一种立式导热油余热锅炉及回收工业烟气余热的方法与流程

一种立式导热油余热锅炉及回收工业烟气余热的方法
[技术领域]
[0001]
本次发明了一种新型立式导热油余热锅炉及一种回收工业烟气余热的方法，具体涉及工业余热回收领域。通过这种余热锅炉可以极大限度的将工业废气余热进行回收，用于orc(有机朗肯循环)发电系统，简化orc系统流程，提高发电量。
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背景技术：
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[0002]
过去的几十年里，将工业余热回收进行余热发电并应用自身的生产，以达到节能和降耗的目的。中高温(300～1000℃)的各种工业废气通过蒸汽朗肯循环来发电是当前最主要的应用方式。对于中低温(200～400℃)的工业废气的热量回收，orc余热发电技术发展越来越迅速，对比蒸汽朗肯循环工艺，其具有以下特点：
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1、发电效率高
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2、自动化程度高，能做到一键启动和无人值守
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3、没有水处理设备
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4、特别适用于烟气工况波动情况
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基于以上特点，近十年以来，orc余热发电在工业废气热量回收中得到了广泛的应用和关注。由于有机工质具有低沸点，高分子质量，易燃易爆等特点，如果直接将有机工质与废气直接进行换热，有以下两个问题：
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1、换热器结构尺寸大
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2、有机工质安全问题
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因此需要在烟气侧和工质侧需要一个可靠的热量中间转换设备-热载体锅炉。当前，国内外orc余热发电系统(从烟气侧-发电端)都采用orc有机工质—导热油双循环模式，分别为：涡轮透平发电机组、空气冷却器、循环工质泵、蒸发器构成的有机工质循环；余热锅炉、循环油泵、蒸发器等构成导热油循环，如说明书图4所示。
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针对以上装置，需要有一个中间转换设备将工艺废气和有机工质连接起来。导热油是一种良好的有机热载体传热介质，具有较高的热容量和较低粘度，在常压下导热油的初馏点比水的蒸发温度要高出数倍。高温导热油在300℃的条件下仍不气化而保持常压，此时饱和压力的水蒸气已高达8.5mpa。因此在中、高温传热的条件下，用导热油代替传统的水蒸气作为热载体，就能以低压管道系统代替高压管道系统。这样可降低管道的投资,使运行的安全性和可靠性得到保障。此外导热油还具有传热均匀，热稳定性好以及优良的导热特性。
[0012]
目前，我国国内大部分运行的导热油锅炉都是采用油、气作为燃料，导热油进出口油温差小这种类型。目前，迫切需要开发能应用余热回收领域、进出口油温差大能够极限回收废气热量的这种导热油余热锅炉，应用于orc余热发电系统领域。
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技术实现要素：
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[0013]
本次发明针对上述问题，开发了一种新型立式有机热载体余热锅炉。本锅炉采用
的技术方案如下：
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一种立式导热油余热锅炉，应用在有机朗肯循环发电系统上，包括膨胀槽，所述膨胀槽与膨胀管组连接，所述膨胀管组包括第一膨胀管和第二膨胀管，所述第一膨胀管设有气动阀组，所述第二膨胀管设有带有旁通的截止阀，所述膨胀管组与朗肯循环发电系统的蒸发器回油管路连接，在所述第一膨胀管和第二膨胀管之间的蒸发器回油管路上设有回油截止阀。
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进一步的，还包括对流受热集箱，所述对流受热集箱安装在所述锅炉内，所述蒸发器回油管路与所述对流受热集箱连接，所述对流受热集箱与朗肯循环发电系统的蒸发器的进油口连接。
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进一步的，所述蒸发器回油管路上还设有导热油循环泵。
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进一步的，还包括一支架，所述膨胀槽位于所述支架的顶端，所述膨胀管组位于所述膨胀槽的下方。
[0018]
进一步的，所述对流受热集箱也设置在所述支架上，所述对流受热集箱与所述膨胀槽之间设有挡油板。
[0019]
进一步的，所述膨胀槽与所述对流受热集箱的高差大于1500mm。
[0020]
进一步的，所述对流受热集箱内包括若干对流受热面，所述对流受热面为管箱式模块化结构。
[0021]
进一步的，所述对流受热面的入口和出口处均设有导热油出口集箱，所述导热油出口集箱与疏油管道连接。
[0022]
本发明的另一方面，还提供了一种回收工业烟气余热的方法，其特征在于，所述方法使用上述任意一种立式导热油余热锅炉进行回收。
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进一步的，通过余热锅炉回收工业烟气余热的方法，包括以下步骤：
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s1.锅炉开始启动时，关闭回油截止阀，打开第一膨胀管上的气动阀门组和第二膨胀管上的截止阀，使朗肯循环发电系统的蒸发器回油经第一膨胀管进入膨胀槽，再通过第二膨胀管进入蒸发器回油管路。
[0025]
s2.当导热油温度上升到接近设计温度时，此时进行切换，关闭第一膨胀管上的气动阀门组和第二膨胀管上的截止阀，打开回油截止阀。
[0026]
锅炉采用立式结构，整体钢结构框架支撑。这种锅炉在orc余热发电系统中，立式结构占地面积小，受热面采用管箱式结构，可以模块化安装。本次发明的余热导热油余热锅炉将使得导热油管线管集成在锅炉整体结构中内部，管线简单，同时也降低了设备的检修维护成本。
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本次发明立式有机热载体余热锅炉具有以下优点：
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1、传统燃料型有机热载体锅炉膨胀槽必须分开，且膨胀槽安装在整个锅炉房系统的最高点，需要单独设立钢结构支架来支撑膨胀槽。本次发明的锅炉将膨胀槽集成在锅炉框架上，与受热面形成一个整体。既降低了造价，也使得锅炉巡检维护简单；
[0029]
2、本次余热锅炉取消了传统导热油锅炉房系统中的油气分离器，在膨胀槽底部设置两个膨胀管，并将其一个膨胀管上安装一个截止阀带旁通管路，另一个膨胀管上安装一个气动阀组。将两个膨胀管用同样大小的管路连起来，并在连接管路中间安装一个截止阀。通过阀门组与膨胀槽一起调节，从而实现油气分离器功能；
[0030]
3、膨胀槽与锅炉受热面之间设置挡油板，防止膨胀槽在极端条件下，有机热载体溢出进入受热面引起火灾；
[0031]
4、膨胀槽采用氮气全密封方式，即减少导热油氧化量，延长导热油使用寿命；也防止锅炉内部烟气温度波动，导热油运行不稳定会引起导热油从膨胀槽溢出；
[0032]
5、锅炉受热面采用管箱式结构代替传统导热油锅炉使用的盘管结构，安装工程量大大降低，锅炉安装精度高。
[附图说明]
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图1是立式导热油余热锅炉油系统图；
[0034]
图2是立式导热油余热锅炉外形简图主视图；
[0035]
图3是立式导热油余热锅炉外形简图左视图；
[0036]
图4是现有技术中常见的orc余热发电系统的结构示意图。
[0037]
图中，1、第一膨胀管；2、第二膨胀管；3、回油截止阀；4、导热油循环泵；5、对流受热集箱；6、导热油出口集箱。
[具体实施方式]
[0038]
以下，结合实施例和附图对于本发明所述的一种立式导热油余热锅炉做进一步说明，实施例和附图仅用于解释说明而不用于限定本发明的保护范围。
[0039]
图1为本次发明的立式导热油余热锅炉油结构示意图，当锅炉刚开始启动时，在蒸发器回油管路上的回油截止阀3是关闭的，第一膨胀管1上的气动阀门组全部打开，第二膨胀管2上的截止阀打开，来自orc蒸发器回油管路的回油由第一膨胀管1进入膨胀槽，通过第二膨胀管2进入导热油循环泵4入口，经循环泵4加压后进入对流受热集箱5，然后依次通过若干受热面后，由最后一级的对流受热集箱5引出，通过管路进入orc蒸发器加热有机工质，形成一个循环。此时锅炉的烟风阀门要求缓慢打开，使导热油温度按照加热温度曲线升温，在煮油过程中，对导热油进行脱水和脱气，使得导热油中的水和不凝性气体，通过膨胀槽排除；在此过程中，膨胀槽的排气阀一直打开。
[0040]
当导热油温度上升到接近设计温度时，此时进行切换，关闭膨胀槽下方的第一膨胀管1和第二膨胀管2中的阀门，打开蒸发器回油管路上的截止阀3，此时导热油经过回油管路，循环油泵，对流受热集箱和orc蒸发器，形成一个新的闭环。此时膨胀槽通过第二膨胀管2中的阀门旁通管来消除整个锅炉的导热油压里波动。
[0041]
图2是本次立式导热油余热锅炉外形图主视图，工业废气由锅炉上部进入锅炉后，依次通过对流受热集箱的5个对流受热面后，所述对流受热面不一定是5个，所述工业废气经过对流受热面后从锅炉下部排出。导热油从锅炉下部进入，从上部引出，与烟气形成逆流换热，极大限度的提高锅炉换热效率。锅炉采用整个钢结构框架结构，分为两个跨，一个跨安装对流受热集箱和锅炉的烟气入口和出口，另一个跨安装膨胀槽、膨胀管、阀门组件、挡油板等附件。循环油泵是选配组件。同时膨胀槽的安装需要满足以下高度要求：膨胀槽底部与导热油出口集箱高差≥1500mm。
[0042]
图3是本次立式导热油余热锅炉外形图侧视图，来自orc蒸发器的回油经过膨胀槽下部，在回油管路和膨胀槽中间的高度设置两个膨胀管，膨胀管1安装一个气动阀门组，膨
胀管2安装一个截止阀和一个旁通管，膨胀管之间的回油管路安装一个截止阀；通过膨胀管和回油管路上的阀门组合替代油气分离器功能。在开工阶段时，通过关闭主回油管路上的截止阀，将膨胀槽串联进入导热油循环系统；此时随着油温温度升高，油中的水蒸气和低沸物通过膨胀槽排除。当导热油温度继续升高，系统进入稳定运行阶段时，关闭油管路截止阀，打开两路膨胀管中的阀门，此时膨胀槽与导热油循环系统是并联关系；通过膨胀管2上的旁通管来稳定整个循环系统压力和吸收导热油因温度波动产生的胀量。在稳定运行阶段导热油产生的少量油蒸汽通过旁路管进入膨胀槽排除。而油气分离器一直串进导热油循环系统，油气分离器上部与膨胀槽通过单个膨胀槽相连接，膨胀槽和整个导热油循环系统从始至终都是并联关系。膨胀管设置膨胀槽在正下部，避免了老式膨胀管内部气阻带来膨胀管失效问题。

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