一種電轉爐煙氣餘熱發電系統的製作方法

2024-03-31 05:41:05

本發明涉及鋼鐵行業的節能技術領域，具體地說，涉及一種電轉爐煙氣餘熱發電系統。

背景技術：

電轉爐是近些年逐漸發展起來並逐步推廣使用的煉鋼爐，電轉爐既不同於氧氣頂吹轉爐，也不同於直流電弧爐，是氧氣頂吹轉爐與直流電弧爐的技術結合體。在電轉爐冶煉的過程中，會產生大量的高溫煙氣(最高溫度甚至可達1600℃以上)。這些高溫煙氣不僅帶走了大量的熱能，而且還會影響下遊除塵設備的運行，進而帶來環境汙染問題。

近年來，隨著鋼鐵企業對節能減排的日益重視，如何將煉鋼工序高溫煙氣中的顯熱充分回收，變「廢」為寶，已經成為煉鋼企業日益關心的問題。由於電轉爐是近幾年興起的煉鋼設備，目前還未形成一套完善的電轉爐高溫煙氣餘熱利用方案，工程上採用的回收方式普遍比較粗放，沒有根據煙氣品味的高低來設計換熱系統，也就不能充分利用煙氣餘熱。因此，構建一種可以充分利用電轉爐煙氣餘熱資源的方案，使其可以充分回收電轉爐煙氣的餘熱並加以合理利用，必然可產生較為可觀的經濟收益，具有重要的實際意義。

技術實現要素：

根據本發明的一個方面，提供了一種電轉爐煙氣餘熱發電系統，包括從電轉爐上方的水冷彎頭的煙氣出口沿煙氣流動方向依次連通的第一汽化冷卻煙道、第二汽化冷卻煙道、燃燒沉降室、第三汽化冷卻煙道和餘熱鍋爐，餘熱鍋爐中的蒸發器、省煤器沿著煙氣流動方向順次布置，所述電轉爐煙氣餘熱發電系統又根據工作壓力不同分成低壓汽水系統、高壓汽水系統，其中，所述低壓汽水系統用於冷卻第一汽化冷卻煙道和燃燒沉降室的爐門，由低壓鍋筒-除氧器供應給水，從而產生低壓蒸汽；而所述高壓汽水系統用於冷卻第二汽化冷卻煙道、燃燒沉降室的爐蓋、第三汽化冷卻煙道、餘熱鍋爐，由高壓鍋筒供應給水，從而產生高壓蒸汽，所述高壓鍋筒通過蒸汽管道與蓄熱器、汽輪機依次連通，從所述蓄熱器出來的穩定蒸汽進入所述汽輪機，從而驅動所述汽輪機帶動發電機發電。

優選地，所述低壓汽水系統包括低壓鍋筒-除氧器、低壓循環泵，所述低壓鍋筒-除氧器通過第一下降管與低壓循環泵連接，所述低壓循環泵的出水管路分支為兩路，一路與第一汽化冷卻煙道的進水口連通，另一路與燃燒沉降室的爐門的汽化冷卻裝置進水口連通，所述第一汽化冷卻煙道的出汽口、所述燃燒沉降室的爐門的汽化冷卻裝置的出汽口與所述低壓鍋筒-除氧器的上升管口連通，並且所述高壓汽水系統包括給水泵、高壓鍋筒、高壓循環泵，所述低壓鍋筒-除氧器通過第一出水管與給水泵連接，所述給水泵的出水管路與所述餘熱鍋爐中的省煤器的進水口連通，所述省煤器的出水口與所述高壓鍋筒的進水口連通，並且所述高壓鍋筒通過第二下降管與所述高壓循環泵連接，所述高壓循環泵的出口管道分為多個支路，分別與所述第二汽化冷卻煙道的進水口、所述第三汽化冷卻煙道的進水口以及燃燒沉降室的爐蓋的汽化冷卻裝置的進水口連通，所述第二汽化冷卻煙道的出汽口、所述第三汽化冷卻煙道的出汽口以及燃燒沉降室的爐蓋的汽化冷卻裝置的出汽口均通過管道與所述高壓鍋筒的上升管口連通，形成閉式強制循環迴路，所述高壓鍋筒通過第三下降管與所述餘熱鍋爐中的蒸發器的進水口相連，所述蒸發器的出汽口與所述高壓鍋筒的上升管口連通，形成一個自然循環迴路。

優選地，所述蓄熱器的出口蒸汽管路還分出一路支路與低壓鍋筒-除氧器的輔助加熱蒸汽接口連通。

優選地，在餘熱鍋爐中，在所述省煤器的煙氣側下遊還設置有採用逆流布置的凝結水預熱器，用來對汽輪機來的凝結水進行預熱，所述汽輪機的排汽管道與凝汽器、凝結水泵、餘熱鍋爐中的凝結水預熱器、低壓鍋筒-除氧器的進水口沿凝結水流程依次相連。

優選地，第三汽化冷卻煙道和餘熱鍋爐之間設置有對流煙道，所述對流煙道中設置有採用逆流布置的對流換熱器，所述高壓循環泵的出水管道上分出一個支路與所述對流煙道中的對流換熱器的進水口相連，所述對流換熱器的出汽口通過管道與所述高壓鍋筒的上升管口相連。

優選地，所述第一汽化冷卻煙道採用移動式煙道，所述第二汽化冷卻煙道和第三汽化冷卻煙道採用固定式煙道，所述第一汽化冷卻煙道的煙氣進口端與所述水冷彎頭的煙氣出口端連通且有預設的間隙，所述第一汽化冷卻煙道的煙氣出口端與所述第二汽化冷卻煙道的煙氣進口端連通；所述第一汽化冷卻煙道上安裝有牽引裝置，該牽引裝置可驅動第一汽化冷卻煙道進行水平移動，而第一汽化冷卻煙道的煙氣出口端則貼在所述第二汽化冷卻煙道的煙氣進口端上水平移動，從而控制第一汽化冷卻煙道與水冷彎頭之間的間隙，進而調節進入第一汽化冷卻煙道的燃燒空氣量。

優選地，所述蒸發器採用逆流布置，所述蒸發器的進水口位於蒸發器的低溫煙氣端，所述蒸發器的出汽口位於蒸發器的高溫煙氣端。

附圖說明

通過結合下面附圖對其實施例進行描述，本發明的上述特徵和技術優點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本發明實施例的電轉爐煙氣餘熱發電系統的示意圖。

其中，電轉爐1、水冷彎頭2、第一汽化冷卻煙道3、第二汽化冷卻煙道4、燃燒沉降室5、第三汽化冷卻煙道6、對流煙道7、餘熱鍋爐8(內含蒸發器81、省煤器82、凝結水預熱器83)、低壓鍋筒-除氧器9、高壓鍋筒10、低壓循環泵11、給水泵12、高壓循環泵13、蓄熱器14、汽輪機15、發電機16、凝汽器17、凝結水泵18、第一下降管91、第一出水管92、第二下降管101、第三下降管102。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發明所述的電轉爐煙氣餘熱發電系統的實施例。本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用於限制權利要求的保護範圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，並且相同的附圖標記表示相同的部分。需要說明的是，需要說明的是，本發明所述高壓、低壓是為了區分汽水系統的壓力等級而進行的區分命名(如：高壓蒸汽、低壓蒸汽的壓力分別設計為2.45MPa、0.5MPa)，並非絕對高壓(如9.81MPa)、絕對低壓(如0.8MPa)，並且，以下汽水流動方向均按圖中箭頭所示方向流動。

本發明公開了一種電轉爐煙氣餘熱發電系統，包括從電轉爐1上方的水冷彎頭2的煙氣出口沿煙氣流動方向依次連通的第一汽化冷卻煙道3、第二汽化冷卻煙道4、燃燒沉降室5、第三汽化冷卻煙道6和餘熱鍋爐8，經餘熱鍋爐8排出的煙氣如箭頭A所示進入下遊除塵設施，經進一步除塵後排放出去。餘熱鍋爐8中的蒸發器81、省煤器82沿著煙氣流動方向順次布置，煙氣餘熱發電系統又根據工作壓力不同分成低壓汽水系統、高壓汽水系統，其中，所述低壓汽水系統用於冷卻第一汽化冷卻煙道3和燃燒沉降室5的爐門51，由低壓鍋筒-除氧器9供應給水，從而產生低壓蒸汽，該低壓鍋筒-除氧器是低壓鍋筒和除氧器的組合，除氧器安裝於低壓鍋筒的上方，低壓鍋筒能夠兼作除氧水箱。而所述高壓汽水系統用於冷卻第二汽化冷卻煙道4、燃燒沉降室5的爐蓋52、第三汽化冷卻煙道6、餘熱鍋爐8，由高壓鍋筒10(亦稱汽包，是自然循環鍋爐中最重要的受壓元件)供應給水，從而產生高壓蒸汽，所述高壓鍋筒10輸出的蒸汽經過蓄熱器14處理後與汽輪機15、發電機16配合完成餘熱利用。具體地說，所述高壓鍋筒10的出汽口與蓄熱器14的進汽口連通，蓄熱器14的出汽口向汽輪機15供應蒸汽，從而驅動所述汽輪機帶動發電機16發電。特別地，蓄熱器14還分出一支管路與低壓鍋筒-除氧器9的輔助加熱蒸汽接口相連。

下面詳細說明電轉爐煙氣餘熱發電系統的低壓汽水系統、高壓汽水系統。為保證處於高溫端的第一汽化冷卻煙道的快速冷卻，並考慮到燃燒沉降室爐門的活動性，第一汽化冷卻煙道和燃燒沉降室爐門冷卻採用低壓汽水系統。如圖1所示，所述低壓汽水系統包括低壓鍋筒-除氧器9、低壓循環泵11，所述低壓鍋筒-除氧器9通過第一下降管91與低壓循環泵11連接，所述低壓循環泵11的出水管路分支為兩路，一路與所述第一汽化冷卻煙道3的進水口連通，另一路與所述燃燒沉降室5的爐門51的汽化冷卻裝置進水口連通，所述第一汽化冷卻煙道3的出汽口、所述燃燒沉降室5的爐門51的汽化冷卻裝置的出汽口與所述低壓鍋筒-除氧器9的上升管口連通。

對於其他換熱系統採用高壓汽水系統，給水由壓力相對較高的高壓鍋筒10的下水來供應，從而以更加經濟的方式回收煙氣餘熱。所述高壓汽水系統包括給水泵12、高壓鍋筒10，所述低壓鍋筒-除氧器9通過第一出水管92與給水泵12連接，所述給水泵12的出水管路與所述餘熱鍋爐8中的省煤器82的進水口連通，所述省煤器82的出水口與所述高壓鍋筒10的進水口連通。

所述高壓鍋筒10通過第二下降管101與所述高壓循環泵13連接，所述高壓循環泵13的出口管道分為多個支路，分別與所述第二汽化冷卻煙道4的進水口、所述第三汽化冷卻煙道6的進水口以及燃燒沉降室5的爐蓋52的汽化冷卻裝置的進水口連通，所述第二汽化冷卻煙道4的出汽口、所述第三汽化冷卻煙道6的出汽口以及燃燒沉降室5的爐蓋52的汽化冷卻裝置的出汽口均通過管道與所述高壓鍋筒10的上升管口連通，形成閉式強制循環迴路。

所述高壓鍋筒10通過第三下降管102與所述餘熱鍋爐8中的蒸發器81的進水口相連，所述蒸發器81的出汽口與所述高壓鍋筒10的上升管口連通，形成一個自然循環迴路。

該電轉爐煙氣餘熱發電系統合理布置汽化冷卻煙道、餘熱鍋爐、高壓鍋筒與低壓鍋筒-除氧器，形成高壓汽水系統和低壓汽水系統，能夠充分吸收煙氣餘熱。

在一個可選實施例中，在省煤器82的煙氣側下遊還設置有採用逆流布置的凝結水預熱器83，用來對汽輪機來的凝結水進行預熱，所述汽輪機15的排汽管道與凝汽器17、凝結水泵18、餘熱鍋爐中的凝結水預熱器83、低壓鍋筒-除氧器9的進水口沿凝結水流程依次相連。特別地，凝結水預熱器83採用逆流布置，也就是說，凝結水預熱器的進水口位於餘熱鍋爐8的凝結水預熱器83的低溫煙氣端，所述餘熱鍋爐的凝結水預熱器的出汽口位於餘熱鍋爐的凝結水預熱器的高溫煙氣端。

在一個可選實施例中，第三汽化冷卻煙道和餘熱鍋爐之間設置有對流煙道7，所述對流煙道7中設置有採用逆流布置的對流換熱器，所述高壓循環泵13的出水管道上分出一個支路與所述對流煙道中的對流換熱器的進水口相連，所述對流煙道中的對流換熱器的出汽口通過管道與所述高壓鍋筒10的上升管口相連。特別地，對流換熱器採用逆流布置，也就是說，對流換熱器的進水口位於對流煙道中的對流換熱器的低溫煙氣端，所述對流煙道中的對流換熱器的出汽口位於對流煙道中的對流換熱器的高溫煙氣端。

在一個可選實施例中，第一汽化冷卻煙道3、第二汽化冷卻煙道4、第三汽化冷卻煙道6均採用順流布置方式，具體地說，第一汽化冷卻煙道3的進水口位於第一汽化冷卻煙道3的高溫煙氣端，第一汽化冷卻煙道3的出汽口位於第一汽化冷卻煙道3的低溫煙氣端。第二汽化冷卻煙道4的進水口位於第二汽化冷卻煙道4的高溫煙氣端，所述第二汽化冷卻煙道4的出汽口位於第二汽化冷卻煙道4的低溫煙氣端。所述第三汽化冷卻煙道6的進水口位於第三汽化冷卻煙道6的高溫煙氣端，所述第三汽化冷卻煙道6的出汽口位於第三汽化冷卻煙道6的低溫煙氣端。

在一個可選實施例中，所述蒸發器81採用逆流布置，具體地說，所述蒸發器81的進水口位於蒸發器的低溫煙氣端，所述蒸發器81的出汽口位於蒸發器的高溫煙氣端。

在一個可選實施例中，所述省煤器82也採用逆流布置，所述省煤器82的進水口位於省煤器82的低溫煙氣端，所述省煤器82的出汽口位於省煤器的高溫煙氣端。

在一個可選實施例中，所述第一汽化冷卻煙道3採用移動式煙道，所述第二汽化冷卻煙道4和第三汽化冷卻煙道6採用固定式煙道，所述第一汽化冷卻煙道4的煙氣進口端與所述水冷彎頭2的煙氣出口端連通且有預設的間隙，所述第一汽化冷卻煙道3的煙氣出口端與所述第二汽化冷卻煙道4的煙氣進口端連通。所述第一汽化冷卻煙道3上安裝有牽引裝置，該牽引裝置可驅動第一汽化冷卻煙道3進行水平移動，而第一汽化冷卻煙道3的煙氣出口端則貼在所述第二汽化冷卻煙道4的煙氣進口端上水平移動，從而控制第一汽化冷卻煙道3與水冷彎頭2之間的間隙，進而調節進入第一汽化冷卻煙道3的燃燒空氣量。

綜上所述，本發明的電轉爐煙氣餘熱發電系統具有以下有益效果：

(1)對電轉爐的高溫煙氣餘熱進行充分回收，產生蒸汽用於發電，首先通過汽化冷卻的方式來回收電轉爐的高溫煙氣廢熱，然後通過對流煙道來進一步吸收煙氣餘熱並降低煙氣溫度，以改善餘熱鍋爐運行條件，最後通過餘熱鍋爐的方式來回收電轉爐的煙氣廢熱，將煙氣溫度降低到一定溫度，不僅回收了餘熱，還可以為下遊的除塵設施的安全運行提供條件。

(2)根據煙氣品味的高低進行受熱面的優化設置，在高壓汽水系統和低壓汽水系統的設計，以及汽化冷卻煙道、餘熱鍋爐與低壓鍋筒-除氧器、高壓鍋筒的連接設置上綜合考慮系統的安全性和熱經濟性，能夠更加合理的回收煙氣餘熱。

(3)傳統的餘熱鍋爐一般將最後一級受熱面設置成省煤器，而本發明在餘熱鍋爐尾部增設了凝結水預熱器，經過省煤器降溫後的煙氣餘熱用來對汽輪機來的凝結水進行預熱，不僅進一步吸收了煙氣餘熱，提高餘熱發電系統的熱經濟性，而且提高了低壓鍋筒-除氧器進水溫度，降低了整個凝結水換熱系統的換熱溫差，減小了其換熱火用損，提高了能源有效利用率。此外，凝結水預熱器的設置還可降低進入下遊除塵設施的煙氣溫度，保證除塵設施的安全運行，並改善其運行環境，延長其使用壽命。

(4)通過第一汽化冷卻煙道的水平移動來調整第一汽化冷卻煙道煙氣進口與水冷彎頭煙氣出口之間的間隙，以控制從該間隙吸入的空氣量，進而控制電轉爐爐氣的燃燒，該方法與常規採用的通過滑套來實現爐氣燃燒空氣量調節的方法相比，具有更好的可操作性和穩定性，系統更能承受惡劣的運行條件，可降低常規方法由於滑套故障導致電轉爐停爐的頻率，系統使用壽命更長。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。