CN101021305A - 烧结冷却机低温废气余热锅炉及其发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能耗低、体积小、不易积灰、耐磨损、密封性能好且能有效利用低温传热发电的余热锅炉及其发电系统。余热锅炉整体采用立式布置、管箱式结构，锅炉管箱内由上而下依次设有过热器、蒸发区、低压蒸发区、省煤器和低压省煤器，其中蒸发区、低压蒸发区设有多组蒸发器，蒸发器倾斜放置在烟道内，倾斜角度为5°～15°；蒸发器为灯笼管结构，所述蒸发器设有上集箱、下集箱和对流管束，上、下集箱之间通过纵向螺旋翅片管组成错列的对流管束连接，蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管，其中蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与汽包连接，低压蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与低压汽包连接；锅炉受热面设有螺旋鳍片管。

Description

烧结冷却机低温废气余热锅炉及其发电系统

一、技术领域

本发明属于一种锅炉设备及其应用，特别涉及一种烧结冷却机低温废气余热锅炉及其发电系统。

二、背景技术

现有技术：《国家重点行业清洁生产技术导向目录》国经贸资源[2000]137号(第一批)和国家经贸委与国家环境保护总局联合公告[2003]21号(第二批)发布了与钢铁行业直接相关的28项清洁生产技术。从焦化、炼铁、炼钢、轧钢生产技术中选取最能体现钢铁联合企业清洁生产成果，反映钢铁行业“节能”、“减污”，最具代表性的指标，烧结余热回收就定为其中一项。烧结工序是钢铁企业生产流通中的耗能大头，其能耗仅次于炼铁工序，占钢铁产业总能耗的10％，而在烧结工序总能耗中有近50％的能耗都是以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气，既浪费热能又污染环境。由于烧结废气温度不高，以往钢铁企业对这部分热能的回收利用重视不够，但事实上由于烧结废气的量很大，从而可供回收的热量也相当可观。利用低温烟气产生低参数的过热蒸汽供汽轮机发电，可大大降低钢铁企业的生产成本，产生显著的经济效益和环保效果。因此烧结废气发电前景大有可为。

烧结冷却机在运行过程中释放大量的低温热源，如果通过对现有的冶金企业烧结厂烧结冷却设备，如冷却车罩子、落矿斗、冷却风机进行适当的改造使低温热废气温度提高到380℃左右，通过余热锅炉产生1.25～2.45MPa、290～330℃过热蒸汽，为烧结机余热发电提供前提条件。

目前国内烧结冷却机的低温余热主要应用于：1、引一小部分热废气到点火器用于助燃；2、利用热管夹套式余热锅炉产生1.0Mpa以下的饱和蒸汽。锅炉排烟温度200℃以上，废气余热利用率低，而且一台大型烧结冷却机需要布置许多套小容量热管余热锅炉运行、维修管理不方便。这两种方法都不能从根本上解决烧结机能耗高的问题。

三、发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种能耗低、体积小、不易积灰、耐磨损、密封性能好且能有效利用低温传热发电的余热锅炉及其发电系统。

本发明的技术解决方案为：一种烧结冷却机低温废气余热锅炉，包括过热器、蒸发区、低压蒸发区、省煤器和低压省煤器，设备之间设有连通烟道和水汽管，其特征在于余热锅炉整体采用立式布置、管箱式结构，锅炉管箱内由上而下依次设有过热器、蒸发区、低压蒸发区、省煤器和低压省煤器，其中蒸发区、低压蒸发区设有多组蒸发器，蒸发器倾斜放置在烟道内，倾斜角度为5°～15°；蒸发器为灯笼管结构，所述蒸发器设有上集箱、下集箱和对流管束，上、下集箱之间通过纵向多排螺旋翅片管组成错列的对流管束连接，每个蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管，其中蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与汽包连接，低压蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与低压汽包连接。管箱结构为由钢板和型钢构成的四周包围上下敞开的箱体，箱体内侧板加装膨胀节，箱体外保温结构表面设有外护板。烟道的烟气进出口区域设有两排错列布置的圆钢。低压省煤器为错排布置的螺旋鳍片管。一种烧结冷却机低温废气余热锅炉发电系统，包括余热锅炉、低温低压省煤器、冷凝器、除氧器和汽轮机，该系统在运行时包含烟气流程和汽—水流程，所述烟气流程为：烟气依次通过过热器—主蒸发器—低压蒸发器—主省煤器—低压省煤器—低温低压省煤器—引风机—烟囱；所述汽—水流程为：余热锅炉产生的主蒸汽进入汽轮机主进汽口，低压饱和蒸汽进汽轮机补汽口，蒸汽在汽轮机内做功后派出，进入冷凝器，在冷凝器中被冷凝成37℃的水，37℃的水和系统补给水通过水泵送到低温低压省煤器进行加热，加热至50℃～60℃的热水，热水送到除氧器进行除氧，除氧水通过锅炉给水泵送到锅炉，这样就完成了汽—水循环。

发电系统主要有三种结构形式：单压发电系统、单压带闪蒸单级补汽发电系统、双压系统。可根据烧结冷却机及汽轮机的实际情况尽可能使系统发电能力达到最优化。在锅炉尾部设置低温低压省煤器加热发电系统补给水，补给水加热后进入除氧器，提高系统热量的回收。

在高温烟气从锅炉顶部进入依次经过过热器、蒸发区(低压蒸发区)、软水加热器(低压软水加热器)蒸发区(低压蒸发区)所产生的汽水混合物汇集到上集箱通过引出管进入余热锅炉汽包，蒸发段的供水由锅筒通过下降管将饱和水分配到下集箱，构成可靠的水循环回路。软水经过软水加热器(低压软水加热器)加热后进入余热锅炉汽包。

受热面采用具有高度扩展受热面的螺旋鳍片管，鳍片管与管子焊接采用高频焊，鳍片管与管子之间贴合完全无间隙，消除传热热阻；过热器、省煤器采用蛇形管结构，受热时两端自由膨胀，管子不变形；蒸发段设计为灯笼管(上下集箱及对流管束)结构，受热时蒸发管束两端为自由端，受热自由膨胀。

锅炉各部分受热面布置在由钢板和型钢制成的四周包围上下敞开的箱体内；箱体内侧板加装膨胀节，消除膨胀应力；箱体内根据受热面布置方式的不同采用不同的支吊结构；安装时直接吊装管箱，管箱通过底部型钢将自身重量传递到钢架的横梁上；采用管箱式结构可将锅炉漏风降至最低，减少锅炉漏风热损失，提高锅炉效率；锅炉采用箱体外保温结构。在外保温外面装设外护板，对保温材料加以保护，散热损失不超过4％。

蒸发段设计为灯笼管(上下集箱及对流管束)结构其特征是：每个上、下集箱之间，由纵向多排的翅片管组成错列的对流管束；每个蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管与汽包相连，形成简单的自然循环管路；管束采用错排冲刷完全，受热面不积灰。

受热面采用错排方式，整个受热面采用错排布置方式，使整个受热面冲刷完全，传热系数高；加之锅炉受热面以水平布置为主的立式结构，受热面不易积灰。

受热面采用独特的方式避免磨损，采用合理的烟气流速，以减轻均匀磨损。由于磨损与烟气流速的3次方成正比关系，故整个锅炉采用低流速设计，最高流速不超过7.0m/s以降低均匀磨损；合理组织了烟气动力场，使烟气流动均匀，可避免出现烟气走廊而导致传热效率降低和局部过速磨损；在烟道受热面易磨损区域(过热器烟气进口)设置两排错列布置的圆钢避免灰尘颗粒对受热面管的直接冲刷，消除灰尘颗粒的动能，减轻局部磨损；锅炉整个受热面管子采用厚壁管以延长锅炉受热面的寿命；整个受热面采用螺旋鳍片管结构，对管子有一定的保护作用。

在锅炉尾部设置低温低压省煤器，低温低压省煤器采用错排布置的螺旋鳍片管结构，其用来加热发电系统补给水，补给水加热后进入除氧器；由于给水未经过除氧，管材应选择耐氧腐蚀的材料如铸铁管等。

本发明产生如下有益效果：

1、锅炉采用集中回收烧结冷却机余热，即每套烧结设备只配一套余热锅炉系统；

2、余热锅炉采用立式布置，烟气从锅炉顶部进入依次通过过热器、蒸发区、省煤器(软水加热器)及低压省煤器后从底部排出，在节省占地空间的同时又方便锅炉排灰；

3、锅炉蒸发区由多组蒸发器组成，蒸发器倾斜放置在烟道内，与水平夹角在5°～15°；蒸发器采用上下集箱组合型(灯笼管结构)结构，每个上、下集箱之间，由纵向多排的翅片管组成错列的对流管束；每个蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管与汽包相连，形成简单可靠的自然循环管路；管束采用错排冲刷完全，受热面不积灰；

4、锅炉整体采用管箱式结构，自上而下有过热器管箱、蒸发器管箱和省煤器管箱。管箱通过底部型钢将自身重量传递到钢架的横梁上。采用管箱式结构可将锅炉漏风降至最低，减少锅炉漏风热损失，提高锅炉效率的同时降低了引风机的电耗；

5、锅炉采用箱体外保温结构。在保温层外侧装设外护板，对保温材料加以保护，散热损失少；

6、受热面采用具有高扩展受热面的螺旋鳍片管来获得最佳的传热效果和最低的烟气阻力，使得锅炉结构变得非常紧凑，体积小，重量轻，节省锅炉初投资；

7、锅炉管子水平布置，烟尘不易积在翅片上；锅炉采用的小管径受热面，在同样烟气流速下，阻力较小；采用翅片管的鳍片节距大(t≥6.25)，有利于清灰。

8、锅炉水循环方式为自然循环。自然循环系统具有可靠性强，稳定性好，操作维护方便等优点，且省去了强制循环的循环泵的投资、运行及维修等费用；

9、锅炉蒸汽系统可根据烧结冷却机及汽轮机的实际情况可设计成单压系统、单压带闪蒸单级补汽系统及双压系统，这样尽可能使系统发电能力达到最优化。

10、磨损问题的解决：

由于影响磨损的因素主要与烟气条件、烟气性质和受热面材质等情况有关，故在烟气性质和受热面材质一定的情况下采取以下措施防止锅炉磨损：

10.1采用合理的烟气流速，以减轻均匀磨损。由于磨损与烟气流速的3次方成正比关系，故整个锅炉采用低流速设计，最高流速不超过7.0m/s以降低均匀磨损；

10.2合理组织了烟气动力场，使烟气流动均匀，可避免出现烟气走廊而导致传热效率降低和局部过速磨损；

10.3在烟道受热面易磨损区域(过热器烟气进口)设置两排圆钢避免灰尘颗粒对受热面管的直接冲刷，减轻局部磨损；

10.4锅炉整个受热面管子采用厚壁管以延长锅炉受热面的寿命；

10.5整个受热面采用螺旋鳍片管结构，对管子有一定的保护作用。

11、热膨胀解决措施：

11.1过热器、省煤器采用蛇形管结构，两端自由膨胀，管子不变形；

11.2蒸发管束两端为自由端，受热自由膨胀；

11.3内侧护板采用加装膨胀节，消除膨胀应力。

四、附图说明

图1是本实用新型的双压发电系统图；

图2是本实用新型的锅炉蒸发区管箱图；

图3是本实用新型的锅炉结构原理图；

图中(1)过热器  (2)蒸发区  (3)软水加热器(省煤器)  (4)低压蒸发区  (5)低压软水加热器(低压省煤器)  (6)汽包  (7)低压汽包(8)上集箱  (9)管箱  (10)螺旋翅片管  (11)支吊装置  (12)下集箱(13)烟气进口  (14)汽轮机  (15)发电机  (16)除氧器  (17)冷凝器(18)凝结水泵  (19)低温低压省煤器  (20)给水泵

五、具体实施方式

实施例1：

双压系统：采用补汽式汽轮机的双压单级补汽系统，余热锅炉设置过热器1、蒸发区2、低压蒸发区4、软水加热器(省煤器)3、低压软水加热器(低压省煤器)5，烟气由上而下通过过热器1、蒸发区2、低压蒸发区4、软水加热器(省煤器)3、低压软水加热器(低压省煤器)5。烧结余热锅炉生产两种不同参数的蒸汽，一为主蒸汽，另一个为低压补汽。由于设置了低压蒸发段，低压蒸汽压力：0.55MPa，低压蒸汽饱和温度162℃，排烟温度能降到110℃左右。

实施例2：

在图2中，蒸发区2所产生的汽水混合物汇集到上集箱8通过引出管进入余热锅炉锅筒6，蒸发区2的供水由汽包6通过下降管将饱和水分配到下集箱12，这样构成可靠的水循环回路。汽包6将汽水混合物进行分离，饱和蒸汽进入过热器1被加热成过热蒸汽。省煤器3、5受热面采用螺旋翅片管10结构，给水通过加热后进入汽包6、7。

在图3中，蒸发段2设计成灯笼管结构，即上下集箱8、12及对流管束10结构。

实施例3：

一种烧结冷却机低温废气余热锅炉，包括过热器、蒸发区、低压蒸发区、省煤器和低压省煤器，设备之间设有连通烟道和水汽管，余热锅炉整体采用立式布置、管箱式结构，锅炉管箱内由上而下依次设有过热器1、蒸发区2、低压蒸发区4、省煤器3和低压省煤器5，其中蒸发区、低压蒸发区设有多组蒸发器，蒸发器倾斜放置在烟道内，倾斜角度为5°～15°；蒸发器为灯笼管结构，所述蒸发器设有上集箱、下集箱和对流管束，上、下集箱之间通过纵向多排螺旋翅片管组成错列的对流管束连接，每个蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管，其中蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与汽包连接，低压蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与低压汽包连接。管箱结构为由钢板和型钢构成的四周包围上下敞开的箱体，箱体内侧板加装膨胀节，箱体外保温结构表面设有外护板。烟道的烟气进出口区域设有两排错列布置的圆钢。低温低压省煤器为错排布置的螺旋鳍片管。

实施例4：

一种烧结冷却机低温废气余热锅炉发电系统，烟气依次通过过热器—主蒸发器—低压蒸发器—主省煤器—低压省煤器—低温低压省煤器—引风机—烟囱；余热锅炉产生的主蒸汽进入汽轮机14主进汽口，低压饱和蒸汽进汽轮机14补汽口，蒸汽在汽轮机内做功带动发电机15后派出，进入冷凝器17，在冷凝器中被冷凝成37℃的水，37℃的水通过水泵18和系统补给水一起送到低温低压省煤器19进行加热，加热至50℃～60℃的热水，热水送到除氧器16进行除氧，除氧水通过锅炉给水泵20送到锅炉，这样就完成了汽—水循环。

Claims (5)

1.一种烧结冷却机低温废气余热锅炉，包括过热器(1)、蒸发区(2)、低压蒸发区(4)、省煤器(3)和低压省煤器(5)，设备之间设有连通烟道和水汽管，其特征在于余热锅炉整体采用立式布置、管箱式结构，锅炉管箱内由上而下依次设有过热器(1)、蒸发区(2)、低压蒸发区(4)、省煤器(3)和低压省煤器(5)，其中蒸发区(2)、低压蒸发区(4)设有多组蒸发器，蒸发器倾斜放置在烟道内，倾斜角度为5°～15°；蒸发器为灯笼管结构，所述蒸发器设有上集箱(8)、下集箱(12)和对流管束，上、下集箱之间通过纵向螺旋翅片管(10)组成错列的对流管束连接，蒸发器具有独立的下降管、汽水引出管，其中蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与汽包(6)连接，低压蒸发区的蒸发器通过下降管、汽水引出管与低压汽包(7)连接；锅炉受热面设有螺旋鳍片管。

2.如权利要求1所述的烧结冷却机低温废气余热锅炉，其特征在于所述管箱结构为由钢板和型钢构成的四周包围上下敞开的箱体，箱体内侧板加装膨胀节，箱体外设有保温层，保温层外表面设有外护板。

3.如权利要求1所述的烧结冷却机低温废气余热锅炉，其特征在于所述烟道的烟气进出口区域设有两排错列布置的圆钢。

4.如权利要求1所述的烧结冷却机低温废气余热锅炉，其特征在于所述过热器、省煤器和低压省煤器采用蛇形管。

5.一种烧结冷却机低温废气余热锅炉发电系统，包括余热锅炉、低温低压省煤器、冷凝器、除氧器和汽轮机，其特征在于该系统在运行时包含烟气流程和汽—水流程，所述烟气流程为：烟气依次通过过热器—主蒸发器—低压蒸发器—主省煤器—低压省煤器—低温低压省煤器—引风机—烟囱；所述汽—水流程为：余热锅炉产生的主蒸汽进入汽轮机(14)主进汽口，低压饱和蒸汽进汽轮机(14)补汽口，蒸汽在汽轮机内做功带动发电机(15)后派出，进入冷凝器(17)，在冷凝器中被冷凝成37℃的水，37℃的水通过水泵(18)和系统补给水一起送到低温低压省煤器(19)进行加热，加热至50℃～60℃的热水，热水送到除氧器(16)进行除氧，除氧水通过锅炉给水泵(20)送到锅炉，这样就完成了汽—水循环。

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