一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统及方法。其中，煤气燃烧室与炉膛相通，炉膛与烟道相通，烟道内自下而上分别布置高温过热器、低温过热器、高压省煤器、低压省煤器、空气预热器；炉膛为L型，炉膛内壁的下集箱与上集箱分别与汽包连接形成一个闭合回路；空气预热器分别通过一次风机、二次风机与煤气燃烧室、烟道连通；凝结水泵、热力除氧器、给水泵与低压省煤器、高压省煤器、汽包依次连接，蓄热器与汽包分别与分汽缸连接。本发明的锅炉利用富余煤气燃烧提供热量将饱和蒸汽过热获得过热蒸汽，然后经管道输送到汽轮发电机组发电，可以将钢厂富余煤气和饱和蒸汽进行科学有效地综合利用。
【专利说明】一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢厂余热余能回收利用领域，涉及一种高炉、转炉富余煤气及饱和蒸汽综合利用系统及方法。
【背景技术】
[0002]钢铁冶金是高耗能行业，十二五工业节能规划提出，以工序优化和二次能源回收为重点，提高物料、燃料的品质，加大能源高效回收、转换和利用技术改造力度，提高二次能源综合利用水平。
[0003]钢铁冶炼工艺过程中会产生大量的高炉、转炉煤气，其中除部分用于企业炼钢、轧钢加热外，其余部分大都用于燃烧发电或浪费掉了。另外，在钢铁冶炼工艺中，转炉汽化烟道产生的大量饱和蒸汽，因其具有压力、流量波动较大的缺点，除少数被利用外大部分作为废气而排放浪费了。
[0004]中国专利CN202598485U公开了一种钢厂余热蒸汽再加热锅炉，其可利用高炉煤气将饱和蒸汽再加热制成过热蒸汽。它的特点是包括炉体，炉体内部有炉腔且呈倒U字形；炉腔的一端封闭以构成绝热燃烧室，空气预热器下方有烟气出口，上方炉腔内设置有过热器。该专利的不足之处是仅以饱和蒸汽作为换热介质，对钢厂依赖性高，钢厂若产很少或者不产饱和蒸汽时，加热炉将起不到回收利用煤气及饱和蒸汽的目的。
[0005]中国专利ZL200720138203.2公开了 一种饱和蒸汽加热炉，有送风机、锅炉燃烧器、炉膛、饱和蒸汽进口集箱、过热器、过热蒸汽出口集箱、省煤器、给水出口集箱、空气预热器和引风机组成。其特点是热介质直接采用饱和蒸汽；采用高炉或者转炉煤气作燃料。该专利的不足之处是燃料煤气直接由车间经除尘净化后输送到燃烧室，导致加热炉过分依赖钢厂生产运行情况，流量易波动从而使过热蒸汽品质不稳定。
【发明内容】
[0006]上述所提及的高炉、转炉煤气以及饱和蒸汽均为钢铁企业二次能源，本发明正是为了使这些钢厂余热余能转变为稳定持续可有效控制利用的蒸汽，提供一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统，从而将其得到充分的综合利用，节约能源，减少大气污染。本发明的另一个目的是提供该系统的利用方法。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统，包括炉膛、汽包、高温过热器、低温过热器、高压省煤器、低压省煤器、空气预热器、烟气出口、煤气燃烧室、水冷壁、上集箱、下集箱、钢厂富余饱和蒸汽、分汽缸、蓄热器、除氧器、喷水减温器、给水泵、一次风机、二次风机以及相应的管路及阀门；其中，煤气燃烧室与炉膛相通，炉膛与烟道相通，烟道内自下而上分别布置高温过热器、低温过热器、高压省煤器、低压省煤器、空气预热器；钢厂富余饱和蒸汽通入到蓄热器，转炉煤气柜及高炉煤气柜与煤气燃烧室连通；所述炉膛为L型，炉膛内壁分别依次设有上集箱、水冷壁、下集箱，下集箱与上集箱分别与汽包连接形成一个闭合回路；空气预热器分别通过一次风机、二次风机与煤气燃烧室、烟道连通；凝结水泵、热力除氧器、给水泵与低压省煤器、高压省煤器、汽包依次连接，蓄热器与汽包分别与分汽缸连接；分汽缸、低温过热器、高温过热器和汽轮发电机组依次连接。
[0009]进一步地，所述高温过热器与低温过热器之间安装有喷水减温器；蓄热器与分汽缸之间设置有蒸汽减压阀，蓄热器与钢厂富余饱和蒸汽之间设置有蒸汽溢流阀。
[0010]上述系统的利用方法具体步骤为:
[0011]锅炉具备启动条件后，开始锅炉启动步骤，打开空气调节阀和煤气调节阀，空气预热器利用炉膛燃烧的烟气余热将冷风加热，热风经一次风机输送至煤气燃烧室；煤气由转炉煤气柜及高炉煤气柜经管路通入煤气燃烧室，与输入的热风混合燃烧产生1000°c以上的高温烟气，经过炉膛、烟道换热，最后由烟气出口排出，排出温度可降到150°c以下；自凝结水泵来的给水经热力除氧器除氧后，由给水泵输送进入低压省煤器、高压省煤器加热后至汽包，汽包内经汽水分离的热水经下集箱至水冷壁换热进入上集箱，所产蒸汽至汽包，形成一个闭合回路；而汽包内经汽水分离的饱和蒸汽则进入分汽缸；钢厂富余饱和蒸汽经蒸汽溢流阀进入蓄热器，蓄能后的蒸汽再经蒸汽减压阀调控进入分汽缸，混合蒸汽经低温过热器、高温过热器过热至额定设计参数，输送至汽轮发电机组发电。
[0012]本发明的锅炉利用富余煤气燃烧提供热量将饱和蒸汽过热获得过热蒸汽，然后经管道输送到汽轮发电机组发电，可以将钢厂富余煤气和饱和蒸汽进行科学有效地综合利用。和目前传统技术只是单一利用煤气和废饱和蒸汽相比，本发明比较全面综合利用了 二次能源并且提高了锅炉性能，增加了锅炉蒸汽量的产出，引进外来饱和蒸汽对过热器的保护，延长锅炉使用寿命。另外L型锅炉系统布置更紧凑，可适应不同规模的钢铁企业采用，是一种应用范围更广，适应性更高的设备。具体优点如下:
[0013]1、综合利用了炼钢过程中的二次能源，降低污染物的排放:将钢厂富余煤气进行燃烧产生过热蒸汽以及把废饱和蒸汽进行过热再利用；
[0014]2、加强了锅炉的稳定性及安全性:由于锅炉自产蒸汽降低了对炼钢工艺的依附性，同时又引入炼钢过程中的饱和蒸汽避免了锅炉出现过热器的干烧现象发生；
[0015]3、烟道短，烟速较高，可使整个锅炉体积缩小，而且占地面积少；整台锅炉为悬吊结构，只有向下的垂直膨胀，对流受热面管子在一侧集中穿墙，减少密封面，烟气不改变流动方向，对受热面冲刷均匀，磨损减轻；
[0016]4、由于炉膛内温度比较高，所以设置二次风机引入热风用来调节经过过热器的烟气温度，减少温度过高对过热器造成的损害，延长了过热器的寿命；
[0017]5、钢厂富余饱和蒸汽与分汽缸之间设置蓄热器，通过其储能调节，可使富余饱和蒸汽温度及流量趋于稳定，从而保障汽轮发电机稳态运行；
[0018]6、提高发电量根本上降低生产成本:由于引入饱和蒸汽过热，所以增加了汽轮发电机组的发电量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统及锅炉设备。
【具体实施方式】[0020]本发明的一种钢厂富余煤气和饱和蒸汽综合利用系统及锅炉设备是高炉、转炉煤气混合(也可单一)燃烧燃气锅炉，所述锅炉为单锅筒、自然循环，包括本体、燃烧室、过热器、省煤器以及空气预热器，另外炉膛设置水冷壁；炉体下端为炉膛，上端为烟气排出口。
[0021]由图1可以看出，本发明一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统及锅炉设备由煤气燃烧室3、炉膛5、汽包16、高温过热器11、低温过热器10、烟道22、高压省煤器9、低压省煤器8、空气预热器21、钢厂富余饱和蒸汽18、分汽缸14、水冷壁27、上集箱25、下集箱26、蓄热器13、除氧器15、喷水减温器12、给水泵28、一次风机29、二次风机30以及相应的管路及阀门组成；煤气燃烧室4与炉膛5相通，烟道22内自下而上分别布置高温过热器11、低温过热器10、高压省煤器9、低压省煤器8、空气预热器21，烟气最后由烟气出口 20排出；蓄热器13内的钢厂富余饱和蒸汽18与来自汽包16的饱和蒸汽汇聚于分汽缸14 ;来自转炉煤气柜I及高炉煤气柜2的煤气在煤气燃烧室3内引燃，空气预热器21为煤气燃烧室3提供热风7助燃；冷风6经空气预热器21输出热风7，分别经一次风机29、二次风机30调节控制输送至煤气燃烧室3与主烟道22 ;凝结水泵输水17经热力除氧器15除氧后，由给水泵28输送，先后经低压省煤器8、高压省煤器9加热后至汽包16，汽包16内经汽水分离的热水经下集箱26至水冷壁27换热进入上集箱25，所产蒸汽至汽包16，形成一个闭合回路；而汽包16内经汽水分离的饱和蒸汽则进入分汽缸14 ;高温过热器11与低温过热器10中间管道安装有喷水减温器12，给水来自除氧水4 ;蓄热器13与分汽缸14、钢厂富余饱和蒸汽18之间管路分别设置蒸汽溢流阀24、蒸汽减压阀23进行调节；过热蒸汽经管道输送至汽轮发电机组19发电。
[0022]上述系统及锅炉设备的工作过程，即具体实施过程如下:
[0023]锅炉具备启动条件后，开始锅炉启动步骤，打开空气调节阀和煤气调节阀，空气预热器21利用炉膛5燃烧的烟气余热将冷风6加热，热风7经一次风机29输送至煤气燃烧室3 ;煤气(转炉、高炉)由钢厂煤气柜经管路通入煤气燃烧室3，与输入的热风7混合燃烧产生1000°C以上的高温烟气，经过炉膛5、烟道22换热，最后由烟气出口 20排出，排出温度可降到150°C以下；自凝结水泵来的给水17经热力除氧后，由给水泵28输送进入低压省煤器
8、高压省煤器9加热后至汽包16，汽包16内经汽水分离的热水经下集箱26至水冷壁换27热进入上集箱25，所产蒸汽至汽包16，形成一个闭合回路；而汽包16内经汽水分离的饱和蒸汽则进入分汽缸14 ;钢厂富余饱和蒸汽18则经蒸汽溢流阀24进入蓄热器13，蓄能后的蒸汽再经蒸汽减压阀23调控进入分汽缸14，混合蒸汽经低温过热器10、高温过热器11过热至额定设计参数，输送至汽轮发电机组19发电。
[0024]在高温过热器11与低温过热器10之间安装有喷水减温器12 (给水由除氧器来)，由其调节出口蒸汽温度，保护过热器。热风7通过二次风机30调控进入高温过热器11前烟道，是为了合理控制高温过热器11前烟气温度，不至于温度过高影响过热器寿命。
[0025]另外在钢厂富余饱和蒸汽与分汽缸之间设置蓄热器13，通过其储能调节，可使富余饱和蒸汽温度及流量趋于稳定，从而保障汽轮发电机稳态运行。当钢厂富余饱和蒸汽较多超过锅炉负荷时，过量蒸汽输入到蓄热器13将内部水加热蓄能；当煤气不足或间断，或者钢厂富余饱和蒸汽波动或不足时，通过蓄热器13的蒸汽减压阀23调节，蓄热器13中的高温饱和水迅速蒸发成蒸汽，输入到分汽缸14，从而向过热器提供稳定的蒸汽。当分汽缸14内蒸汽连续输入过热器，致使分汽缸14内蒸汽压力降低时，通过蒸汽减压阀23的调节，蓄热器13内压力降低对外放热，可使高温饱和水蒸发成蒸汽，补充分汽缸14内蒸汽，从而维持分汽缸14输出的蒸汽参数稳定，保证向汽轮发电机组19提供稳定及充足的蒸汽。
[0026]通过利用煤气进行燃烧产生过热蒸汽以及利用其余热去过热炼钢过程中的饱和蒸汽，此技术方案既降低了锅炉对钢厂的依赖性，又能使锅炉稳定大量地输出，提高了蒸汽品质，有利于汽轮发电机组运营。此外，相比于倒U型锅炉，本发明采用L型锅炉的优点是:烟气一直向上流动，炉膛可呈正方形，四周可布置膜式水冷壁至炉膛上部，以便于疏水；烟道短，烟速较高，可使整个锅炉体积缩小，而且占地面积少；整台锅炉为悬吊结构，只有向下的垂直膨胀，对流受热面管子在一侧集中穿墙，减少密封面，烟气不改变流动方向，对受热面冲刷均匀，磨损减轻。
【权利要求】
1.一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统，包括炉膛(5)、汽包(16)、高温过热器(11)、低温过热器(10)、高压省煤器(9)、低压省煤器(8)、空气预热器(21)、烟气出口(20)、煤气燃烧室(3)、水冷壁(27)、上集箱(25)、下集箱(26)、钢厂富余饱和蒸汽(18)、分汽缸(14)、蓄热器(13)、除氧器(15)、喷水减温器(12)、给水泵(28)、一次风机(29)、二次风机(30)以及相应的管路及阀门；其中，煤气燃烧室(3)与炉膛(5)相通，炉膛(5)与烟道(22)相通，烟道(22)内自下而上分别布置高温过热器(11)、低温过热器(10)、高压省煤器(9)、低压省煤器(8)、空气预热器(21);钢厂富余饱和蒸汽(18)通入到蓄热器(13);转炉煤气柜(I)及高炉煤气柜(2)与煤气燃烧室(3);其特征在于，所述炉膛(5)为L型，炉膛(5)内壁分别依次设有上集箱(25 )、水冷壁(27 )、下集箱(26 )，下集箱(26 )与上集箱(25 )分别与汽包(16)连接形成一个闭合回路； 空气预热器(21)分别通过一次风机(29)、二次风机(30)与煤气燃烧室(3)、烟道(22)连通；凝结水泵、热力除氧器(15)、给水泵(28)与低压省煤器(8)、高压省煤器(9)、汽包(16)依次连接，蓄热器(13)与汽包(16)分别与分汽缸(14)连接；分汽缸(14)、低温过热器(10),高温过热器(11)和汽轮发电机组(19)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统，其特征在于，所述高温过热器(11)与低温过热器(10 )之间安装有喷水减温器(12 );蓄热器(13 )与分汽缸(14)之间设置有蒸汽减压阀(23)，蓄热器(13)与钢厂富余饱和蒸汽(18)之间设置有蒸汽溢流阀(24)。
3.利用如权利要求1所述一种钢厂富余煤气与饱和蒸汽综合利用系统的方法，其特征在于，包括如下步骤:锅炉具备启动条件后，开始锅炉启动步骤，打开空气调节阀和煤气调节阀，空气预热器(21)利用炉膛(5)燃烧的烟气余热将冷风(6)加热，热风(7)经一次风机(29 )输送至煤气燃烧室(3 );煤气由转炉煤气柜(I)及高炉煤气柜(2 )经管路通入煤气燃烧室(3 )，与输入的热风(7 )混合燃烧产生1000 °C以上的高温烟气，经过炉膛(5 )、烟道换热，最后由烟气出口(20)排出，排出温度可降到150°C以下；自凝结水泵来的给水(17)经热力除氧器(15)除氧后，由给水泵(28)输送进入低压省煤器(8)、高压省煤器(9)加热后至汽包(16)，汽包(16)内经汽水分离的热水经下集箱(26)至水冷壁(27)换热进入上集箱(25)，所产蒸汽至汽包(16)，形成一个闭合回路；而汽包(16)内经汽水分离的饱和蒸汽则进入分汽缸(14);钢厂富余饱和蒸汽(18)进入蓄热器(13)，蓄能后的蒸汽再进入分汽缸(14)，混合蒸汽经低温过热器(10 )、高温过热器(11)过热至额定设计参数，输送至汽轮发电机组(19 )发电。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钢厂富余饱和蒸汽(18)经蒸汽溢流阀(24)进入蓄热器(13 )，蓄能后的蒸汽再经蒸汽减压阀(23 )调控进入分汽缸(14)。
【文档编号】F22G1/16GK103673650SQ201310689104
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】梁国强, 吴鸣, 宋纪元, 侯宾才, 方明, 王静 申请人:南京凯盛开能环保能源有限公司