基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統的製作方法

2024-03-31 03:20:05

本發明涉及鋼鐵行業的節能技術領域，尤其涉及基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統。

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：

本發明提供了一種基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統，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、內置有對流換熱器的對流煙道、餘熱鍋爐，餘熱鍋爐中的高壓蒸發器、高壓省煤器、中壓蒸發器、中壓省煤器沿著煙氣流動方向順次布置，所述煙氣餘熱利用系統又根據工作壓力不同分成低壓汽水系統、中壓汽水系統、高壓汽水系統，其中，所述低壓汽水系統用於第一汽化冷卻煙道和燃燒沉降室的爐門，由低壓鍋筒供應給水，從而產生低壓蒸汽；而所述中壓汽水系統用於吸收餘熱鍋爐的中壓段的煙氣熱量，由中壓鍋筒供應給水，從而產生中壓蒸汽；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、餘熱鍋爐的高壓段，由高壓鍋筒供應給水，從而產生高壓蒸汽，所述高壓鍋筒、中壓鍋筒輸出的蒸汽分別經過蓄熱器和過熱器處理後與汽輪機配合完成餘熱利用。

優選地，所述低壓汽水系統包括低壓鍋筒、低壓循環泵，所述低壓鍋筒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的上升管口連通，並且所述中壓汽水系統包括中壓鍋筒、中壓給水泵，所述低壓鍋筒通過第一出水管與中壓給水泵連接，所述中壓給水泵的出水管路與所述餘熱鍋爐中的中壓省煤器的進水口連通，所述中壓省煤器的出水口與所述中壓鍋筒的進水口連通，並且所述中壓鍋筒通過第三下降管與所述餘熱鍋爐中的中壓蒸發器的進水口相連，所述中壓蒸發器的出汽口與所述中壓鍋筒的上升管口連通，形成一個自然循環迴路；所述高壓汽水系統包括高壓鍋筒、高壓給水泵、高壓循環泵，所述低壓鍋筒通過第二出水管與高壓給水泵連接，所述高壓給水泵的出水口與所述餘熱鍋爐中的高壓省煤器的進水口連通，所述高壓省煤器的出水口與所述高壓鍋筒的進水口連通；所述高壓鍋筒通過第四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五下降管與所述餘熱鍋爐中的高壓蒸發器的進水口相連，所述高壓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，所述高壓鍋筒的出汽口與第一蓄熱器的進汽口相連，所述中壓鍋筒的出汽口與第二蓄熱器的進汽口相連；所述第一蓄熱器的出汽口與過熱煙道中的第一過熱器的進汽口相連，所述第二蓄熱器的出汽口與過熱煙道中的第二過熱器的進汽口相連；所述第一過熱器的出汽口與所述汽輪機的主蒸汽進口相連，所述第二過熱器的出汽口與所述汽輪機的補汽進口相連。

優選地，在餘熱鍋爐的尾部設置低壓蒸發器，所述低壓鍋筒通過第二下降管與所述餘熱鍋爐中的低壓蒸發器的進水口連通，所述低壓蒸發器的出汽口與所述低壓鍋筒的上升管口連通。

優選地，在餘熱鍋爐中，在所述低壓蒸發器的煙氣側下遊還設置有凝結水預熱器，用來對汽輪機來的凝結水進行預熱。

優選地，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，所述對流煙道中的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、低壓鍋筒上方的除氧器的進水口沿凝結水流程依次連通。

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基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統的示意圖。

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(內含高壓蒸發器81、高壓省煤器82、中壓蒸發器83、中壓省煤器84、低壓蒸發器85、凝結水預熱器86)、低壓鍋筒9、中壓鍋筒10、高壓鍋筒11、低壓循環泵12、中壓給水泵13、高壓給水泵14、高壓循環泵15、第一蓄熱器16、第二蓄熱器17、過熱煙道18、第一過熱器19、第二過熱器20、汽輪機21、凝汽器22、凝結水泵23、發電機24、第一下降管91、第二出水管92、第一出水管93、第二下降管94、除氧器95、第三下降管101、管路102、管路103、第四下降管111、第五下降管112、管路113、管路114、管路115、管路116、管路117、管路118。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發明所述的基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統的實施例。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，本發明所述高壓、中壓、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、中壓蒸汽、低壓蒸汽的壓力分別設計為3.83MPa、1.6MPa、0.5MPa)，並非絕對高壓(如9.81MPa)、絕對中壓(如4.9MPa)、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。

本發明提供一種基於多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統，包括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，其中，第一汽化冷卻煙道3的煙氣入口和電轉爐1上方的水冷彎頭2的煙氣出口連通。煙氣沿圖1中箭頭A方向流通動。餘熱鍋爐8中的高壓蒸發器81、高壓省煤器82、中壓蒸發器83、中壓省煤器84沿著煙氣流動方向順次布置。所述煙氣餘熱利用系統又根據工作壓力不同分成低壓汽水系統、中壓汽水系統、高壓汽水系統。其中，為保證處於高溫端的第一汽化冷卻煙道3的快速冷卻，並考慮到燃燒沉降室5的爐門51的活動性，第一汽化冷卻煙道3和燃燒沉降室5的爐門51冷卻採用低壓汽水系統，其給水由低壓鍋筒9提供，從而產生低壓蒸汽；而第二汽化冷卻煙道4、燃燒沉降室5、第三汽化冷卻煙道6、餘熱鍋爐8的高壓段則採用高壓汽水系統，其給水由高壓鍋筒供應，從而產生高壓蒸汽；餘熱鍋爐8的中壓段採用中壓汽水系統，其給水由中壓鍋筒10來供應，從而產生中壓蒸汽。而經過餘熱鍋爐處理的煙氣則沿箭頭B方向進入下遊的除塵設施。所述高壓鍋筒11、中壓鍋筒10出口的蒸汽分別經過蓄熱器、過熱器處理後與汽輪機21配合完成餘熱利用。具體地說，所述高壓鍋筒11的出汽口與第一蓄熱器16的進汽口相連，所述中壓鍋筒10的出汽口與第二蓄熱器17的進汽口相連；所述第一蓄熱器16的出汽口與所述過熱煙道18中的第一過熱器19的進汽口相連，所述第二蓄熱器17的出汽口與所述過熱煙道18中的第二過熱器20的進汽口相連。過熱煙道18可以是單獨設置的燃燒爐煙道，也可以是借用或共用鋼廠其他冶煉工序上的高溫煙道，如加熱爐尾部煙道，環冷機餘熱鍋爐煙道等。高溫煙氣沿箭頭C方向進入過熱煙道18內，汽輪機21採用補汽凝汽式汽輪機，所述第一過熱器19的出汽口與所述汽輪機21的主蒸汽進口相連，所述第二過熱器20的出汽口與所述汽輪機21的補汽進口相連。所述汽輪機21用於驅動發電機24發電(當然，也可用於拖動其他旋轉機械如風機或水泵等做功)。以上所述高壓鍋筒、中壓鍋筒、低壓鍋筒中的鍋筒亦稱汽包，是餘熱鍋爐中最重要的受壓元件。

下面詳細說明該多壓模式的電轉爐煙氣餘熱利用系統的高壓汽水系統、中壓汽水系統、低壓汽水系統。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有第一汽化冷卻煙道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。餘熱鍋爐8中又包括多個蒸發器和省煤器，其中，高壓蒸發器81、高壓省煤器82、中壓蒸發器83、中壓省煤器84、低壓蒸發器85沿著煙氣流程順次流通。低壓蒸發器85用於進一步回收煙氣餘熱，產生低壓蒸汽，並與第一汽化冷卻煙道3和燃燒沉降室5的爐門51的冷卻裝置產生的低壓蒸汽一起作為除氧蒸汽。

所述低壓汽水系統包括低壓鍋筒9、低壓循環泵12，所述低壓鍋筒通過第一下降管91與低壓循環泵12連接，所述低壓循環泵12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的汽化冷卻裝置的進水口連通。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9的上升管口連通，並且所述低壓鍋筒9通過第二下降管94與所述餘熱鍋爐中的低壓蒸發器的進水口連通，所述低壓蒸發器的出汽口與所述低壓鍋筒的上升管口連通。

所述中壓汽水系統包括中壓鍋筒10、中壓給水泵13，所述低壓鍋筒9通過第一出水管93與中壓給水泵13連接，所述中壓給水泵13的出水管路與所述餘熱鍋爐8中的中壓省煤器84的進水口連通，所述中壓省煤器84的出水口通過管路102與所述中壓鍋筒10的進水口連通，並且所述中壓鍋筒10通過第三下降管101與所述餘熱鍋爐8中的中壓蒸發器83的進水口相連，所述中壓蒸發器83的出汽口通過管路103與所述中壓鍋筒10的上升管口連通，形成一個自然循環迴路；

所述高壓汽水系統包括高壓鍋筒11、高壓給水泵14、高壓循環泵15，所述低壓鍋筒9通過第二出水管92與高壓給水泵14連接，所述高壓給水泵14的出水口與所述餘熱鍋爐8中的高壓省煤器82的進水口連通，所述高壓省煤器82的出水口通過管路113與所述高壓鍋筒11的進水口連通；所述高壓鍋筒11通過第四下降管111與所述高壓循環泵15連接，所述高壓循環泵15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、所述燃燒沉降室5的爐蓋52的汽化冷卻裝置進水口、所述第三汽化冷卻煙道6的進水口連通。所述第二汽化冷卻煙道4的出汽口通過管路117與所述高壓鍋筒11的上升管口連通、所述第三汽化冷卻煙道6的出汽口通過管路115與所述高壓鍋筒11的上升管口連通、所述燃燒沉降室5的爐蓋52的汽化冷卻裝置的出汽口通過管路116與所述高壓鍋筒11的上升管口連通，從而形成閉式強制循環迴路。所述高壓鍋筒11通過第五下降管112與所述餘熱鍋爐8中的高壓蒸發器81的進水口相連，所述高壓蒸發器81的出汽口通過管路118與所述高壓鍋筒11的上升管口連通，形成一個自然循環迴路，所述高壓鍋筒11、中壓鍋筒10的出汽口結合蓄熱器、過熱器配合補汽凝汽式汽輪機21完成餘熱利用。

本發明的煙氣餘熱利用系統具有高壓、中壓、低壓系統，不僅通過大幅降低電轉爐餘熱利用系統的排煙溫度進而從「量」上回收電轉爐煙氣餘熱，而且按照能量品位高低設計換熱系統進而從「質」上回收電轉爐煙氣餘熱，實現了能源梯級優化利用。

此外，所述低壓鍋筒9還設置有除氧器95，除氧器95安裝於低壓鍋筒9上方，這樣低壓鍋筒9可以兼作除氧水箱。

此外，餘熱鍋爐還設置有凝結水預熱器86，該凝結水預熱器86設置在餘熱鍋爐8的低壓蒸發器85的煙氣側下遊，經過省煤器降溫後的煙氣餘熱用來對汽輪機21來的凝結水進行預熱，不僅進一步吸收了煙氣餘熱，提高餘熱回收系統的熱經濟性，而且還可降低進入下遊除塵設施的煙氣溫度。

此外，第三汽化冷卻煙道6和餘熱鍋爐8之間設置有一級對流煙道7，所述對流煙道中設置有對流換熱器，所述高壓循環泵15的出水管道上分出一個支路與所述對流煙道7中的對流換熱器的進水口相連，所述對流煙道7中的對流換熱器的出汽口通過管路114與高壓鍋筒11的上升管口相連。

此外，所述第一汽化冷卻煙道3、第二汽化冷卻煙道4、第三汽化冷卻煙道6都可以是單獨的一段汽化冷卻煙道，或者是多段汽化冷卻煙道的組合。

此外，所述第一汽化冷卻煙道3可以採用移動式煙道，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3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，該間隙可以調整來控制吸入的空氣量。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和牽引裝置(未示出)連接，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，進而實現爐氣燃燒空氣量的調節。

此外，所述凝汽器設置有補水口，以補充餘熱利用系統損失掉的汽水。

此外，汽輪機21的排汽管道和所述凝汽器22相連，所述凝汽器22與所述凝結水泵23、餘熱鍋爐8中的凝結水預熱器86、低壓鍋筒9的除氧器95的進水口沿凝結水流程依次相連。不僅進一步吸收了煙氣餘熱，提高餘熱回收系統的熱經濟性，而且還可降低進入下遊除塵設施的煙氣溫度，有利於除塵設施的安全運行，並改善其運行環境，延長其使用壽命。

本發明的有益效果在於：

(1)對電轉爐的高溫煙氣餘熱進行充分回收利用，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)在整體布局時兼顧系統的安全性和熱經濟性，將汽水系統分為三個壓力系統，不僅通過大幅降低電轉爐餘熱利用系統的排煙溫度進而從「量」上回收電轉爐煙氣餘熱，而且按照能量品位高低設計換熱系統進而從「質」上回收電轉爐煙氣餘熱，實現了能源梯級優化利用；此外，本發明整套餘熱利用系統的設計，以及各個設備之間的連接關係，均是綜合系統的安全性和熱經濟性後的最優化布局。

(3)對餘熱鍋爐內部的受熱面進行優化設計，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，提高餘熱回收系統的熱經濟性，而且還可降低進入下遊除塵設施的煙氣溫度，有利於除塵設施的安全運行，並改善其運行環境，延長其使用壽命。

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。