帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統的製作方法

2023-09-21 02:57:30

專利名稱：：帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及轉爐煙氣淨化回收及餘熱發電(利用)領域，具體而言是涉及一種帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統。
背景技術：
：鋼鐵企業在大量消耗煤炭、電力等能源的同時產生大量的尾氣，其中富含大量餘熱、餘能(轉爐煤氣的化學能、壓力能等)等二次能源。氧氣頂吹轉爐在煉鋼過程中產生大量的高溫煙氣(轉爐出口處1400-1600°C)，一般通過汽化冷卻換熱產生蒸汽部分地回收其餘熱，但由於轉爐煉鋼過程的特點，其產生的高溫煙氣具有間歇性，蒸汽參數波動幅度很大，給蒸汽的有效利用增加了難度。另外，轉爐產生的高溫煙氣主要成分為一氧化碳且含有大量的小顆粒粉塵，在間歇生產過程中，處理不好極易發生煤氣爆炸。因此，有效、安全地利用轉爐煙氣餘熱、餘能發電是當前煉鋼工藝餘熱利用的一個技術難題。我國大多數煉鋼企業的轉爐煤氣餘熱、餘能回收利用率僅為30-50%，轉爐煤氣的放散率也將近40%(董會忠，等.鋼鐵行業能源綜合利用的工業生態學分析[J]，冶金能源，2008，27(2):3-6，15)。目前，我國大型煉鋼轉爐企業對轉爐煙氣的處理主要方法分為兩種溼法淨化回收工藝(0G法)和幹法淨化回收工藝(LT法)。上述兩種處理方法都是以保證生產運行和回收煤氣為出發點，而沒有重點考慮煙氣的顯熱回收和轉爐煤氣資源的綜合利用。而對於許多小型煉鋼轉爐企業而言，幾乎不對轉爐煙氣進行任何處理，直接放散排空，不僅造成煙氣餘熱、轉爐煤氣等二次能源的嚴重浪費，增加生產能耗，並且嚴重汙染生態環境。目前，已有以下幾種具有代表性的煉鋼轉爐煙氣餘熱(能)回收發電方案一、江西新餘鋼鐵有限公司提出轉爐煙氣餘熱飽和蒸汽發電系統，利用汽化冷卻煙道冷卻換熱高溫煙氣，產生飽和蒸汽，推動汽輪機組發電。該方案利用蓄能器調節蒸汽的波動性，但其只能對轉爐煙氣的高溫部分的餘熱進行回收，而轉爐煙氣經過汽化冷卻煙道後的溫度依然有800-1000°C，這部分的餘熱資源則沒有得到有效的利用，況且飽和蒸汽的溫度和壓力較低，其含溼量較高，易凝結為水，可能對汽輪機葉片的正常運行造成很大的危害，系統發電效率較低。另外，轉爐的間歇性使得煙氣餘熱回收過程中極可能滲入空氣，而存在安全隱患(曹武，韓慧珍.煉鋼轉爐煙氣餘熱飽和蒸汽發電[J]，煤氣與熱力，2005，25(9):56-57)。二、中國專利CN1971190A公開了一種煉鋼轉爐餘熱廢氣發電裝置，將由汽化冷卻煙道產生的飽和蒸汽再以轉爐煤氣為燃料加熱成過熱蒸汽後發電。該方案相對於轉爐煙氣餘熱飽和蒸汽發電系統，提高了蒸汽參數，提高了發電效率，但是該方案沒有考慮轉爐的間歇性使得煙氣餘熱回收過程中極可能滲入空氣，而易引起轉爐煤氣爆炸的安全隱患；且未對轉爐煤氣進行淨化處理，對過熱器的傳熱性能影響較大。三、中國專利CN1597999A公開了一種轉爐煤氣和餘熱蒸汽綜合利用發電裝置。該方案是利用轉爐煤氣燃燒產生蒸汽與轉爐餘熱鍋爐蒸汽綜合發電，有效利用轉爐煤氣和餘熱蒸汽。但是該方案的不足之處，轉爐煤氣具有不連續性，這使得燃燒室處於間歇運行的狀態，一方面影響了蒸汽的回收量，另一方面燃燒室的急冷急熱造成裝置熱脹冷縮頻繁，嚴重影響了裝置的使用壽命。另外，轉爐煙氣餘熱回收過程中極可能滲入空氣，該方案沒有提出消除煤氣爆炸的有效措施。四、中國專利CN1971191A公開了一種煉鋼轉爐煙氣餘能回收工藝方法，是一種幹法除塵及轉爐煙氣餘能回收工藝。煉鋼轉爐產生的高溫煙氣通過汽化冷卻煙道產生飽和蒸汽，由過熱器將飽和蒸汽過熱成過熱蒸汽，用於發電，同時回收潔淨的轉爐煤氣。其顯著的特點是在煉鋼轉爐非吹煉期，將收集的轉爐煤氣返回到煙罩與汽化冷卻煙道之間的燃燒室與空氣進行混合燃燒，產生1500°C以上的高溫煙氣，保證蒸汽的連續回收，並控制燃燒後煙氣中的氧含量低於1%。該方法利用燃燒降低轉爐間歇生產過程中煙道內煙氣的氧含量，並且使餘能回收連續化，提高安全性，延長裝置的使用壽命。但是該方法的側重點是淨化、回收轉爐煤氣，並且其未能提出完整的餘能發電裝置。
發明內容本實用新型的目的在於，針對轉爐煉鋼過程間隙、不連續的特點而造成轉爐煙氣餘熱資源難以工業化利用的難題，以及轉爐煙氣淨化回收過程中造成大量高溫餘熱資源(800-1000°C)白白浪費的現狀，而提出一種帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統。在不影響煉鋼生產的前提下，充分利用轉爐煙氣餘熱和轉爐煤氣資源(化學能)，產生相對連續、穩定的過熱蒸汽推動汽輪機組發電，最大限度地利用煉鋼生產過程中的餘熱、餘能，降低煉鋼生產能耗，提高企業的經濟效益及改善生態環境。為實現上述方案，本實用新型採用了如下技術方案一種帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，包括煉鋼轉爐、轉爐煙氣活動煙罩、汽化冷卻煙道、煙道式餘熱鍋爐、汽輪發電機組、布袋除塵器和轉爐煙氣淨化回收系統以及相關輔助設備，轉爐煙氣活動煙罩設在轉爐煙氣出口，轉爐煙氣活動煙罩與汽化冷卻煙道連接，汽化冷卻煙道的煙氣出口和煙道式餘熱鍋爐煙氣入口連接，餘熱鍋爐煙氣出口和布袋除塵器連接，布袋除塵器連接轉爐煙氣淨化回收系統，汽化冷卻煙道和餘熱鍋爐產生的飽和蒸汽送入鍋爐汽包中，鍋爐產生的過熱蒸汽，推動汽輪機組發電；在所述轉爐煙氣活動煙罩上方的汽化冷卻煙道的入口處和汽化冷卻煙道的出口處，分別設有水冷式插板閥，在所述煙道式餘熱鍋爐的前部設有水冷沉降室，前置沉降室外側設有煤氣燃燒器，所述轉爐煙氣淨化回收系統中設有轉爐煤氣罐，用於收集轉爐煙氣中經過淨化、冷卻後的轉爐煤氣，轉爐煤氣罐與煤氣燃燒器連接，將轉爐煤氣引入煤氣燃燒器。在轉爐煉鋼吹氧期開啟轉爐煙氣活動煙罩上方的水冷式插板閥，高溫煙氣首先在汽化冷卻煙道冷卻換熱產生飽和蒸汽，之後轉爐煙氣以垂直方式進入餘熱鍋爐，先在帶有水冷壁面的前置沉降室內進行預除塵，然後進入水平爐室內熱交換冷卻，轉爐煙氣再通過布袋除塵器進一步淨化，冷卻後收集到轉爐煤氣罐；汽化冷卻煙道產生的飽和蒸汽送入鍋爐汽包中，鍋爐產生的過熱蒸汽，推動汽輪機組發電；在轉爐非吹氧期，迅速關閉水冷式插板閥，並將收集的轉爐煤氣引入煤氣燃燒器與助燃空氣混合燃燒，產生高溫煙氣，保證餘熱鍋爐正常、穩定地產生連續的蒸汽，蒸汽推動汽輪機組發電。本實用新型的目的及解決的技術問題還可採用以下措施來進一步實現。所述汽化冷卻煙道設有旁路煙道，在旁路煙道的入口處設有水冷式插板閥，旁路煙道出口和蒸發冷卻器入口連接，蒸發冷卻器出口連接至布袋除塵器。所述的煙道式餘熱鍋爐包括水冷沉降室、汽包、過熱器、蒸發器和省煤器，並在沉降室底部設置灰鬥。所述的煤氣燃燒器置於所述水冷沉降室外壁，包括轉爐煤氣入口和助燃空氣入口，轉爐煤氣罐的出口和轉爐煤氣入口連接。所述汽化冷卻煙道還設有煤氣防爆裝置，煤氣防爆裝置是能夠在緊急情況下噴射惰性氣體(N2)以降低混入轉爐煤氣中氧氣濃度的抑爆裝置，安裝在汽化冷卻煙道中部。本實用新型的優點1、煙道式餘熱鍋爐自帶沉降室，採用垂直進氣方式，利用重力和慣性對轉爐煙氣進行預除塵，可以去除較大粒徑的灰粒。可以取代高溫除塵器，簡化轉爐煙氣淨化裝置，降低投資費用。2、在煉鋼轉爐吹煉期，充分利用煙氣餘熱，淨化回收轉爐煤氣，在煉鋼轉爐非吹煉期，利用回收的轉爐煤氣補燃產生高溫煙氣，保證餘熱鍋爐正常、穩定地產生連續的蒸汽，並且通過水冷插板閥有效地阻斷轉爐間歇生產過程中空氣(氧氣)的混入，防止煤氣爆炸，大大提高了系統的安全性。3、最大限度地利用轉爐煉鋼過程中產生的煙氣餘熱和轉爐煤氣資源(餘能)進行發電，提高蒸汽產量和蒸汽參數，提高轉爐煙氣餘熱、轉爐煤氣餘能回收利用效率，提高發電能力，降低煉鋼生產能耗。4、系統設置旁路系統，確保餘熱鍋爐出現故障或停爐檢修時，轉爐煤氣能夠正常冷卻、淨化和回收，不影響轉爐煉鋼工藝的正常生產運行。圖1為本實用新型的工藝流程示意圖。圖中除已標明的文字外，1-煉鋼轉爐，2-活動煙罩，3_#1水冷插板閥，4-汽化冷卻煙道，5-#1汽包，6-蒸發冷凝器，7-#2水冷插板閥，8-#3水冷插板閥，9-燃燒器，10-水冷壁沉降室，11-過熱器，12-蒸發器，13-省煤器，14-煙道式餘熱鍋爐，15-#2汽包，16-汽輪機，17-發電機，18-冷凝器，19-除氧器，20-凝結水泵，21-循環水泵，22-布袋除塵器，23-煤氣分析儀，24-冷卻塔，25-引風機，26-放散煙囪，27-三通閥，28-煤氣冷卻器，29-鼓風機，30-流量計，31-煤氣儲氣罐，32-煤氣防爆裝置。具體實施方式下面通過實施例對本實用新型做進一步描述，但不限於實施例。實施例以某煉鋼廠200t轉爐的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統為例。轉爐技術參數1、轉爐公稱容量200t2、最大爐氣量131000Nm3/h3、冶煉周期36min(其中，吹氧時間為14min)4、爐氣進入煙罩的溫度1400-1600°C[0032]5、煙氣初始含塵濃度80-150g/Nm36、原始爐氣成分tableseeoriginaldocumentpage67、轉爐煤氣回收量68·48Nm3/t鋼(轉爐煤氣回收率為80%)8、在煉鋼轉爐非吹氧期，利用煤氣燃燒器，轉爐煤氣與助燃空氣混合燃燒產生的煙氣溫度約為1600°C。—種帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，包括煉鋼轉爐1、轉爐煙氣活動煙罩2、汽化冷卻煙道4、煤氣防爆裝置32、帶煤氣燃燒裝置9的煙道式餘熱鍋爐14、汽輪發電機組16、17、布袋除塵器22和轉爐煙氣淨化回收系統以及相關輔助設備，轉爐煙氣活動煙罩2設在轉爐1煙氣出口，轉爐煙氣活動煙罩2與汽化冷卻煙道4連接，汽化冷卻煙道4的煙氣出口和帶煤氣燃燒裝置的煙道式餘熱鍋爐14煙氣入口連接，餘熱鍋爐14煙氣出口和布袋除塵器22連接，布袋除塵器22連接轉爐煙氣淨化回收系統，汽化冷卻煙道4和餘熱鍋爐14產生的飽和蒸汽送入鍋爐汽包5、15中，鍋爐14產生的過熱蒸汽，推動汽輪機組16、17發電。在轉爐煙氣活動煙罩2上方的汽化冷卻煙道的入口處和汽化冷卻煙道的出口處，分別設有#1水冷式插板閥3，#3水冷式插板閥8，在煙道式餘熱鍋爐14的前部設有水冷沉降室10，前置沉降室10外側設有煤氣燃燒器9，轉爐煙氣淨化回收系統中設有轉爐煤氣罐31，用於收集轉爐煙氣中經過淨化、冷卻後的轉爐煤氣，轉爐煤氣罐31與煤氣燃燒器9連接，將轉爐煤氣引入煤氣燃燒器9。汽化冷卻煙道4設有旁路煙道，在旁路煙道的入口處設有#2水冷式插板閥7，旁路煙道出口和蒸發冷凝器6入口連接，蒸發冷凝器6出口連接至布袋除塵器22。煙道式餘熱鍋爐14包括水冷沉降室10、#1、#2汽包、過熱器11、蒸發器12和省煤器13，並在沉降室底部設置灰鬥。煤氣燃燒器9置於水冷沉降室10外壁，煤氣燃燒器9包括轉爐煤氣入口和助燃空氣入口，轉爐煤氣罐31的出口和轉爐煤氣入口連接。汽化冷卻煙道4還設有煤氣防爆裝置32，煤氣防爆裝置32是能夠在緊急情況下噴射惰性氣體(N2)以降低混入轉爐煤氣中氧氣濃度的抑爆裝置，安裝在汽化冷卻煙道4中部。本實用新型運行如下，如圖1所示，轉爐1在煉鋼吹煉期，保持#1水冷式插板閥3和#2水冷式插板閥8開啟，旁路管道上的#3水冷式插板閥7關閉，轉爐煙氣(1400-1600°C)由活動煙罩2收集，進入汽化冷卻煙道4換熱冷卻產生飽和蒸汽，轉爐煙氣冷卻至800-100(TC，然後進入煙道式餘熱鍋爐14的水冷沉降室10，進行預除塵後，在餘熱鍋爐14內換熱冷卻，降溫後的轉爐煙氣再經過布袋除塵器22進一步精除塵，通過煤氣分析儀23對轉爐煙氣的成分進行分析，合格的轉爐煤氣進入煤氣冷卻器28進一步冷卻後，再送入煤氣儲氣罐31，不合格的轉爐煤氣則通過放散煙26排出，汽化冷卻煙道4產生的飽和蒸汽通過#1汽包5送入到餘熱鍋爐14的#2汽包15中，與餘熱鍋爐15產生的飽和蒸汽在過熱器11中一併加熱成過熱蒸汽，推動汽輪機組16、17發電；轉爐1在煉鋼非吹煉期，迅速關閉#1水冷式插板閥3和#2水冷式插板閥8，將煤氣儲氣罐15收集的轉爐煤氣與助燃空氣送入至煤氣燃燒器9燃燒產生的高溫煙氣(約1600°C)通過餘熱鍋爐14爐膛的水冷壁換熱產生飽和蒸汽，通過省煤器13冷卻後的煙氣(低於20(TC)，經過布袋除塵器22除塵後，通過放散煙囪26排出；餘熱鍋爐產生的中溫中壓的過熱蒸汽推動汽輪發電機組16、17發電，汽輪機排出的乏汽通過冷凝器18、冷卻塔24(冷卻系統)冷凝成飽和水，最後通過冷凝水泵20送入除氧器19，形成一個完整的蒸汽動力循環。權利要求帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，包括煉鋼轉爐、轉爐煙氣活動煙罩、汽化冷卻煙道、煙道式餘熱鍋爐、汽輪發電機組、布袋除塵器和轉爐煙氣淨化回收系統以及相關輔助設備，轉爐煙氣活動煙罩設在轉爐煙氣出口，轉爐煙氣活動煙罩與汽化冷卻煙道連接，汽化冷卻煙道的煙氣出口和煙道式餘熱鍋爐煙氣入口連接，餘熱鍋爐煙氣出口和布袋除塵器連接，布袋除塵器連接轉爐煙氣淨化回收系統，汽化冷卻煙道和餘熱鍋爐產生的飽和蒸汽送入鍋爐汽包中，鍋爐產生的過熱蒸汽，推動汽輪機組發電；其特徵在於在所述轉爐煙氣活動煙罩上方的汽化冷卻煙道的入口處和汽化冷卻煙道的出口處，分別設有水冷式插板閥，在所述煙道式餘熱鍋爐的前部設有水冷沉降室，前置沉降室外側設有煤氣燃燒器，所述轉爐煙氣淨化回收系統中設有轉爐煤氣罐，用於收集轉爐煙氣中經過淨化、冷卻後的轉爐煤氣，轉爐煤氣罐與煤氣燃燒器連接，將轉爐煤氣引入煤氣燃燒器。2.根據權利要求1所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述汽化冷卻煙道設有旁路煙道，在旁路煙道的入口處設有水冷式插板閥，旁路煙道出口和蒸發冷卻器入口連接，蒸發冷卻器出口連接至布袋除塵器。3.根據權利要求1所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述的煙道式餘熱鍋爐由水冷壁沉降室、過熱器、蒸發器及省煤器構成，沉降室底部設置有灰鬥。4.根據權利要求3所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述的煤氣燃燒器置於所述水冷沉降室外壁，包括轉爐煤氣入口和助燃空氣入口，轉爐煤氣罐的出口和轉爐煤氣入口連接。5.根據權利要求1或3所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述冷卻煙道還設有煤氣防爆裝置，所述煤氣防爆裝置是能夠噴射惰性氣體的抑爆裝置，布置在汽化冷卻煙道中部。6.根據權利要求3所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述省煤器中的水為強制循環，所述水冷沉降室、蒸發管束中的水為自然循環。7.根據權利要求1或權利要求2所述的帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，其特徵在於所述的汽化冷卻煙道設有旁路煙道，帶有蒸發冷卻器。專利摘要帶煤氣燃燒裝置的轉爐煙氣餘能發電系統，包括煉鋼轉爐、轉爐煙氣活動煙罩、汽化冷卻煙道、煙道式餘熱鍋爐、汽輪發電機組、布袋除塵器和轉爐煙氣淨化回收系統以及相關輔助設備，在所述轉爐煙氣活動煙罩上方的汽化冷卻煙道的入口處和汽化冷卻煙道的出口處，分別設有水冷式插板閥，在所述煙道式餘熱鍋爐的前部設有水冷沉降室，前置沉降室外側設有煤氣燃燒器，所述轉爐煙氣淨化回收系統中設有轉爐煤氣罐，用於收集轉爐煙氣中經過淨化、冷卻後的轉爐煤氣，轉爐煤氣罐與煤氣燃燒器連接，將轉爐煤氣引入煤氣燃燒器。文檔編號C21C5/40GK201574162SQ20092028248公開日2010年9月8日申請日期2009年12月18日優先權日2009年12月18日發明者何張陳,侯賓才,宋紀元,方明,楊宏宜,王陽申請人:南京凱盛開能環保能源有限公司