一种蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环焦炉废热回收发电系统

技术领域

本发明属于焦炉余热回收发电领域，具体涉及一种蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环焦炉废热回收发电系统。

背景技术

我国是世界上最大的发展中国家，正面临着严峻的资源和环境问题。目前，我国的能源结构仍是以煤炭为主，其使用率在能源结构中占了65％以上，并且经预测这种能源结构还要持续达50年之久。

炼焦生产过程一直存在着能耗高、污染重的问题，其生产过程中的余热资源并没有得到充分利用，并且还需重新消耗能源来处理余热，造成资源的双重浪费。因此，在节能减排的大背景下，高效回收利用余热资源是一项利国、利企、利民的技术。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环焦炉废热回收发电系统。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环焦炉废热回收发电系统，包括第一热量循环单元，被配置为第一工质依次从烟道废气和荒煤气中吸收热量对发电单元做功；第二热量循环单元，被配置为第二工质从做工后的第一工质吸收热量对发电单元做功；还包括分别与第一热量循环单元、第二热量循环单元相连的发电单元，被配置为将第一工质或第二工质中的热能最终转换为电能方式输出。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元的第一工质通过第一工质泵输送到与烟道废气相连的低压加热器中进行首次热交换，吸收热量的第一工质依次通过除氧器和给水泵输送到高压加热器中进行二次加热后输送至汽包中；从汽包中所输出的第一工质在第一热交换器中与从焦炉输入至第一热交换器的荒煤气进行热交换，经再次加热后的第一工质对发电单元进行做功。

作为本发明的进一步改进，所述的发电单元做功包括依次相连的第一膨胀机、第一发电机和第一蓄电池，所述的第一膨胀机的输入端与第一热交换器的第一输出端相连；所述的第一膨胀机还包括两个输出端分别与高压加热器和第二热量循环单元相连。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元还包括与汽包的另一个输出端相连的强制循环泵，所述的强制循环泵的输出端与第二热交换器相连，所述的第二热交换器还包括与汽包的输出端。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元还包括废气处理支路，所述的荒煤气依次通过相连的旋风分离器、第二热交换器、集气管和初步冷却器，所述的旋风分离器的输出端与第一热交换器的第二输出端相连；所述的烟道废气依次通过抽气机、热风炉送入低压加热器中加热第一工质，冷却后的烟道废气经依次低压加热器相连的除尘器和烟囱排出。

作为本发明的进一步改进，所述旋风分离器或所述的集气管中内置了氨干雾喷淋装置。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元还包括水处理设备，所述的水处理设备的输出端与所述的除氧器相连。

作为本发明的进一步改进，所述的第二热量循环单元包括第三热交换器，所还包括依次相连的第二工质泵、储液器、循环泵，经第一热量循环单元做功后的第一工质与第二工质在第三热交换器进行热交换。

作为本发明的进一步改进，所述的发电单元做功还包括依次相连的第二膨胀机、第二发电机和第二蓄电池，所述的第二膨胀机依次与第二工质泵、储液器、循环泵和第三热交换器形成了第二工质的循环通路。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元还包括设置在第三热交换器和第一工质泵之间的冷凝器。

本发明的有益效果：本发明所设计的发电系统不仅能够充分利用炼焦生产过程的废气中所包括的余热热能进行发电，高效的回收余热热能，减少能源浪费，而且配置了废气处理设备，减少了向大气中有害气体的排放量，充分实现了节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

其中：1-焦炉，2-第一热交换器，3-旋风分离器，4-第二热交换器，5-集气管，6-初步冷却器，7-第一膨胀机，8-第一发电机，9-第一蓄电池，10-第三热交换器，11-冷凝器，12-第一工质泵，13-低压加热器，14-除氧器，15-水处理设备，16-给水泵，17-高压加热器，18-汽包，19-强制循环泵，20-第二膨胀机，21-第二发电机，22-第二蓄电池，23-第二工质泵，24-储液器，25-循环泵，26-抽气机，27-热风炉，28-除尘器，29-烟囱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示的一种蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环焦炉废热回收发电系统，包括第一热量循环单元、第二热量循环单元和分别与第一热量循环单元、第二热量循环单元相连的发电单元。

其中，所述的第一热量循环单元被配置为第一工质依次从烟道废气和荒煤气中吸收热量对发电单元做功；所述的第二热量循环单元被配置为第二工质从做工后的第一工质吸收热量对发电单元做功；所述的发电单元被配置为将第一工质或第二工质中的热能最终转换为电能方式输出。在该发电系统中所述的第一工质采用的是比热容大的水蒸气，所述的第二工质采用的是低沸点的有机物气体。

具体的结构如下：

所述的第一热量循环单元的第一工质通过第一工质泵12输送到与烟道废气相连的低压加热器13中进行首次热交换，吸收热量的第一工质先通过除氧器14除去非水分子的气体，后经给水泵16输送到高压加热器17中进行二次加热后输送至汽包18中，从而完成了第一工质充分的吸收烟道废气中的热量。之后第一工质从汽包18中输出在第一热交换器2中与从焦炉1输入荒煤气进行热交换，经过二次吸热的第一工质对发电单元进行做功。

与第一热量循环单元相连的发电单元包括与第一膨胀机7、第一发电机8和第一蓄电池9，所述的第一膨胀机7的输入端与第一热交换器2的第一输出端相连，用于将第一工质的热能转换成机械能并带动第一发电机8发电，电能以并网或储存于第一蓄电池9两种方式输出。所述的第一膨胀机7还包括两个输出端分别与高压加热器17和第二热量循环单元相连，由于受限于第一膨胀机7的转换效率，第一工质由于依旧残留相当多的未被转换的热能，因此其中一部分的第一工质被输入到高压加热器17用于二次加热，另一部分输入至采用了低沸点的第二工质的第二热量循环单元中，用于第二工质的吸热膨胀。

由于用于加热第一工质的烟道废气和荒煤气存在大量的有害气体，因此该发电系统中同时需要配置用于处理有害气体的设备。在所述的第一热量循环单元还包括与第一热交换器2相连的处理荒煤气中废气的废气处理支路，所述的废气处理支路包括依次相连的旋风分离器3、第二热交换器4、集气管5和用来存储降温后荒煤气的初步冷却器6，所述的旋风分离器3的输出端与第一热交换器2的第二输出端相连。所述旋风分离器3或所述的集气管5中内置了氨干雾喷淋装置，所述旋风分离器3用于除去荒煤气中沸点较高、流动性差且易结焦的成分，如沥青、屈等，所述的集气管5用于除去荒煤气中沸点较低的成分。所述的烟道废气依次通过抽气机26、热风炉27送入低压加热器13中加热第一工质，冷却后的烟道废气经依次低压加热器13相连的除尘器28和烟囱29排出。

由于第一工质在第一热量循环单元所形成的通路中运行的过程中不可避免的会吸收一定量的有害气体，因此在第一热量循环单元还设置了水处理设备15，所述的水处理设备15的输出端与除氧器14的输入端相连。

由于经过第一热交换器2的荒煤气中的热量未被完全吸收，因此经旋风分离器3分离了高沸点的废气的荒煤气会在第二热交换器4中被第一工质再次吸热。因此所述的第一热量循环单元还包括与汽包18的另一个输出端相连的强制循环泵19，所述的强制循环泵19的输出端与第二热交换器4相连，将一部分的第一工质强制输送到第二热交换器4中与荒煤气进行热交换，所述的第二热交换器4还包括与汽包18的输出端，将吸热后的这部分的第一工质输送至汽包18，之后完成输送至第一热交换器2和发电单元的主发电通路。

所述的第二热量循环单元包括第三热交换器10，所还包括依次相连的第二工质泵、23、储液器24、循环泵25，经第一热量循环单元做功后的第一工质与第二工质在第三热交换器10进行热交换。

与第二热量循环单元相连的发电单元做功包括依次相连的第二膨胀机20、第二发电机21和第二蓄电池22，所述的第二工质经第二膨胀机20将热能转化为机械能，带动第二发电机21发电，电能以并网或储存于第二蓄电池22两种方式输出。所述的第二膨胀机20依次与第二工质泵、23、储液器24、循环泵25和第三热交换器10形成了第二工质的循环通路。

所述的第一热量循环单元还包括设置在第三热交换器10和第一工质泵12之间的冷凝器11，第一工质经第三热交换器10交换热量后残余的热量将冷凝器11进行进一步降温后在进行下一次循环，便于吸收更多烟道废气和荒煤气中的热能。

由于第一热量循环单元和第二热量循环单元所使用的做功的工质以及做功的能力各不相同，因此在本发明中所述的第一膨胀机7为轴流式汽轮机，所述的第二膨胀机20为径向透平。

同时，本发明的一种实施例所述的第一热交换器2和第三热交换器10均为套管式换热器，所述的第二热交换器4为光管管束式交叉流换热器。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。