CN101059085A - 转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法及其系统设备 - Google Patents

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蔡漳平
孙德民
李洪福
彭宝翠
盖世海
陈恩鑑
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Abstract

一种转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法及其系统设备，主要解决炼钢转炉烟道余热的回收利用问题，其技术方案在于，提高转炉烟道汽化冷却系统运行压力至≥0.8MPa，从汽化冷却烟道出来的余热蒸汽经收集、汽水分离后进入蓄能装置，然后进入带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机，由汽轮机带动发电机发电；蒸汽发电后通过冷凝器凝结成水，闭路循环使用。本发明解决了高温烟道气发电过程中易凝结成水和蒸汽周期性发生两个难题，可有效降低炼钢能耗，节约社会资源，为炼钢转炉循环经济提供了可行性的方案。

Description

转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法及其系统设备
技术领域
本发明涉及炼钢转炉烟道余热的回收利用领域，特别涉及转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法及其利用该方法的系统设备。
背景技术
我国90％以上的炼钢生产采用转炉炼钢工艺，在转炉炼钢过程中产生大量的高温烟道气，温度高达1600℃左右，包含着大量热量。为了保护转炉烟道抵抗高温烟气的侵蚀，一般都在烟道内侧布置冷却水管，通过水的汽化冷却作用降低烟道壁温度，延长烟道使用寿命，同时冷却水管中的冷却水被高温烟气加热变成蒸汽，带走热量。这部分产生的蒸汽有两个特点：一是参数低，为低压饱和蒸汽，湿度大，非常容易凝结成水；二是由于炼钢生产的周期性，造成所产生的蒸汽也是周期性发生，一般在约30分钟的一个周期内，有约15分钟几乎没有蒸汽产生，而在另外约15分钟内蒸汽产生量由零逐渐增加到最大量又降低到零，波动非常剧烈。主要由于以上两个特点，造成这部分蒸汽非常难以回收利用，绝大多数钢铁企业都对其进行放散，造成大量能源和软水资源的浪费，不符合循环经济的发展要求。
发明内容
基于以上现实，本发明提出了一种转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，利用该方法，可以向蒸汽汽轮发电装置提供稳压、稳流余热蒸汽，使蒸汽汽轮发电装置提供稳定的电力。本发明还提供了利用该方法发电的系统设备。
本发明的技术方案是：转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，其特征在于，提高转炉烟道汽化冷却系统运行压力至≥0.8Mpa，从汽化冷却烟道出来的余热蒸汽经收集、汽水分离后进入蓄能装置，然后进入带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机，由汽轮机带动发电机发电；蒸汽发电后通过冷凝器凝结成水，闭路循环使用。
为避免凝结成的水滴损蚀汽轮机，将汽轮机入口处参数相对较高的蒸汽引出一部分引入汽轮机后部，加热做功后参数降低的蒸汽。
为充分利用转炉余热并向蓄能装置提供足够的余热蒸汽，多个转炉以并联的形式向蓄能装置提供余热蒸汽。
一种利用上述方法发电的系统设备，其特征在于，转炉烟道汽化冷却系统上部连接一汽包，在汽包出口设有汽水分离装置，自汽水分离装置出来的管路分为两路，一路与蓄能装置连通，另一路与蓄能装置出来的管路合并后连通汽轮机，发电机与汽轮机输出端相连，所述的汽轮机为带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机，从汽轮机出来的气体经管路输至冷凝器，冷凝器经管路连至冷凝水池，蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至转炉烟道汽化冷却系统和蓄能装置。
所述的一旁通蒸气管路自汽轮机入口处经汽轮机外部至汽轮机后部，对做功后的蒸汽加热。
冷凝水池还设有软水补充管路。
本发明进一步的方案是，
多个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自多个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路与蓄能装置连通，自蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机；各蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和蓄能装置。此为多转炉一蓄能装置结构。
或者，多个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自多个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路通过多个支管分别与相应的蓄能装置连通，自多个蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机；各蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和各蓄能装置。此为多转炉多蓄能装置结构。
本发明的有益效果是：
(1)该工艺无须补充燃料或其它能源，直接利用饱和蒸汽进行发电，开辟了一条余热蒸汽利用新途径，从而实现转炉烟道余热蒸汽的全部回收利用。
(2)通过回收利用炼钢所产生的高温烟气的热量，该工艺可以实现吨钢发电15kWh，有效降低炼钢工序能耗，为实现负能炼钢创造条件。
(3)该工艺中，汽轮机内效率超过75％，汽轮发电机组机械效率超过95％，发电机效率超过95％。
(4)该工艺可以实现软水的回收利用。原工艺中，蒸汽大量放散，软水无法回收利用。而在新工艺中，蒸汽发电后冷凝成水可以循环利用，大大节约软水资源。
附图说明
图1是转炉烟道余热饱和蒸汽发电系统设备发电原理图；
图2是两个转炉烟道余热饱和蒸汽发电系统设备发电原理图。
图中：1转炉，2烟道，3汽包，4蓄能装置，5低压饱和蒸汽汽轮机，6发电机，7冷凝器，8冷凝水池，9冷却塔，10软水补充管路，11第二转炉，21第二烟道，31第三汽包。
具体实施方式
转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，具体包括：(1)转炉1的汽化冷却烟道2采用压力容器标准设计，设计运行压力一般在1.6MPa以上，汽化冷却系统一般运行压力在0.8MPa以上；(2)汽化冷却烟道上部设置汽包3收集蒸汽，在汽包出口处设置汽水分离装置，降低蒸汽含水量；(3)设计几组并联的大型蓄能装置，采用并联方式联结。通常一座炼钢厂拥有2～4座转炉，将其汽包所产生的蒸汽采用并联的方式接入蓄能装置；(4)用于发电的汽轮机为带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机5，通过将汽轮机入口处参数相对较高的蒸汽引出一部分引入汽轮机后部，加热做功后参数降低的蒸汽，避免凝结成的水滴损蚀汽轮机，从而保证汽轮机的高效长寿运行。
通过对转炉1烟道冷却系统采用压力容器标准设计，使系统能够在较高压力下运行，从而产生压力较高的余热蒸汽，以提高发电效率。
下面结合附图，对转炉烟道余热饱和蒸汽发电系统设备详细说明如下：
转炉烟道汽化冷却系统(转炉烟道余热锅炉)上部连接一汽包3，在汽包出口设有汽水分离装置，自汽水分离装置出来的管路分为两路，一路与蓄能装置4连通，另一路与蓄能装置出来的管路合并后连通汽轮机，发电机与汽轮机输出端相连，所述的汽轮机为带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机5。从汽轮机出来的蒸汽经冷凝器7冷却进入冷凝水池8，冷凝器7与冷却塔9相连。蓄能装置4内水位高时，经管路连接并输入冷凝水池8，冷凝水池内的水由水泵泵入转炉烟道汽化冷却系统。蓄能装置4内水位低时，冷凝水池内的水由水泵经管路泵入蓄能装置4内。
由于水池内的水在循环过程中存在消耗，因此需要补充软水，冷凝水池还设有软水补充管路10。
该汽轮机设置了自汽轮机入口处经汽轮机外部至汽轮机后部的旁通蒸气管路，对做功后的蒸汽加热。通过将汽轮机入口处参数相对较高的蒸汽引出一部分引入汽轮机后部，加热做功后参数降低的蒸汽，避免凝结成的水滴损蚀汽轮机，从而保证汽轮机的高效长寿运行。
转炉烟道汽化冷却系统吸收冶炼过程中产生的烟气所携带的热量，产生的饱和蒸汽通过管道输送到蓄能装置以稳定压力和流量，蓄能装置与汽化冷却余热锅炉采用并联连接的方式。从蓄能装置输出的稳压、稳流余热蒸汽进入带有中间再热式装置的低压饱和蒸汽汽轮发电装置，实现转炉烟道余热蒸汽的高效回收发电。发电后蒸汽进入冷凝器凝结成水，进入冷凝水池，通过水泵输送到转炉烟道汽化冷却系统，实现冷凝水的循环利用。
图2所示为两个转炉烟道余热饱和蒸汽发电系统设备发电原理图。
该图中，除由转炉1、烟道2和汽包3组成的第一转炉烟道汽化冷却系统外，还有与其并联的由第二转炉11、第二烟道21和第三汽包31组成的第二转炉烟道汽化冷却系统。
两个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自两个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路与蓄能装置连通，自蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机。蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和蓄能装置。其余与图1原理相同。
其它实施例还可以是：多个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自多个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路通过多个支管分别与相应的蓄能装置连通，自多个蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机；各蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和各蓄能装置。此为多转炉多蓄能装置结构。通常一座炼钢厂拥有2～4座转炉，其它实施方式与图2原理相同。

Claims (8)

1、转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，其特征在于，提高转炉烟道汽化冷却系统运行压力至≥0.8Mpa，从汽化冷却烟道出来的余热蒸汽经收集、汽水分离后进入蓄能装置，然后进入带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机，由汽轮机带动发电机发电；蒸汽发电后通过冷凝器凝结成水，闭路循环使用。
2、根据权利要求1所述的转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，其特征在于，将汽轮机入口处参数相对较高的蒸汽引出一部分引入汽轮机后部，加热做功后参数降低的蒸汽。
3、根据权利要求1或2所述的转炉烟道余热饱和蒸汽发电方法，其特征在于，多个转炉以并联的形式向蓄能装置提供余热蒸汽。
4、一种利用权利要求1所述方法发电的系统设备，其特征在于，转炉烟道汽化冷却系统上部连接一汽包，在汽包出口设有汽水分离装置，自汽水分离装置出来的管路分为两路，一路与蓄能装置连通，另一路与蓄能装置出来的管路合并后连通汽轮机，发电机与汽轮机输出端相连，所述的汽轮机为带有中间再热装置的低压饱和蒸汽汽轮机，从汽轮机出来的气体经管路输至冷凝器，冷凝器经管路连至冷凝水池，蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至转炉烟道汽化冷却系统和蓄能装置。
5、根据权利要求4所述的系统设备，其特征在于，所述的一旁通蒸气管路自汽轮机入口处经汽轮机外部通至汽轮机后部。
6、根据权利要求4或5所述的系统设备，其特征在于，冷凝水池还设有软水补充管路。
7、根据权利要求4所述的系统设备，其特征在于，多个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自多个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路与蓄能装置连通，自蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机；各蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和蓄能装置。
8、根据权利要求7所述的系统设备，其特征在于，多个转炉烟道汽化冷却系统分别对应各自的汽水分离装置，自多个汽水分离装置出来的管路汇总至蒸汽总管，该蒸汽总管分为两路，一路通过多个支管分别与相应的蓄能装置连通，自多个蓄能装置出来的管路与蒸汽总管的另一路合并后连通汽轮机；各蓄能装置下部冷凝水经管路连接并输入冷凝水池，冷凝水池经设置水泵的管路连接至各转炉烟道汽化冷却系统和各蓄能装置。
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