[发明专利]余热发电及供暖一体化系统及其工艺流程

说明书

技术领域：

本发明涉及中低温余热发电及高温除尘材料技术领域，适用于冶金、水泥、建材、化工和陶瓷行业生产过程中产生的中低温烟气余热进行利用，特别适用于余热发电及供暖一体化设备系统及工艺流程。

技术背景：

水泥、冶金、建材、化工、陶瓷等工业企业全天向外排放250-650℃左右的中低温烟气、蒸汽、热水等可利用的余热资源。这部分白白排放掉的资源属于中、低温余热。如果回收利用，每年产生的巨大能量相当于重新发现了一个世界级的大煤矿。

目前，对于如上所述的行业生产过程产生的余热资源，利用大致有两种方式：一种是热利用，直接利用其热能供生产或生活需要，其利用率非常低；另一种是利用余热资源将其转换成电能，目前主要采用的是带补燃锅炉或纯低温不带补燃的余热发电技术，这二种技术有利有弊，如带补燃锅炉的余热发电技术一般利用换热器产生饱和蒸汽或热水，然后用燃料把饱和蒸汽或热水在补燃锅炉中加热到比较高的参数，再通过常规的汽轮发电机组发出电来。这种技术的缺点很明显：由于使用了补燃锅炉，因此整个系统比较复杂，运行不稳定且运行成本很高，在生产系统产生污染的同时加大污染系数(硫排放等)，必须浪费煤碳等不可再生资源。而纯低温不带补燃的余热发电技术，余热利用效率普遍不理想，余热转换效率低，发电量少，投资大。

带补燃锅炉的余热发电技术和纯低温不带补燃的余热发电技术目前都存在以下三个问题：①传热管经常被灰堵，时间稍长余热锅炉的效率就逐步降低，直至无法满足发电需要，而这个过程目前大约三个月-六个月左右就可能会发生一次，造成系统不得不停机检修②传热管被颗粒物冲刷时间一长就会发生磨损以至泄漏，造成系统瘫痪，甚至影响生产线的安全和正常运行。(如水泥生产线余热发电，约半年左右就可能产生此问题)③经余热发电利用后的烟气一般在150℃左右就被排入大气，被热电厂放的低温余热占到整个余热资源的30％左右，此部分余热在上述带补燃锅炉的余热发电技术和纯低温不带补燃的余热发电技术的系统里均得不到有效利用。④部分窑炉的烟气含燃料气，以一氧化碳和氢气为主，这二种气体具有高爆性，如果有空气进入就会引发爆炸，因这个安全原因也造成部分应建余热项目不得放弃。

发明内容：

为克服如上所述技术上存在的四个缺陷和问题，本发明的目的是提供一种余热发电及供暖一体化设备系统及工艺流程，使水泥、冶金、钢铁、化工、陶瓷等工业生产领域的中低温烟气余热能得以更高效利用，使余热综合利用效率达到80％以上，同时杜绝传热管磨损、灰堵、爆炸等问题的产生，降低余热发电系统的设备故障率，提高系统的运行效率和安全性。

为实现上述这种发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，具有设置在余热锅炉前端的陶瓷纤维高温除尘器，250-650℃左右的中低温烟气经除尘后，转化为干净且不含颗粒物的烟气；烟气经极速导热式热管型余热发电锅炉，生成中高压蒸汽，中高压主蒸汽经混合后通过管道进入补汽凝汽式汽轮机，低压蒸汽经补汽管道补入汽轮机；汽轮机尾部乏汽进入凝汽器，凝结水通过凝结水泵和管道进入真空除氧器，在除氧器内经除氧后的水通过锅炉给水泵进入锅炉；经极速导热式热管型余热发电锅炉利用后排放的150℃左右的低温烟气进入极速导热式供暖装置，产生80℃左右的热水后送入供暖系统，同时80℃左右的烟气经烟囱直接排出。

所述的余热发电及供暖一体化设备系统及工艺，其设置在余热出口端的极速导热式热管型余热锅炉采用立式自然循环，核心部件采用极速导热热管，具有效率高、传热快等特点，是一种新型高效传热元件。常规水管锅炉水的汽化在水管内进行，水管内水沸腾容易产生传热不稳定现象，极速导热式热管型余热锅炉水的汽化是在管外汽包内沸腾。常规锅炉只能靠水管内表面对水传热，而热管可加肋片或翅片，传热面积则远大于水管，极速导热式热管型余热锅炉的换热元件为单个的独立热管，其整体结构简单，有个别热管发生损坏，不影响整个锅炉的运行，维修方便。具有以下特点：

①热管与锅体的连接为特殊密封的可拆卸的连接，结构新颖独特，如有损坏只要更换其中单根或部分即可，这样设计既方便了设备的维修与维护，也提高了设备的投资经济性。

②根据工况的不同及烟气化学成分的组成，热管下部吸热段可为光管式也可设计成翅片式。

③热管放热段直接插入锅体中，既减少了换热中间环节，又降低了设备总体高度，使厂房高度也得以降低，从而减少了总投资。