推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統和自然循環式蒸發器的製作方法

2023-04-23 06:43:06

本發明涉及鋼鐵企業推鋼式加熱爐餘熱回收領域，具體的是一種推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統，還是一種自然循環式蒸發器。

背景技術：

在鋼鐵生產企業的加熱爐環節，加熱爐內的支撐梁用於承託被加熱的鋼坯或型鋼，由於支撐梁直接與高溫的被加熱體接觸，因此需要對支撐梁進行冷卻以保護支撐梁不會因高溫環境而遭到破壞。目前基本採用向支撐梁內部通入飽和水汽化的方式進行冷卻。

同時，加熱爐的燃料燃燒後，會排出大量高溫煙氣。為了回收這些煙氣中的餘熱，需要在加熱爐煙道中加入餘熱回收裝置。加熱爐煙氣餘熱回收裝置一般包括空氣預熱器、煤氣預熱器、蒸汽過熱器、蒸發器和省煤器等。

目前鋼鐵行業中採用的蒸發器均為強制循環方式，需要設置循環泵，通過循環泵對流體加壓，從而達到流體在蒸發器中流過吸收煙氣餘熱的效果。

現有技術中的缺點是：這種餘熱回收系統由於需要設置循環泵，佔據空間較大，不利於餘熱回收熱力系統的排布；同時由於設置了循環泵以及調節流量裝置，大幅增加了餘熱回收系統的成本，加大了餘熱回收系統推廣的難度。

技術實現要素：

為了解決現有餘熱回收熱力系統佔據空間較大的不足，本發明提供了一種推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統和自然循環式蒸發器，該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統中汽包與加熱爐支撐梁和蒸發器之間完全的通過自然循環進行推鋼式加熱爐煙氣餘熱的回收，省去了強制循環泵以及流量控制裝置，具有布置緊湊節省空間、降低成本、節能降耗、便於操作等優點。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統，包括汽包、加熱爐支撐梁和蒸發器，蒸發器設置於加熱爐煙道內，加熱爐支撐梁設置於加熱爐內，汽包與加熱爐支撐梁和蒸發器連接，加熱爐支撐梁能夠將該加熱爐內的部分熱量輸送至汽包內，蒸發器能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至汽包內，汽包的位置高於加熱爐支撐梁的位置和蒸發器的位置。

汽包的出水口通過汽包出水管分別與加熱爐支撐梁的加熱爐支撐梁入口端以及蒸發器的蒸發器入口連接，蒸發器的蒸發器出口通過蒸發器回水管與汽包的回水口連接，加熱爐支撐梁的加熱爐支撐梁出口端通過加熱爐支撐梁回水管與汽包的回水口連接。

該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統還包括蒸汽過熱器和蒸汽併網管道，蒸汽過熱器設置於該加熱爐煙道內，蒸汽併網管道的一端與汽包的蒸汽出口端連接，蒸汽併網管道經過蒸汽過熱器，蒸汽過熱器能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至蒸汽併網管道中。

蒸汽過熱器設置在該加熱爐煙道內的高溫煙氣側，蒸發器設置在該加熱爐煙道內的低溫煙氣側。

該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統還包括蒸汽引射管道，蒸汽引射管道的一端和蒸汽併網管道連接，蒸汽引射管道的一端位於蒸汽過熱器和蒸汽併網管道的另一端之間，蒸汽引射管道的另一端通過蒸汽引射支管分別與蒸發器回水管和加熱爐支撐梁回水管連接，蒸汽引射支管能夠在排汽時使蒸發器回水管和加熱爐支撐梁回水管中的流體向汽包中流動。

加熱爐支撐梁含沿爐長方向設置的橫支撐梁，加熱爐支撐梁入口端包括橫支撐梁的入口端，加熱爐支撐梁出口端包括橫支撐梁的出口端，沿爐長方向，橫支撐梁的入口端位於該橫支撐梁的兩端，橫支撐梁的出口端位於該橫支撐梁的中部。

一種自然循環式蒸發器，為上述蒸發器，該自然循環式蒸發器含有依次連接的蒸發器入口、蒸發器進水管、蒸發器進水集箱、蒸發器回水管、蒸發器回水集箱和蒸發器出口，蒸發器入口、蒸發器出口和蒸發器回水集箱均位於該自然循環式蒸發器的上部，蒸發器進水集箱位於該自然循環式蒸發器的下部，蒸發器回水管的外表面積大於蒸發器進水管的外表面積。

蒸發器進水管為一根立管，蒸發器回水管含有多根相互平行的立管，蒸發器進水管的外徑大於蒸發器回水管的外徑。

該自然循環式蒸發器的上部設有耐火材料支撐墩，蒸發器入口和蒸發器出口均位於耐火材料支撐墩的上方，蒸發器回水集箱和蒸發器出口之間的連接管線位於耐火材料支撐墩內，蒸發器回水集箱的上部位於耐火材料支撐墩內，蒸發器進水管穿過耐火材料支撐墩。

耐火材料支撐墩的上部邊緣設有護邊角鋼架，護邊角鋼架的兩側設有用於懸掛該自然循環式蒸發器的掛耳。

本發明的有益效果是：通過容器與加熱爐支撐梁及蒸發器間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環，可以不需要額外設置強制循環泵和相關的流量控制裝置，餘熱回收熱力系統的結構更加緊湊，具有布置緊湊節省空間、降低成本、節能降耗、便於操作等優點。本發明不但可以節省強制循環泵，還通過細節處理減少了系統中的流體阻力損失，有效地避免了自然循環中存在的因為循環不暢造成的局部過熱汽化現象。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。

圖1是該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統的總體結構示意圖。

圖2是加熱爐支撐梁的結構示意圖。

圖3是自然循環式蒸發器的主視圖。

圖4是圖3中沿B-B方向的剖視圖。

圖5是圖3中沿A-A方向的剖視圖。

10、汽包；11、飽和蒸汽出口；12、蒸汽放散管道；13、蒸汽放散閘閥；

20、加熱爐支撐梁；21、加熱爐支撐梁入口端；22、加熱爐支撐梁出口端；23、加熱爐支撐梁連接口；24、加熱爐支撐梁連接管；25、橫支撐梁；

30、蒸發器；31、蒸發器入口；32、蒸發器出口；33、蒸發器進水管；34、蒸發器進水集箱；35、蒸發器回水管；36、蒸發器回水集箱；37、耐火材料支撐墩；38、護邊角鋼架；39、掛耳；

40、汽包出水管；

50、蒸發器回水管；51、加熱爐支撐梁回水管；

60、蒸汽併網管道；61、蒸汽併網閘閥；62、蒸汽止回閥；

70、蒸汽引射管道；71、蒸汽引射閘閥；72、蒸汽引射支管；

80、蒸汽過熱器；81、蒸汽過熱器入口端；82、蒸汽過熱器出口端；

90、廠區蒸汽管網。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

一種推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統，包括汽包10、加熱爐支撐梁20和蒸發器30，蒸發器30設置於加熱爐煙道內，加熱爐支撐梁20設置於加熱爐內，汽包10與加熱爐支撐梁20和蒸發器30連接，加熱爐支撐梁20能夠將該加熱爐內的部分熱量輸送至汽包10內，蒸發器30能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至汽包10內，汽包10的位置高於加熱爐支撐梁20的位置和蒸發器30的位置，如圖1所示。

汽包10的位置高於加熱爐支撐梁20的位置和蒸發器30的位置，具體高差需要根據工程實例進行熱力計算。通過容器(如汽包10)與加熱爐支撐梁20及蒸發器30間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環，可以不需要額外設置強制循環泵和相關的流量控制裝置，使餘熱回收熱力系統的結構更加緊湊，達到節約空間和成本、回收系統內部熱量的目的。需要說明的是，本實施例中的蒸發器30的結構形式需要根據加熱爐煙氣產量、煙氣溫度、煙氣成分及空間位置進行計算和布置。

在本實施例中，汽包10的出水口通過汽包出水管40分別與加熱爐支撐梁20的加熱爐支撐梁入口端21以及蒸發器30的蒸發器入口31連接，蒸發器30的蒸發器出口32通過蒸發器回水管50與汽包10的回水口連接，加熱爐支撐梁20的加熱爐支撐梁出口端22通過加熱爐支撐梁回水管51與汽包10的回水口連接。加熱爐支撐梁20為空心結構，加熱爐支撐梁20內含有連通加熱爐支撐梁入口端21和加熱爐支撐梁出口端22的內通道。

在本實施例中，該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統還包括蒸汽過熱器80和蒸汽併網管道60，蒸汽過熱器80設置於該加熱爐煙道內，蒸汽併網管道60的一端與汽包10的蒸汽出口端11連接，蒸汽併網管道60經過蒸汽過熱器80，蒸汽過熱器80能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至蒸汽併網管道60中。蒸發器30和蒸汽過熱器80均可以採用現有市售產品，也可以採用改進型產品。

在本實施例中，蒸汽過熱器80設置在該加熱爐煙道內的高溫煙氣側，蒸發器30設置在該加熱爐煙道內的低溫煙氣側。即該加熱爐煙道內煙氣流動方向為先經過蒸汽過熱器80，再經過蒸發器30，然後排出，如圖1所示。另外，蒸發器30需要設置支撐組件，支撐組件固定於加熱爐煙道內，並與蒸發器30連接。根據加熱爐煙氣量、煙氣溫度、煙氣成分等參數，計算蒸發器30要滿足的換熱面積，並根據飽和水溫度特性確定流經蒸發器的流體的流量。

在本實施例中，該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統還包括蒸汽引射管道70，蒸汽引射管道70的一端和蒸汽併網管道60連接，該蒸汽引射管道70的一端位於蒸汽過熱器80和蒸汽併網管道60的另一端之間，蒸汽引射管道70的另一端通過兩根蒸汽引射支管72分別與蒸發器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51一一對應連接，蒸汽引射支管72能夠在排汽時使蒸發器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51中的流體向汽包10中流動。

具體點，所述蒸汽引射支管72分別斜插入加熱爐支撐梁回水管51和蒸發器回水管50。蒸汽引射支管72要斜向上由加熱爐支撐梁回水管51和蒸發器回水管50的側壁插入管道，蒸汽流動方向與回水方向要呈現小於45°的銳角，以保證引射蒸汽的引射效果。通過蒸汽引射，可以有效地改善餘熱回收系統內溫度較低時的自然循環。

在本實施例中，加熱爐支撐梁20含沿爐長方向設置的橫支撐梁25，加熱爐支撐梁入口端21包括橫支撐梁的入口端211，加熱爐支撐梁出口端22包括橫支撐梁的出口端221，沿爐長方向，橫支撐梁的入口端211位於該橫支撐梁的兩端，橫支撐梁的出口端221位於該橫支撐梁的中部，如圖2所示。這樣的設置縮短了循環迴路的長度，減小了流體在支撐梁中的阻力損失，改善了自然循環的效果。

具體的，汽包10具有儲存循環水和分離蒸汽的功能，加熱爐支撐梁20設置在加熱爐內。汽包出水管40從汽包出水口引出，分別與加熱爐支撐梁入口端21和蒸發器入口31連通。加熱爐支撐梁回水管51從加熱爐支撐梁出口端22引出，與汽包10的回水口連通。蒸發器回水管50從蒸發器30的出口端32引出，與汽包10的回水口連通。蒸汽併網管道60，蒸汽併網管道60從汽包10的蒸汽出口端11引出，經過蒸汽過熱器80，進入廠區蒸汽管網90。蒸汽引射管道70從蒸汽併網管道60引出，分為蒸汽引射支管，蒸汽引射支管分別插入蒸發器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51。

本發明實施例中的流體為飽和汽水混合物。汽包和加熱爐支撐梁20以及蒸發器30需要有一定的高度差，汽包要高於加熱爐支撐梁20以及蒸發器30。汽包內的飽和水通過流體輸入支線進入加熱爐支撐梁的入口端21和蒸發器30的入口端31，飽和水吸收加熱爐支撐梁和煙氣的熱量後，部分汽化形成飽和的汽水混合物，從加熱爐支撐梁的出口端22和蒸發器的出口端32經過流體輸出支線回到汽包的回水口，進入汽包。在汽包中，汽水混合物中的飽和蒸汽分離出來，從汽包的飽和蒸汽出口11引出，經過蒸汽過熱器80，進入蒸汽併網管道60。

蒸汽併網管道60的一端和汽包的飽和蒸汽出口11連接，蒸汽併網管道60的另一端和廠區蒸汽管網90連接。汽包產生的飽和蒸汽，進入過熱器80，加熱後的蒸汽除用於引射的蒸汽外，其餘蒸汽通過蒸汽併網管道60進入廠區蒸汽管網90。餘熱回收熱力系統還包括蒸汽併網閘閥61，蒸汽併網閘閥61設置在蒸汽併網管道60上。蒸汽併網閘閥61可以通過開啟和關閉來控制是否將餘熱回收熱力系統產生的飽和蒸汽輸入廠區蒸汽管網。餘熱回收熱力系統還包括蒸汽止回閥62，蒸汽止回閥62設置在蒸汽併網管道60上。通過蒸汽止回閥62的飽和蒸汽只能從汽包的飽和蒸汽出口11流向廠區蒸汽管網90，而不能從廠區蒸汽管網90流向汽包的飽和蒸汽輸出埠11。餘熱回收熱力系統還包括蒸汽引射閘閥71，蒸汽引射閘閥71設置在蒸汽引射管道70上。蒸汽放散閘閥71可以通過開啟和關閉來控制是否對餘熱回收熱力系統進行蒸汽引射。餘熱回收熱力系統還包括蒸汽管網90，蒸汽併網管道70的出口端與蒸汽管網90連接。上述蒸汽管網90為下一工序的熱蒸汽使用器件。當加熱爐正常生產時，汽包產生的蒸汽經過蒸汽併網管線時，一部分蒸汽可以進入蒸汽引射主管；當加熱爐剛剛啟動時，爐溫不高，汽包尚未產生蒸汽時，廠區蒸汽管網的蒸汽可以進入蒸汽引射主管。

該推鋼式加熱爐自然循環餘熱回收系統的工作過程如下：

當加熱爐啟動運行時，首先將汽包10的蒸汽放散閘閥13打開，將蒸汽引射閘閥71打開，將蒸汽併網閘閥61關閉。引射蒸汽通過蒸汽引射管道70進入蒸汽引射支管72，然後分別通入蒸發器回水管51和加熱爐支撐梁回水管52。汽包10中的水經過汽包出水管40分別流入加熱爐支撐梁20和蒸發器30，然後流體分別進入蒸發器回水管51和加熱爐支撐梁回水管52，之後在引射蒸汽的助推下，進入汽包10的回水口，完成循環過程。引射蒸汽隨流體進入汽包10後，通過蒸汽放散管道12排出餘熱回收熱力系統，進入大氣。

一旦當加熱爐的爐溫達到正常生產狀態後，餘熱回收熱力系統中的水吸收了加熱爐支撐梁和加熱爐煙氣中的熱量，部分汽化形成了汽水混合物，流體自身的密度差使餘熱回收熱力系統中的自然循環建立，無需再藉助蒸汽引射。此時，將汽包10的蒸汽放散閘閥13關閉，將蒸汽引射閘閥71關閉，將蒸汽併網閘閥61打開。汽包10中產生的飽和蒸汽，通過蒸汽併網管道60進入過熱器80加熱後，進入廠區蒸汽管網90。

從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：通過容器與加熱爐支撐梁及蒸發器間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環，可以不需要額外設置強制循環泵和相關的流量控制裝置，餘熱回收熱力系統的結構更加緊湊，達到節約空間和成本、回收系統內部熱量的目的。

下面介紹一種自然循環式蒸發器，該自然循環式蒸發器為上述蒸發器30，該自然循環式蒸發器含有依次連接的蒸發器入口31、蒸發器進水管33、蒸發器進水集箱34、蒸發器回水管35、蒸發器回水集箱36和蒸發器出口32，蒸發器入口31、蒸發器出口32和蒸發器回水集箱36均位於該自然循環式蒸發器的上部，蒸發器進水集箱34位於該自然循環式蒸發器的下部，蒸發器回水管35的外表面積大於蒸發器進水管33的外表面積，如圖3至圖5所示。

該自然循環式蒸發器由下部集中供水，流體經過管束在煙氣中換熱後，由蒸發器上部分散出水。這種蒸發器結構可以減小流體通過蒸發器受到的阻力，進一步實現餘熱回收系統自然循環。該自然循環式蒸發器安裝在加熱爐煙道內，循環水通過蒸發器進水管33進入蒸發器，之後通過蒸發器回水管35流出。蒸發器採用集中進水分散回水的結構方式，通過一到兩根進水管直接將循環水輸送到位於蒸發器最下端的蒸發器進水集箱34。之後循環水沿數十根蒸發器回水管進入蒸發器回水集箱36，由於蒸發器回水管的數量設置很多，形成了很大的受熱面積，這樣循環水在通過蒸發器回水管時，可以充分的與煙道內的煙氣形成熱交換。由於加熱爐煙氣餘熱回收系統中使用的循環水為高溫飽和水，所以在蒸發器回水管中吸熱後，部分循環水發生汽化，循環水變成密度更小的汽水混合物。由於循環水吸熱前後產生了密度差，這樣吸熱後的汽水混合物就由於密度差帶來的動能通過蒸發器回水管口返回汽包，進行汽水分離，從而達到自然循環的效果。本蒸發器的關鍵點在於，集中進水管和分散回水管的設計，使得循環水在下降過程中儘量減少吸熱，而在上升過程中加大吸熱，從而產生密度差。另外，在餘熱回收系統剛投入使用時，由於循環水尚未吸熱，沒有產生密度差，這時需要使用蒸汽引射來帶動餘熱回收系統內的循環，當系統正常循環後，就可以停止蒸汽引射。

在本實施例中，蒸發器進水管33為一根立管，蒸發器回水管35含有多根相互平行的立管，蒸發器進水管33的外徑大於蒸發器回水管35的外徑。該自然循環式蒸發器的上部設有耐火材料支撐墩37，耐火材料支撐墩37為整塊立方體結構，蒸發器入口31和蒸發器出口32均位於耐火材料支撐墩37的上方，蒸發器回水集箱36和蒸發器出口32之間的連接管線位於耐火材料支撐墩37內，蒸發器回水集箱36的上部位於耐火材料支撐墩37內，蒸發器進水管33穿過耐火材料支撐墩37。耐火材料支撐墩37的上部邊緣設有護邊角鋼架38，護邊角鋼架38的兩側設有用於懸掛該自然循環式蒸發器的掛耳39。該自然循環式蒸發器的上部與該加熱爐煙道連接固定，如圖3至圖5所示。

耐火材料支撐墩37將蒸發器進水管33和蒸發器回水集箱36製造成一個整體，一方面使蒸發器結構更加穩固，另一方面代替了煙道蓋板，用於隔絕煙道中的煙氣。護邊角鋼架38設置在耐火材料支撐墩37上，通過與耐火材料中的錨固鉤焊接，與耐火材料支撐墩37形成一個整體，進一步加固蒸發器的結構。掛耳39設置在護邊角鋼架38的兩側，焊接在護邊角鋼架38上。在安裝蒸發器時，將掛耳39置於加熱爐煙道側牆上，使蒸發器懸掛在加熱爐煙道內。

該自然循環式蒸發器的工作過程是：汽包10中的循環水通過蒸發器進水管口31進入蒸發器；循環水經由蒸發器進水管33流入位於蒸發器最下端的蒸發器進水集箱34；之後循環水通過數十根蒸發器回水管35進入蒸發器回水集箱36，循環水在蒸發器回水管35中流動時與加熱爐煙道內的煙氣進行熱交換，部分循環水汽化形成汽水混合物；汽水混合物通過蒸發器回水管口32回到汽包中。

以上所述，僅為本發明的具體實施例，不能以其限定發明實施的範圍，所以其等同組件的置換，或依本發明專利保護範圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬於本專利涵蓋的範疇。另外，本發明中的技術特徵與技術特徵之間、技術特徵與技術方案之間、技術方案與技術方案之間均可以自由組合使用。