基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统
技术领域
本发明涉及炭素行业余热利用技术领域，尤其涉及一种基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统。
背景技术
炭素材料是电解铝生产工艺的主要原料之一，炭素材料制品的生产是制约铝工业发展的关键环节。我国铝工业近几年来发展进入快速通道，铝用炭素随之发展，炭素材料制品产能已从几年前的百万吨级增加到现在的千万吨级，而且还在以一定增速发展。
罐式煅烧炉是炭素生产工艺中的主要设备之一，能够锻烧不同挥发份含量的石油焦,具有锻烧料质量稳定、炭质烧损率低、锻后焦的堆积密度高、操作简单、维护工作量小、连续生产周期长等优点，因此，广泛应用于炭素厂和铝厂中。
在采用煅烧炉对原料进行煅烧时，石油焦挥发分燃烧产生的热量除可供锻烧石油焦所需之外，还有大量的富余热量随烟气排出，烟气温度甚至高达900℃。根据热平衡计算，原料锻烧吸热只占煅烧炉热支出的33.5％，而被煅烧烟气所带走的热量占整个煅烧炉热支出的47.9％。然而，由于煅烧炉烟气有个明显特征，即烟气温度高，但是烟气量小，这就导致炭素厂对于煅烧炉高温烟气的余热回收不太积极，甚至有许多炭素厂采用鼓风冷却的方式，即通过大功率鼓风机将低温空气混入高温烟气，进行强制降温然后排入大气，造成宝贵的烟气余热资源白白浪费，而且大功率鼓风机的新增耗电量也带来了炭素生产成本的提升。
此外，罐式煅烧炉出料口处的高温煅后焦(温度可达1000℃)也蕴含大量的显热，目前采用的方法均是在煅烧炉下方设置冷却水套，通过循环冷却水对高温煅后焦进行冷却，冷却水套内的冷却水与煅烧炉的煅后焦间接换热，吸热后的冷却水送至冷却塔散热，然后重新返回水套，作为冷却水套进水，如此循环，显然，这种方式导致了大量的热能浪费。
因此，如果能构建一套煅烧炉余热利用系统，对炭素厂的煅烧炉烟气余热和煅后焦余热进行高效回收，必然能产生非常可观的经济收益。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统，包括汽轮机(4)、发电机(5)、除氧器(8)、高压蒸汽母管(14)、低压蒸汽母管(15)、除氧器进水母管(16)、低压给水母管(17)、低压给水泵(9)和至少一套余热发电子系统，任一套余热发电子系统都至少包括罐式煅烧炉(1)、煅后焦冷却装置(2)、余热锅炉(3)、低压锅筒(10)、高压锅筒(13)、高压给水泵(12)，所述余热锅炉包括高压过热器(301)、高压蒸发器(302)、高压省煤器(303)、低压过热器(304)、低压蒸发器(305)、低压省煤器(306)，并且，每一煅后焦冷却装置包括煅后焦汽化冷却模块(201)和煅后焦水冷模块(202)，所述煅后焦汽化冷却模块位于煅后焦的高温侧，所述煅后焦水冷模块位于煅后焦低温侧，其中，各煅后焦水冷模块和各低压省煤器的出水口均与除氧器的进水口通过除氧器进水母管连通，所述除氧器的出水口与低压给水泵、低压给水母管顺次连通，所述低压给水母管与各低压锅筒的进水口连通，向各低压锅筒供水；高压锅筒的蒸汽出口与对应的余热锅炉的高压过热器的进汽口连通，各余热锅炉的高压过热器的出汽口均通过高压蒸汽母管与汽轮机的主汽口连通，低压锅筒的蒸汽出口与余热锅炉的低压过热器的进汽口连通，各余热锅炉的低压过热器的出汽口均通过低压蒸汽母管与汽轮机的补汽口连通，所述汽轮机与所述发电机相连，所述汽轮机拖动所述发电机发电，其中，在任一套余热发电子系统中：所述罐式煅烧炉的出料口与所述煅后焦冷却装置的进料口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温煅后焦在煅后焦冷却装置中换热降温，而所述罐式煅烧炉的烟气出口则与所述余热锅炉的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉出来的高温烟气在余热锅炉中换热降温，低压锅筒通过第一下降管(101)与煅后焦汽化冷却模块的进水口连通，通过第一上升管(102)与煅后焦汽化冷却模块的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为煅后焦冷却装置供水，并对产生的汽水混合物进行分离；所述低压锅筒还通过第二下降管(103)与所述余热锅炉的低压蒸发器(305)的进水口连通，通过第二上升管(104)与低压蒸发器的出汽口连通，形成又一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒为所述低压蒸发器供水，并对产生的汽水混合物进行分离，低压锅筒的出水口通过高压给水泵与高压省煤器(303)的进水口连通，所述高压省煤器(303)的出水口与所述高压锅筒的进水口连通，为所述高压锅筒供水，所述高压锅筒通过第三下降管(105)与所述余热锅炉的高压蒸发器(302)的进水口连通，通过第三上升管(106)与所述余热锅炉的高压蒸发器的出汽口连通，形成一个高压汽水循环回路，所述高压锅筒为所述高压蒸发器供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
优选地，还包括凝汽器(6)、凝结水泵(7)、凝结水泵出水母管(18)，所述汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、凝结水泵出水母管沿汽水流向顺次连通，所述凝结水泵出水母管分别与煅后焦水冷模块的进水口、低压省煤器的进水口连通。
优选地，任一套余热发电子系统中，所述高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、低压省煤器在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。
优选地，所述汽轮机还设置有低压抽汽口，所述低压抽汽口与除氧器的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器提供除氧用汽。
优选地，任一套余热发电子系统还包括循环泵(11)，所述循环泵(11)设置于第一下降管(101)上，以驱动所述低压锅筒(10)与所述煅后焦汽化冷却模块之间的低压汽水强制循环。
本发明的有益效果在于：
1)构建了一种基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统，将罐式煅烧炉的煅后焦余热和烟气余热进行统一回收，并设计成一体化系统，对煅后焦显热采用汽化冷却装置进行回收，对烟气显热采用余热锅炉进行回收，汽化冷却装置产生的饱和蒸汽送入余热锅炉进行过热，余热锅炉出口的过热蒸汽进入汽轮机，驱动汽轮机做功发电，实现了罐式煅烧炉煅后焦和烟气余热一体化回收利用。本发明整套热力系统科学设计，布局紧凑，占地面积小、投资成本低。
2)对于煅后焦高温余热，与采用水套冷却的常规方式相比，本发明通过汽化冷却装置进行回收利用，转化成宝贵的蒸汽资源，并用于驱动汽轮机发电，大大提升了煅烧工艺的资源利用率，减少了炭素厂的外购电量，降低了炭素厂的生产成本。
3)在汽水系统设计方面，本发明采用煅后焦冷却装置和余热锅炉共用锅筒和除氧器的方式，有效提升了系统的集成度；考虑到煅后焦冷却装置的运行条件，并为了确保其冷却效果，本发明将煅后焦冷却装置设计成低压汽水系统，且采用强制循环模式，通过循环泵驱动整个汽水系统的循环运行，而对于余热锅炉的汽水循环，则采用自然循环模式，以降低系统耗电量，从而使得整套装置在保证系统安全可靠的条件下有效兼顾了系统的节能运行。此外，余热锅炉汽水系统设计成高、低压双压汽水系统，不仅通过大幅降低余热锅炉排烟温度进而从“量”上回收烟气余热，而且按照能量品位高低实现了能源梯级优化利用进而从“质”上回收烟气余热。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
基于母管制的罐式煅烧炉余热高效发电系统包括至少一套余热发电子系统，任一余热发电子系统都至少包括罐式煅烧炉1、煅后焦冷却装置2、余热锅炉3、低压锅筒10、高压锅筒13、高压给水泵12。而多套余热发电子系统共用汽轮机4、发电机5、除氧器8、高压蒸汽母管14、低压蒸汽母管15、除氧器进水母管16、低压给水母管17、低压给水泵9。下文中仅以一套余热发电子系统为例进行说明。
其中，所述罐式煅烧炉1的出料口与所述煅后焦冷却装置2的进料口连通，所述罐式煅烧炉2出来的高温煅后焦在煅后焦冷却装置2中换热降温。而所述罐式煅烧炉1的烟气出口则与所述余热锅炉3的烟气进口连通，所述罐式煅烧炉1出来的高温烟气在余热锅炉3中换热降温。优选地，所述煅后焦冷却装置2包括煅后焦汽化冷却模块201和煅后焦水冷模块202，所述煅后焦汽化冷却模块201位于煅后焦的高温侧，所述煅后焦水冷模块202位于煅后焦低温侧。
所述余热锅炉3的内部设置有多级受热面，包括高压过热器301、高压蒸发器302、高压省煤器303、低压过热器304、低压蒸发器305、低压省煤器306。所述高压过热器301的出汽口通过高压蒸汽母管14与汽轮机4的主汽口连通，若是有多套余热发电子系统，则每个余热发电子系统的余热锅炉3的高压过热器301的出汽口都与高压蒸汽母管14连通。如图1所示，N个高压过热器301的出汽口都与高压蒸汽母管14连通。所述低压过热器304的出汽口通过低压蒸汽母管15与汽轮机4的补汽口连通(若是有多套余热发电子系统，则每个余热发电子系统的余热锅炉3的低压过热器304的出汽口都与低压蒸汽母管15联通)。所述汽轮机4与所述发电机5相连，所述汽轮机4拖动所述发电机5发电。
优选地，还可以包括凝结水泵出水母管18、凝汽器6、凝结水泵7，所述汽轮机4的排汽口与凝汽器6、凝结水泵7、凝结水泵出水母管18沿汽水流向顺次连通，所述凝结水泵出水母管18分别与煅后焦水冷模块202的进水口、低压省煤器306的进水口连通(若是有多套余热发电子系统，则凝结水泵出水母管18与各余热发电子系统的煅后焦水冷模块202和低压省煤器306分别连通)。煅后焦水冷模块202和低压省煤器306的出水口均与除氧器8的进水口通过除氧器进水母管16连通(若是有多套余热发电子系统，则每个余热发电子系统的煅后焦水冷模块202和低压省煤器306的出水口都与除氧器进水母管16连通)。
所述除氧器8的出水口与低压给水泵9、低压给水母管17顺次连通，所述低压给水母管17与低压锅筒10的进水口连通，向所述低压锅筒10供水(若是有多套余热发电子系统，则低压给水母管17与每个余热发电子系统的低压锅筒10的进水口连通)。
所述低压锅筒10通过第一下降管101与所述煅后焦汽化冷却模块201的进水口连通，通过第一上升管102与煅后焦汽化冷却模块201的出汽口连通，形成一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒10为煅后焦汽化冷却模块201供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
所述低压锅筒10还分别通过第二下降管103、第二上升管104与所述余热锅炉3的低压蒸发器305的进水口、出汽口连通，形成又一个低压汽水循环回路，所述低压锅筒10为所述低压蒸发器305供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
所述低压锅筒10的出水口通过高压给水泵12与所述高压省煤器303的进水口连通，所述高压省煤器303的出水口与所述高压锅筒13的进水口连通，为所述高压锅筒13供水。
所述高压锅筒13通过第三下降管105与所述余热锅炉3的高压蒸发器302的进水口连通，通过第三上升管106与所述余热锅炉3的高压蒸发器302的出汽口连通，形成一个高压汽水循环回路，所述高压锅筒13为所述高压蒸发器302供水，并用于对其产生的汽水混合物进行分离。
所述低压锅筒10的蒸汽出口与所述余热锅炉3的低压过热器303的进汽口连通，所述低压锅筒10的出口饱和蒸汽送入所述低压过热器303进行过热。
所述高压锅筒13的蒸汽出口与所述余热锅炉3的高压过热器301的进汽口连通，高压锅筒13的出口饱和蒸汽送入所述高压过热器301进行过热。
在一个可选实施例中，所述高压过热器301、高压蒸发器302、高压省煤器303、低压过热器304、低压蒸发器305、低压省煤器306在余热锅炉内沿烟气流向顺次布置。
在一个可选实施例中，所述汽轮机4还设置有低压抽汽口，所述低压抽汽口与除氧器8的加热蒸汽进口连通，为所述除氧器8提供除氧用汽。
在一个可选实施例中，还包括循环泵11，所述循环泵11设置于第一下降管101上，以驱动所述低压锅筒10与所述煅后焦汽化冷却模块201之间的低压汽水强制循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
