接将烟气排放又会出现严重热污染。因此，锅炉排出的150℃左右的烟气余热和烧结环冷机本身后段250℃以下的低温烟气余热，没有得到有效的充分利用，造成烟气余热的浪费。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种烟气余热的热电联供系统，以实现对低温烟气余热的回收应用的同时，提高利用率。
5.为达到上述技术目的及效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
6.一种烟气余热的热电联供系统，包括有烟气换热器、用户单元、热水泵、工质蒸发器、透平发电机、工质冷凝器、工质泵；所述烟气换热器、所述工质蒸发器、所述用户单元和所述热水泵通过对应的管道依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器和所述热水泵之间还通过对应的支管道相连；所述工质蒸发器、所述透平发电机、所述工质冷凝器和所述工质泵依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器和所述工质冷凝器之间还通过对应的支管道相连；所述烟气换热器的进气口通过对应的管道与一烟气供应设备连接，所述烟气换热器的出气口通过对应的管道与一引风机连接。
7.进一步的，所述用户单元设置有进液口和出液口，所述用户单元的出液口通过用户-泵管道与所述热水泵的进液口连接，所述热水泵的出液口通过泵-换热管道与所述烟气换热器的进液口连接，所述烟气换热器的出液口通过换热-蒸发管道与所述工质蒸发器的进液口连接，所述工质蒸发器的出液口通过蒸发-用户管道与所述用户单元的进液口连接。
8.进一步的，所述蒸发-用户管道上设置有一个三通控制阀，所述三通控制阀通过其本身的第一接口和第二接口串联在所述蒸发-用户管道中，所述三通控制阀的第三接口通
过分流管道与所述用户-泵管道连通。
9.进一步的，所述工质蒸发器的工质出口通过蒸发-透平管道与所述透平发电机的进口连接，所述透平发电机的出口通过透平-冷凝管道与所述工质冷凝器的进口连接，所述工质冷凝器的出口通过冷凝-泵管道与所述工质泵的进口连接，所述工质泵的出口通过泵-蒸发管道与所述工质蒸发器的工质进口连接。
10.进一步的，所述蒸发-透平管道中串联有一透平阀。
11.进一步的，所述蒸发-透平管道与所述透平-冷凝管道之间通过一节流管道连通，且所述节流管道与所述蒸发-透平管道的连接点位于所述透平阀的上游，所述节流管道中串联有一节流阀。
12.进一步的，所述烟气换热器的进气口通过换热-设备管道与所述烟气供应设备连接，所述换热-设备管道中串联有一烟气调节阀。
13.进一步的，所述烟气换热器的出气口通过换热-引风管道与所述引风机的进口连接，所述引风机的出口通过引风-除尘管道与一除尘装置连接，所述除尘装置通过除尘-烟囱管道与一烟囱连接。
14.本实用新型的有益效果如下：
15.1、本实用新型有效解决了对低温烟气余热的回收，并实现了发电和向用户供热并存的同时，实现了对热量的梯级利用，提高了热量综合利用率；
16.2、本实用新型采用一个三通控制阀，做到了对水的分流，实现了对用户供热与不供热的自由切换，从而实现对回流进烟气换热器中水温度的控制，从而实现对水循环中的水温度的控制，进而实现了对发电量的控制；同时，在发电系统中通过并联透平阀和节流阀实现了发电与不发电的自由切换；
17.3、本实用新型在烟气供应设备与烟气换热器之间的管道上设置可以用于调节烟气温度、分配烟气流量调节阀，实现了烟气供应设备中燃料温度与系统之间的平衡。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为本实用新型整体结构示意图。
21.图中标号说明：1、烟气换热器；2、用户单元；3、热水泵；4、工质蒸发器；5、透平发电机；6、工质冷凝器；7、工质泵；8、烟气供应设备；9、引风机；10、用户-泵管道；11、泵-换热管道；12、换热-蒸发管道；13、蒸发-用户管道；14、三通控制阀；15、分流管道；16、蒸发-透平管道；17、透平-冷凝管道；18、冷凝-泵管道；19、泵-蒸发管道；20、透平阀；21、节流管道；22、节流阀；23、换热-设备管道；24、调节阀；25、换热-引风管道；26、引风-除尘管道；27、除尘装置；28、除尘-烟囱管道；29、烟囱。
实施方式
22.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
23.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
24.参见图1所示，一种烟气余热的热电联供系统，包括有烟气换热器1、用户单元2、热水泵3、工质蒸发器4、透平发电机5、工质冷凝器6、工质泵7；所述烟气换热器1、所述工质蒸发器4、所述用户单元2和所述热水泵3通过对应的管道依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器4和所述热水泵3之间还通过对应的支管道相连；所述工质蒸发器4、所述透平发电机5、所述工质冷凝器6和所述工质泵7依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器4和所述工质冷凝器6之间还通过对应的支管道相连；所述烟气换热器1的进气口通过对应的管道与一烟气供应设备8连接，所述烟气换热器1的出气口通过对应的管道与一引风机9连接；其中，所述工质冷凝器6采用蒸发式冷凝器或风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。
25.使用时，所述烟气换热器1、所述工质蒸发器4、所述用户单元2和所述热水泵3之间的流体为水，所述工质蒸发器4、所述透平发电机5、所述工质冷凝器6和所述工质泵7中的流体为有机工质（如r245fa、r1233zd）；流体水通过所述热水泵3实现在所述烟气换热器1、所述工质蒸发器4、所述用户单元2和所述热水泵3之间持续循环，在所述烟气换热器1中从烟气余热中吸收热量，实现将水的温度提高到90~120℃，在流经过所述工质蒸发器4中时，被所述工质蒸发器4内的工质吸收点一部分热量，降低到70~80℃，70~80℃的水进入所述用户单元2中，实现对所述用户单元2中的用户供热，实现热量梯级利用，提高系统的综合利用率；而工质吸收热量后蒸发形成高压蒸汽，并在所述工质蒸发器4、所述透平发电机5、所述工质冷凝器6和所述工质泵7中循环流动，推动透平做功，带动发电机转动，实现低温烟气余热到高品质电能的转换。
26.进一步的，所述用户单元2设置有进液口和出液口，所述用户单元2的出液口通过用户-泵管道10与所述热水泵3的进液口连接，所述热水泵3的出液口通过泵-换热管道11与所述烟气换热器1的进液口连接，所述烟气换热器1的出液口通过换热-蒸发管道12与所述工质蒸发器4的进液口连接，所述工质蒸发器4的出液口通过蒸发-用户管道13与所述用户单元2的进液口连接。
27.进一步的，所述蒸发-用户管道13上设置有一个三通控制阀14，所述三通控制阀14通过其本身的第一接口和第二接口串联在所述蒸发-用户管道13中，所述三通控制阀14的第三接口通过分流管道15与所述用户-泵管道10连通；所述三通控制阀14的主要作用是，用于调节从所述工质蒸发器4的出液口流出水的运行方向，当所述用户单元2中的用户需要供热时，所述三通控制阀14的第一接口和第二接口串通，而第三接口关闭，水经过所述用户单元2后，回流进所述用户-泵管道10中；当所述用户单元2中的用户不需要供热时，所述三通控制阀14的第一接口和第三接口，而第二接口关闭，水经所述分流管道15直接回流到所述用户-泵管道10中，提高进入烟气换热器1中水的温度，从而提高使水的温度提的更高，进而可提高发电量。
28.进一步的，所述工质蒸发器4的工质出口通过蒸发-透平管道16与所述透平发电机5的进口连接，所述透平发电机5的出口通过透平-冷凝管道17与所述工质冷凝器6的进口连
接，所述工质冷凝器6的出口通过冷凝-泵管道18与所述工质泵7的进口连接，所述工质泵7的出口通过泵-蒸发管道19与所述工质蒸发器4的工质进口连接。
29.进一步的，所述蒸发-透平管道16中串联有一透平阀20。
30.进一步的，所述蒸发-透平管道16与所述透平-冷凝管道17之间通过一节流管道21连通，且所述节流管道21与所述蒸发-透平管道16的连接点位于所述透平阀20的上游，所述节流管道21中串联有一节流阀22。
31.运行时，当所述透平阀20打开，所述节流阀22关闭时，此时处于透平模式中，在所述工质蒸发器4内的工质经吸收热量后蒸发形成高压蒸汽经所述透平阀20进入所述透平发电机5中，推动透平做功，带动发电机转动，实现低温烟气余热到高品质电能的转换；当所述透平阀20关闭，所述节流阀22开启时，此时，处于旁通模式中，在所述工质蒸发器4内的工质经吸收热量后蒸发形成的高压蒸汽经所述节流阀22节流减压后进入所述工质冷凝器6中，处于未发电状态。
32.进一步的，所述烟气换热器1的进气口通过换热-设备管道23与所述烟气供应设备8连接，所述换热-设备管道23中串联有一烟气调节阀24，所述烟气供应设备8中产生的烟气通过所述换热-设备管道23进入所述烟气换热器1中，实现对流经所述烟气换热器1中的水进行加热，所述调节阀24主要用于调节向所述烟气换热器1供给烟气的流量。
33.进一步的，所述烟气换热器1的出气口通过换热-引风管道25与所述引风机9的进口连接，所述引风机9的出口通过引风-除尘管道26与一除尘装置27连接，所述除尘装置27通过除尘-烟囱管道28与一烟囱29连接；所述引风机9主要作用是实现烟气流动。
34.本实用新型的工作原理如下：
35.运行前，将烟气换热器1通过换热-设备管道23与烟气供应设备8的烟气排放口连接，同时将引风机9的出气口通过引风-烟囱管道26与烟囱27连接。
36.运行时，烟气供应设备8的烟气在引风机9的作用下，通过换热-设备管道23和调节阀24进入烟气换热器1中，与流经烟气换热器1中的水进行换热后，烟气经换热-引风管道25进入引风机9中，经引风-除尘管道26输送至除尘装置27中进行除尘后经除尘-烟囱管道28输送至烟囱27中排出。
37.而水在热水泵3的持续循环提供动力下，水不断从烟气换热器1中通过，同时不断从流经烟气换热器1中的烟气中吸附热量，而温度升高后的水，经换热-蒸发管道12进入工质蒸发器4中，被工质蒸发器4中的工质吸收一部分热量后，从工质蒸发器4中流出，此时，当用户单元2中的用户需要供热时，水经蒸发-用户管道13和三通控制阀14流经用户单元2后，经用户-泵管道10回流进热水泵3中；当用户单元2中的用户不需要供热时，水经蒸发-用户管道13和三通控制阀14流经分流管道15后，直接通过用户-泵管道10回流进热水泵3中，实现热量梯级利用，提高系统的综合利用率；而回流至热水泵3中的水经热水泵3驱动再次通过泵-换热管道11进入烟气换热器1中进行吸收热量，提高水温度，实现水循环。
38.而工质蒸发器4中的工质在吸收热量后蒸发形成高压蒸汽，此时，当处于旁通模式中时，高压蒸汽经蒸发-透平管道16、节流管道21和节流阀22节流减压后进入工质冷凝器6中；当处于透平模式中时，高压蒸汽经蒸发-透平管道16和透平阀20进入透平发电机5中，推动透平做功，带动发电机转动，实现发电，然后经透平-冷凝管道17进入工质冷凝器6中；高压蒸汽经工质冷凝器6冷凝后，工质重新变成液体，经工质泵7的驱动，从工质冷凝器6中经
冷凝-泵管道18和泵-蒸发管道19重新进入工质蒸发器4，实现工质循环。
39.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种烟气余热的热电联供系统，其特征在于：包括有烟气换热器（1）、用户单元（2）、热水泵（3）、工质蒸发器（4）、透平发电机（5）、工质冷凝器（6）、工质泵（7）；所述烟气换热器（1）、所述工质蒸发器（4）、所述用户单元（2）和所述热水泵（3）通过对应的管道依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器（4）和所述热水泵（3）之间还通过对应的支管道相连；所述工质蒸发器（4）、所述透平发电机（5）、所述工质冷凝器（6）和所述工质泵（7）依次连接，并形成闭环，且在所述工质蒸发器（4）和所述工质冷凝器（6）之间还通过对应的支管道相连；所述烟气换热器（1）的进气口通过对应的管道与一烟气供应设备（8）连接，所述烟气换热器（1）的出气口通过对应的管道与一引风机（9）连接。2.根据权利要求1所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述用户单元（2）设置有进液口和出液口，所述用户单元（2）的出液口通过用户-泵管道（10）与所述热水泵（3）的进液口连接，所述热水泵（3）的出液口通过泵-换热管道（11）与所述烟气换热器（1）的进液口连接，所述烟气换热器（1）的出液口通过换热-蒸发管道（12）与所述工质蒸发器（4）的进液口连接，所述工质蒸发器（4）的出液口通过蒸发-用户管道（13）与所述用户单元（2）的进液口连接。3.根据权利要求2所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述蒸发-用户管道（13）上设置有一个三通控制阀（14），所述三通控制阀（14）通过其本身的第一接口和第二接口串联在所述蒸发-用户管道（13）中，所述三通控制阀（14）的第三接口通过分流管道（15）与所述用户-泵管道（10）连通。4.根据权利要求1所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述工质蒸发器（4）的工质出口通过蒸发-透平管道（16）与所述透平发电机（5）的进口连接，所述透平发电机（5）的出口通过透平-冷凝管道（17）与所述工质冷凝器（6）的进口连接，所述工质冷凝器（6）的出口通过冷凝-泵管道（18）与所述工质泵（7）的进口连接，所述工质泵（7）的出口通过泵-蒸发管道（19）与所述工质蒸发器（4）的工质进口连接。5.根据权利要求4所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述蒸发-透平管道（16）中串联有一透平阀（20）。6.根据权利要求5所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述蒸发-透平管道（16）与所述透平-冷凝管道（17）之间通过一节流管道（21）连通，且所述节流管道（21）与所述蒸发-透平管道（16）的连接点位于所述透平阀（20）的上游，所述节流管道（21）中串联有一节流阀（22）。7.根据权利要求1所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述烟气换热器（1）的进气口通过换热-设备管道（23）与所述烟气供应设备（8）连接，所述换热-设备管道（23）中串联有一烟气调节阀（24）。8.根据权利要求1所述的烟气余热的热电联供系统，其特征在于：所述烟气换热器（1）的出气口通过换热-引风管道（25）与所述引风机（9）的进口连接，所述引风机（9）的出口通过引风-除尘管道（26）与一除尘装置（27）连接，所述除尘装置（27）通过除尘-烟囱管道（28）与一烟囱（29）连接。

技术总结
本实用新型公开了一种烟气余热的热电联供系统，包括有烟气换热器、用户单元、热水泵、工质蒸发器、透平发电机、工质冷凝器、工质泵；烟气换热器、工质蒸发器、用户单元和热水泵通过对应的管道依次连接，并形成闭环，且工质蒸发器和热水泵之间还通过管道相连；工质蒸发器、透平发电机、工质冷凝器和工质泵依次连接，并形成闭环，且工质蒸发器和工质冷凝器之间还通过管道相连；烟气换热器的进气口通过管道与烟气供应设备连接，烟气换热器的出气口通过管道与引风机连接。本实用新型解决对低温烟气余热的回收，实现热量的梯级利用，热量综合利用率高；实现对水温度的控制，从而实现对发电量的控制；通过设置调节阀，实现燃料温度与系统之间的平衡。之间的平衡。之间的平衡。


技术研发人员：梁龙辉 宋磊 李健
受保护的技术使用者：烁丰科技（苏州）有限公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/5/14