矿热炉烟气余热利用方法技术领域
本发明涉及一种矿热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，属于矿热炉除尘技术领
域。
背景技术
在现有技术中矿热炉烟气的净化装置为矿热炉烟气发生设备、余热利用设
施、塑烧板除尘器通过管路依次连接。
目前通常采用的余热利用设施：水列管余热锅炉、蓄热式余热锅炉来回收
矿热炉烟气的余热，产生饱和蒸汽等。由于矿热炉烟气温度剧烈波动，含尘量
大，普通水列管余热锅炉很难运用于矿热炉烟气的余热回收。目前，蓄热式余
热锅炉已经成功运用到矿热炉烟气余热回收中，但由于换热管的固有缺陷(造
价高、不抗冻、不耐高温、使用年限短)，使得蓄热式余热锅炉在钢铁行业的普
及还面临很多问题。
同时，由于矿热炉烟气温度波动剧烈，波幅大，余热系统就必须设计得足
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系统的最大
蒸发量，出现大马拉小车的局面。这就相对减少了余热系统的经济价值，增加
了余热系统的投资。
由于矿热炉烟气温度很高，经捕集后进入管道的温度一般在700℃左右，粉
尘浓度达35g/Nm3，小于2.5微米的灰占粉尘总量的90％以上，粉尘量大，并且粘
而细，目前通常采用先换热降温后布袋除尘的方法。由于装置中除尘设施采用布
袋除尘器，对于高含尘浓度、粉尘总量90％以上为小于2.5微米的粘而细粉尘，
除尘效果很不理想，截留下来的粉尘在布袋表面形成滤饼，使布袋表面板结，
造成糊袋，除尘器运行阻力高，引风机能耗大，甚至除尘器无法正常运转；由
于布袋的过滤孔径在30微米以上，对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的细
微粉尘无法完成过滤工作，排放进入大气，通过呼吸道进入至人体肺部沉积，
对人体健康造成危害。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了矿热炉烟气余热利用方法，通过该方法不仅
能高效地冷却高温烟气，最大限度地回收烟气中的热能转化为高品位电能，同
时对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的细微粉尘除尘效果好、排放浓度低、
运行阻力低、达到好的环保效果，并且不影响矿热炉生产的稳定和连续，还能
得到很好的除尘效果，排放的粉尘浓度2mg/Nm3。
本发明所采用的技术方案如下：
矿热炉烟气余热利用方法，其特征在于：本发明矿热炉内排烟气由第四孔
排出，经水冷滑套混入冷风，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，经过燃烧沉降室的烟气进入蓄热均温器，所述蓄
热均温器包括烟气进口、碳铁复合材料蓄热体、声波清灰装置、烟气出口和灰
斗，所述碳铁复合材料蓄热体设置于烟气进口和烟气出口之间，所述声波清灰
装置分段布置于碳铁复合材料蓄热体之间，通过蓄热均温器中碳铁复合材料蓄
热体对高温烟气的蓄热均温作用后，由蓄热均温器出来的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，
通过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，烟气由高温变为中温烟气，烟气从高温热管蒸发器出来与连
接在矿热炉上方的外排管道出来的烟气混合一并进入均流蓄热室中，烟气放出
热量，温度降至100℃左右进入塑烧板除尘器，经除尘后粉尘浓度2mg/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
于均流蓄热室内的热管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180℃，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110℃，然后进入中压级蒸发器中放出热量，水温降至80℃，再
进入低压级蒸发器中放出热量，水温降至50℃，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，另一路经中压级工质加压泵
加压后，进入中压级蒸发器中吸收余热载体的热量，变成中压级工质蒸汽，一
路经管道进入带补汽口有机透平的中压补汽口，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R717为循环有机工质。
本发明的有益效果是：由于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，因而可减
少余热发电装置的投资，提高余热发电装置的稳定性，并可安全地配置各类余
热发电设备。
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、
中、低蒸发器里采用多级蒸发的措施，利用热水的低温段(进口80℃，出口50
℃)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
热水的中温段(进口110℃，出口80℃)加热工质产生中压工质蒸汽，进入有
机透平的中压补汽口膨胀做功，利用饱和水蒸汽的高温段(进口180℃，出口
110℃)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25～30％，降低了烟气的排放温度，塑烧板
除尘器对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的细微粉尘除尘效率为99.99％，确
保低浓度排放，装置运行阻力低，降低了系统运行能耗，系统主风机全压低、
电机功率减小、设备投资费用低、维护费用低、装置占地省、排放浓度低，可
以确保排放粉尘浓度2mg/Nm3。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1.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；
2.采用多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收矿热炉烟气的余热，其热效
率可比单级蒸发有机朗肯循环提高25～30％；
3.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；
4.除尘精度高：采用塑烧板除尘器对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的
细微粉尘除尘效率为99.99％，确保排放粉尘浓度2mg/Nm3；
5.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；
6.工质储液罐，可确保工质循环泵连续加压；
7.热管换热器不积灰，不堵塞，延长设备的使用寿命；
8.外排烟气与内排烟气一并进入均流蓄热室，不仅将内排烟气的余热得到
利用，而且外排的中温烟气与内排的高温烟气混合，降低烟气的最高温度，进
一步解决热胀冷缩问题；
9.提高余热发电装置效率，减少余热发电装置投资，运行能耗低，净化效
果好。
附图说明
图1是实现本发明的工艺流程图。
图中：1.矿热炉，2.水冷滑套，3.燃烧沉降室，4.外排管道，5.蓄热均温
器，6.烟气进口，7.碳铁复合材料蓄热体，8.灰斗，9.声波清灰装置，10.烟气
出口，11.高温热管蒸发器，12.蒸汽汽包，13.蒸汽蓄热器，14.均流蓄热室，
15.热管式换热器，16.塑烧板除尘器，17.主风机，18.排气筒，19.换热器给水
泵，20.循环水池，21.低压级蒸发器，22.中压级蒸发器，23.高压级蒸发器，
24.低压级工质加压泵，25.中压级工质加压泵，26.高压级工质加压泵，27.储
液罐，28.带补汽口有机透平，29.三相发电机，30.循环水泵，31.管壳式冷凝
器，32.溴化锂吸收式制冷机。
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：本发明矿热炉烟气余热利用方法步骤如下：
100t/h矿热炉1内排烟气流量30×104Nm3/h，温度820℃，含尘浓度15g
/Nm3由第四孔排出，经水冷滑套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，经过燃烧沉降室3的烟气进入
蓄热均温器5，所述蓄热均温器5包括烟气进口6、碳铁复合材料蓄热体7、声
波清灰装置9、烟气出口10和灰斗8，所述碳铁复合材料蓄热体7设置于烟气
进口6和烟气出口10之间，所述声波清灰装置9分段布置于碳铁复合材料蓄热
体7之间，通过蓄热均温器5中碳铁复合材料蓄热体7对高温烟气的蓄热均温
作用后，由蓄热均温器5出来的烟气进入旋风除尘器33，进行预除尘，然后进
入高温热管蒸发器11，蒸汽汽包12中的水在高温热管蒸发器11中吸收高温烟
气余热后产生蒸汽进入蒸汽汽包12，蒸汽汽包12中的蒸汽通过管道进入蒸汽蓄
热器13，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，通过
高温热管蒸发器11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，烟气由高温变为中温烟气，烟气从高温热管蒸发器11出来与连
接在矿热炉1上方的外排管道4出来的烟气混合一并进入均流蓄热室14中，烟
气放出热量，温度降至100℃左右进入塑烧板除尘器16，经除尘后粉尘浓度
2mg/Nm3，由主风机17压入排气筒18排入大气，同时，循环水通过换热器给水
泵19驱动，进入安装于均流蓄热室14内的热管式换热器15中吸收烟气的热量，
形成汽水混合物，汽水混合物的温度180℃，汽水混合物在自然循环力推动下进
入高压级蒸发器23中放出热量，温度降至110℃，然后进入中压级蒸发器22中
放出热量，水温降至80℃，再进入低压级蒸发器21中放出热量，水温降至50
℃，变成低温水，低温水流入循环水池19，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24的驱动，先在低压级蒸发器21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28的低压补汽口，另一路经中压级工质加压泵25加压后，进入中压级蒸发
器22中吸收余热载体的热量，变成中压级工质蒸汽，一路经管道进入带补汽口
有机透平28的中压补汽口，另一路经高压级工质加压泵26加压后，进入高压
级蒸发器23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28的高压进汽缸，工质蒸汽在带补汽口有机透平28内膨胀做功，
并带动三相发电机29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
28排出的工质蒸汽由管壳式冷凝器31冷凝为饱和液体，进入储液罐27，储液
罐27可确保低压级工质加压泵24连续加压，再由低压级工质加压泵24将工质
液体加压后送入低压级蒸发器21中，开始新一轮循环，从管壳式冷凝器31出
来的循环水，通过溴化锂吸收式制冷机32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30送入管壳式冷凝
器31中，开始新一轮循环。
所述低沸点有机工质为R717，三级蒸发，低压级蒸发压力为0.65MPa，中
压级蒸发压力为0.85MPa，高压级蒸发压力为1.95MPa，膨胀做功后的工质压力
为0.20MPa时，系统输出电功率为3000KW，朗肯循环效率为25％，系统排出的
烟气温度为100℃。
本发明的最大特点是采用多级蒸发有机朗肯循环余热发电来回收矿热炉烟
气的余热，通过溴化锂吸收式制冷机冷却从管壳式冷凝器出来的循环冷却水，
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，
采用塑烧板除尘器收集细微粉尘，对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的细微
粉尘除尘效率为99.99％，可以确保排放粉尘浓度2mg/Nm3。
以100t/h矿热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25～30％，采用塑烧板除尘器收集
细微粉尘，对于粒径小于等于2.5微米(PM2.5)的细微粉尘除尘效率为99.99％，
确保低浓度排放，装置运行阻力低，降低了系统运行能耗，装置投资费用低、
维护费用低、装置占地省、排放浓度低，可以确保排放粉尘浓度2mg/Nm3。