炼铜炉烟气余热利用方法技术领域
本发明涉及一种炼铜炉烟气余热利用方法，具体地说是能最大限度地回收
烟气中的热能转化为高品位电能，又能改善除尘能力，属于炼铜炉余热利用及
除尘技术领域。
背景技术
冶金行业每年消耗大量能源，冶炼过程中产生的高温烟气和设备散热带走
了大量能量。由于炼铜炉烟气温度很高，进入管道的温度一般在750℃左右，粉
尘浓度达15g/Nm3，小于5um的灰占粉尘总量的65％以上，粉尘量大，并且粘而细。
并且烟气温度剧烈波动，含尘量大，普通水列管余热锅炉很难运用于炼铜炉烟
气的余热回收。目前，热管式换热器已经成功运用到炼铜炉的烟气余热回收中，
但由于热管的固有缺陷(造价高、不抗冻、不耐高温、使用年限短)，使得热管
余热回收装置在钢铁行业的普及还面临很多问题。
由于烟气中含有大量的粉尘，粘而细的粉尘在换热元件上出现积灰、堵塞
现象，不仅影响换热效率，造成余热锅炉产汽量不足，更为严重的是由于余热
锅炉堵灰，系统运行不稳定，造成冶炼生产无法正常进行，被迫停产检修。
同时，由于炼铜炉烟气温度波动剧烈，波幅大，余热回收装置就必须设计
得足够大，确保高温烟气也能有效冷却。但实际蒸汽产量却远低于余热回收装
置的最大蒸发量，出现大马拉小车的局面。这就相对减少了余热回收装置的经
济价值，增加了余热回收装置的投资。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了炼铜炉烟气余热利用方法，通过该方法不仅
能最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，拖动除尘风机，同时可降
低烟气的排放温度，改善除尘能力，得到很好的除尘效果，粉尘排放浓度
3mg/Nm3，并且不影响炼铜炉生产的稳定和连续。
本发明所采用的技术方案如下：
炼铜炉烟气余热利用方法，其特征在于：本发明炼铜炉烟气由炉内排出，
经水冷烟道混入冷风，燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室；燃烧沉降室的作
用是：降低烟气流速，使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降，并适当混入冷风，最
终燃烬一氧化碳气体，由燃烧沉降室出来的烟气进入蓄热均温器，所述蓄热均
温器包括碳硅复合材料蓄热体、激波清灰装置和灰斗，所述激波清灰装置分段
布置于碳硅复合材料蓄热体之间，通过蓄热均温器中碳硅复合材料蓄热体对高
温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入旋风除尘器，进行预除尘，然后进入高温
热管蒸发器，蒸汽汽包中的水在高温热管蒸发器中吸收高温烟气余热后产生蒸
汽进入蒸汽汽包，蒸汽汽包中的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄热器，经调节后外供
稳定、连续、参数符合用户要求的蒸汽用于发电，高温烟气经高温热管蒸发器
换热后，变为中低温烟气，进入余热交换室中，烟气放出热量，温度降至80℃，
进入塑烧板除尘器，经除尘后粉尘浓度3mg/Nm3，由主风机压入排气筒排入大气，
同时，循环水通过换热器给水泵驱动，进入安装于余热交换室内的翅片式换热
器中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度155℃，汽水混合物
在自然循环力推动下进入高压级蒸发器中放出热量，温度降至125℃，然后进入
低压级蒸发器中放出热量，水温降至81℃，变成低温水，低温水流入循环水池，
开始新一轮循环，同时，经过冷凝的有机工质液体，经过低压级工质加压泵的
驱动，先在低压级蒸发器中吸收余热载体的热量，变成低压级工质蒸汽，一路
经管道进入带补汽口有机透平的低压补汽口，另一路经高压级工质加压泵加压
后，进入高压级蒸发器中吸收余热载体的热量，变成高压级工质蒸汽，经管道
进入带补汽口有机透平的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平内膨胀做
功，并带动三相发电机发电，系统发出的电能为三相交流电，额定电压为380V，
可经过调压后并入厂内电网，或直接送给用电设备使用，从带补汽口有机透平
排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器冷凝为饱和液体，进入储液罐，储液罐可确保
低压级工质加压泵连续加压，再由低压级工质加压泵将工质液体加压后送入低
压级蒸发器中，开始新一轮循环，从管壳式冷凝器出来的循环水，通过溴化锂
吸收式制冷机冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质蒸汽冷凝为饱和液
体对冷却水的要求，经循环水泵送入管壳式冷凝器中，开始新一轮循环。
其进一步特征在于：采用R134a为循环有机工质。
本发明的有益效果是：由于炼铜炉烟气温度波动剧烈，烟气温度峰值高，
当烟气经过本发明的蓄热均温器处理后，烟气温度波动幅度可以大为减少，同
时也降低了烟气温度的峰值。经过蓄热均温器的烟气进高温热管蒸发器，由于烟
气温度峰值降低，可以使高温热管蒸发器投资减少；烟气温度波动幅度减少，
则有利于提高高温热管蒸发器的稳定性，延长使用寿命。当烟气经过本发明的
高温热管蒸发器换热后，烟气温度波动幅度可以大为减少，同时也降低了烟气
温度的峰值，烟气由高温变为中低温烟气，进入余热交换室，经过翅片式换热
器换热，再通过二级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收炼铜炉中低温烟气的余
热，实现炼铜炉烟气余热梯级利用。
本发明与单级单压有机朗肯循环最大的区别在于，本发明在有机工质高、
低蒸发器里采用二级蒸发的措施，利用热水的低温段(进口125℃，出口81℃)
加热工质产生低压工质蒸汽，进入有机透平的低压补汽口膨胀做功；利用饱和
水蒸汽的高温段(进口155℃，出口125℃)加热工质产生高压工质蒸汽，进入
有机透平的高压缸膨胀做功；实现余热流对有机工质的梯级分压加热，这样就
在各级受热面中减少了余热流与工质间的传热温差的不均衡性，降低了由于温
差传热不可逆损失带来的熵增，其热效率可比单级蒸发有机朗肯循环提高15～
20％，降低了烟气的排放温度，减少了热污染，达到好的环保要求。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1.采用高温热管蒸发器来回收炼铜炉高温烟气的余热、二级蒸发有机朗
肯循环余热发电来回收炼铜炉中低温烟气的余热，实现炼铜炉烟气余热梯级利
用；
2.通过溴化锂吸收式制冷机冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质
蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的要求；
3.蓄热均温器可对烟气温度削峰填谷，降低烟气的最高温度、减小烟气温
度的波动幅度，缓解烟气温度的骤升骤降，解决热胀冷缩问题；
4.采用旋风除尘器，进行预除尘，解决高温热管蒸发器结灰堵塞的难题，
延长设备的使用寿命；
5.延长设备的使用寿命；
6.提高余热发电装置效率；
7.减少余热发电装置投资。
附图说明
图1是实现本发明的工艺流程图。
图中：1.炼铜炉，2.水冷烟道，3.燃烧沉降室，4.蓄热均温器，5.碳硅复
合材料蓄热体，6.激波清灰装置，7.灰斗，8.高温热管蒸发器，9.蒸汽汽包，
10.蒸汽蓄热器，11.余热交换室，12.翅片式换热器，13.塑烧板除尘器，14.主
风机，15.排气筒，16.换热器给水泵，17.循环水池，18.低压级蒸发器，19.高
压级蒸发器，20.低压级工质加压泵，21.高压级工质加压泵，22.储液罐，23.
带补汽口有机透平，24.三相发电机，25.循环水泵，26.管壳式冷凝器，27.溴
化锂吸收式制冷机，28.旋风除尘器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1所示：本发明炼铜炉烟气余热利用方法步骤如下：
35t/h炼铜炉1烟气流量22×104Nm3/h，温度750℃，含尘浓度15g/Nm3
由炉内排出，经水冷烟道2混入冷风，燃烧一氧化碳气体后进入燃烧沉降室3；
燃烧沉降室3的作用是：降低烟气流速，使烟气中携带的大颗粒粉尘沉降，并
适当混入冷风，最终燃烬一氧化碳气体，由燃烧沉降室3出来的烟气进入蓄热
均温器4，所述蓄热均温器4包括碳硅复合材料蓄热体5、激波清灰装置6和灰
斗7，所述激波清灰装置6分段布置于碳硅复合材料蓄热体5之间，通过蓄热均
温器4中碳硅复合材料蓄热体5对高温烟气的蓄热均温作用后，烟气进入旋风
除尘器28，进行预除尘，然后进入高温热管蒸发器8，蒸汽汽包9中的水在高
温热管蒸发器8中吸收高温烟气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包9，蒸汽汽包9中
的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄热器10，经调节后外供稳定、连续、参数符合用户
要求的蒸汽用于发电，高温烟气经高温热管蒸发器8换热后，变为中低温烟气，
进入余热交换室11中，烟气放出热量，温度降至80℃，进入塑烧板除尘器13，
经除尘后粉尘浓度3mg/Nm3，由主风机14压入排气筒15排入大气，同时，循环
水通过换热器给水泵16驱动，进入安装于余热交换室11内的翅片式换热器12
中吸收烟气的热量，形成汽水混合物，汽水混合物的温度155℃，汽水混合物在
自然循环力推动下进入高压级蒸发器19中放出热量，温度降至125℃，然后进
入低压级蒸发器18中放出热量，水温降至81℃，变成低温水，低温水流入循环
水池17，开始新一轮循环，同时，经过冷凝的有机工质液体，经过低压级工质
加压泵20的驱动，先在低压级蒸发器18中吸收余热载体的热量，变成低压级
工质蒸汽，一路经管道进入带补汽口有机透平23的低压补汽口，另一路经高压
级工质加压泵21加压后，进入高压级蒸发器19中吸收余热载体的热量，变成
高压级工质蒸汽，经管道进入带补汽口有机透平23的高压进汽缸，工质蒸汽在
带补汽口有机透平23内膨胀做功，并带动三相发电机24发电，系统发出的电
能为三相交流电，额定电压为380V，可经过调压后并入厂内电网，或直接送给
用电设备使用，从带补汽口有机透平23排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器26冷
凝为饱和液体，进入储液罐22，储液罐22可确保低压级工质加压泵20连续加
压，再由低压级工质加压泵20将工质液体加压后送入低压级蒸发器18中，开
始新一轮循环，从管壳式冷凝器26出来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机27
冷却，冷却水的温度降至10～15℃，满足工质蒸汽冷凝为饱和液体对冷却水的
要求，经循环水泵25送入管壳式冷凝器26中，开始新一轮循环。
所述低沸点工质为R134a，二级蒸发，低压级蒸发压力为0.321MPa，高压
级蒸发压力为1.056MPa，膨胀做功后的工质压力为0.198MPa时，系统输出电功
率为2500KW，朗肯循环效率为22.88％，系统排出的烟气温度为80℃。
本发明的最大特点是采用高温热管蒸发器来回收炼铜炉高温烟气的余热、
二级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收炼铜炉中低温烟气的余热，实现炼铜炉
烟气余热梯级利用。以35t/h炼铜炉余热回收及除尘工艺为例，本发明方法与
常规方法比较，说明如下：
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注：按年工作330日计算。
由此可见，本发明方法烟尘排放浓度低，装置投资低、运行能耗低，净化
效果好。
本发明方法可最大限度地回收烟气中的热能直接转化为高品位电能，其热
效率比单级蒸发有机朗肯循环提高15～20％，还能达到好的环保效果。