CN102410740A - 一种钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置 - Google Patents

Abstract

一种钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置，本发明主要包括有烧结机组件和烧结一体化余热回收装置、冷却机组件和冷却机一体化余热回收装置以及包括冷凝水箱、凝汽器、除氧器、给水处理装置、汽轮机和发电机等配套设施。其中，烧结机组件包括烧结机、尾部主烟道、电除尘器及烟囱，上述烧结一体化余热回收装置中主要包括有旋风过热器、烧结机余热锅炉和管路。本发明冷却机组件又包括冷却机、鼓风机及烟囱。上述冷却一体化余热回收装置中主要包括有两个旋风过热器、冷却机余热锅炉和烟风管路，本发明可将钢铁厂烧结机和冷却机所产生的废气按其温度的不同分级取出，既降低装置的投资费用、提高余热发电能力又延长设备使用寿命。

Description

一种钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置

技术领域

本发明涉及一种余热发电装置，尤其是利用钢铁厂烧结、冷却机多级取废气余热发电装置。

背景技术

钢铁企业烧结工艺的能耗占总能耗的10%~20%，仅次于炼铁工序而居第二位。目前中国烧结工序的能耗较高，每吨烧结矿的平均能耗比国外先进指标高出19%以上，其主要原因之一为烧结过程余热资源的回收利用率低。目前，我国有部分企业利用冷却机余热生产蒸汽带动汽轮机发电。他们普遍采用的技术是在环冷机或带冷机上设置三个取风口，分三段取气再混合后进入单压或者双压余热锅炉换热，产生蒸汽推动汽轮机发电。这种方式只回收冷却机废气余热，对烧结机主烟道烟气的余热没有利用，余热资源没有得到全面的回收利用。

中国国家知识产权局公开了“一种烧结余热发电系统及方法”（申请号：201010127982.2）的发明专利。该专利对烧结机主烟道烟气余热进行了利用，设置了烟气余热锅炉，回收烧结机烟气产生低压蒸汽，用作补汽推动汽轮机发电。环冷机一、二段密封罩均匀设置多个废气支管，汇总成两路烟气，设置了双压双通道余热锅炉回收环冷机烟气余热分别产生次中压蒸汽和低压蒸汽用于汽轮机发电。此专利未考虑到烧结机尾部烟气的成分比较复杂，含有SOx、NOx及粉尘等杂质。如果采用低压力参数回收此部分热量，必定在锅炉受热面处产生低温酸露点腐蚀，直接影响到锅炉的运行和使用寿命，严重时会造成管子穿孔被迫停炉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将钢铁厂烧结机和冷却机所产生的废气按其温度的不同分级取出，既降低装置的投资费用、提高余热发电能力又延长设备使用寿命的一种钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置。

 本发明主要包括有烧结机组件和烧结一体化余热回收装置、冷却机组件和冷却机一体化余热回收装置以及给水处理装置、汽轮机和发电机等配套设施。其中，烧结机组件包括烧结机、尾部主烟道、电除尘器及烟囱，它们均为现有技术。上述烧结一体化余热回收装置中主要包括有旋风过热器、烧结机余热锅炉和管路，其中旋风过热器和烧结机余热锅炉采用一体化的布置形式，共用一个基础。该旋风过热器采用专利号为ZL2010 2 0554915.4中国实用新型专利的结构，不仅具有旋风除尘功能而且还具有换热器功能，烧结余热锅炉也为现有技术。上述各设备有如下连接关系：烧结机尾部主烟道与旋风过热器上部侧开口相连，使烧结机燃烧产生的烟气粉尘经其分离后由下端排渣口排出，而烟气则从旋风过热器上端出口进入烧结余热锅炉。该旋风分离器上端开口与烧结余热锅炉下端开口相连，该烧结余热锅炉壳体内下部设有由热交换管排构成的蒸发段，壳体内上部设有由热交换管排构成的省煤段，使由该烧结余热锅炉下端进入的烟气与蒸发段及省煤器段换热。该烧结余热锅炉上端设有出口，其通过设有引风机的烟风管与烧结机尾部主烟道相连，该主烟道上设有电除尘器，端部设有烟囱，于是回收热量后的烟气由引风机将它们送至烧结机尾部主烟道，通过电除尘后从烟囱排放。上述烧结余热锅炉省煤器段进水口通过管路和除氧器与冷凝水箱相连，该烧结余热锅炉省煤器段出水口与烧结余热锅炉汽包中部进口相连，将冷凝水加热，作为给水送至汽包中。该烧结余热锅炉汽包的下出口与烧结余热锅炉蒸发段进口相连，两者通过下降管相连，该烧结余热锅炉蒸发段出口又与烧结余热锅炉汽包中部相连，两者通过上升管相连，使汽包中的饱和水经过蒸发段换热面换热，产生的汽水混合物再送至汽包分离。该汽包上端出口与旋风过热器下部的环形集箱入口相连。与旋风过热器上部环形集箱出口相连的管路另一端与高压分汽缸相连，该高压分汽缸又与汽轮机相连，使除去水的过热蒸汽推动汽轮机做功发电，该汽轮机与发电机相连。上述汽轮机的蒸汽出口与凝汽器入口相连，凝汽器出口则与泠凝水箱入口相连，使汽轮机做功后产生的乏汽经凝汽器冷凝后变为冷凝水进入冷凝水箱中。

本发明冷却机组件又包括冷却机、鼓风机及烟囱，它们均为现有技术。上述冷却一体化余热回收装置中主要包括有旋风过热器、冷却机余热锅炉和管路，其中旋风过热器和冷却机余热锅炉采用一体化的布置形式，共用一个基础。该旋风过热器也采用专利号为ZL2010 2 05549.4中国实用新型专利的结构，但是并列的两个，一个是与冷却机高温烟气对应的高温旋风过热器，另一个是与冷却机低温烟气对应的低温旋风过热器，冷却余热锅炉也为现有技术，其可以采用I型，烟气下入上出，也可采用倒U型，烟气下入下出。上述各设备有如下连接关系：设在冷却机上的多个密封罩，其顶部或侧面设置两个或两个以上的烟气出口。其中，靠近下料端部位的烟气出口通过烟风管路与高温旋风过热器上部的切向入口相连，使进入其内的350℃~500℃的烟气将铁矿粉尘分离，该高温旋风过热器顶端出口与冷却余热锅炉下端的一个开口相连，该冷却余热锅炉的壳体内由下至上依次设有由热交换管排构成的次中压蒸发段、次中压省煤器段、低压过热段、低压蒸发段、低压省煤器段和低压热水段，由该冷却余热锅炉下端进入的烟气与上述各段换热后由该冷却余热锅炉上端出口排出。该冷却余热锅炉出口通过带有引风机的管路或与冷却机相连，即返回冷却机风箱下部，再次进入冷却机，或与烟囱相连，使烟气从大气排走。冷却机其余部位的烟气出口通过烟风管路与低温旋风过热器上部的切向入口相连，使进入其内的150℃~350℃的烟气将铁矿粉尘分离，该低温旋风过热器顶端出口与冷却余热锅炉下端的另一个开口相连，与由高温旋风过热器顶端进入的烟气混合，再与上述各段换热后由该冷却余热锅炉上端出口排出。

与冷凝水箱通过除氧器间接相连的管路分别与冷却余热锅炉的低压热水段和低压省煤器段进口相连。该低压热水段出口通过管路与次中压省煤器段进口相连，该次中压省煤器段出口通过管路与次中压汽包中部进口相连，将进一步换热后的冷凝水作为给水送至汽包中。该次中压汽包下部的开口与次中压蒸发段进口相连，两者通过下降管相连，该次中压蒸发段出口又与次中压汽包中部开口相连，两者通过上升管相连，使经过受热面换热产生的汽水混合物又通过上升管送至汽包进行汽水分离。该次中压汽包上端的开口通过管路与低温旋风过热器上部的进口集箱相连，该低温旋风过热器下部出口集箱与高温旋风过热器下部进口集箱相连。经次中压汽包分离的饱和蒸汽经过低温旋风过热器的受热面加热成过热蒸汽，从低温旋风过热器下部出口集箱出来，再进入高温旋风过热器下部的进口集箱，再经高温旋风过热器的受热面进一步加热成更高温度的过热蒸汽。与高温旋风过热器上部出口集箱相连的管路另一端与高压分汽缸相连，该高压分汽缸又与汽轮机相连，使除去水的过热蒸汽推动汽轮机做功发电，该汽轮机与发电机相连。上述汽轮机的蒸汽出口与凝汽器入口相连，凝汽器出口则与泠凝水箱入口相连，使汽轮机做功后产生的乏汽经凝汽器冷凝后变为冷凝水进入冷凝水箱中。

与冷凝器水箱通过除氧器间接相连的管路还与低压省煤器段进口相连，该低压省煤器段的出口与低压汽包中部进口相连，将换热后的冷凝水作为给水送至汽包中。该低压汽包下部的开口与低压蒸发段进口端相连，两者通过下降管相连，该低压蒸发段出口端又与低压汽包中部开口相连，两者通过上升管相连，使经过受热面换热产生的汽水混合物又通过上升管送至汽包进行汽水分离。该低压汽包上端的开口通过管路与低压过热段进口相连，该低压过热段出口与汽轮机相连，将低压汽包分离的饱和蒸汽经低压过热段受热面加热成为过热蒸汽，送至汽轮机，作为补汽推动汽轮机做功。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、遵循“温度对口，按质用能”的原则。本发明根据冷却和烧结废气各自的特点，按温度和用途进行分级回收，以生产更高压力和温度等级的蒸汽，大幅度提高余热发电能力,同时也避免了低温酸露点腐蚀问题。

2、降低了设备重量。设置了旋风过热器，使其同时具备旋风分离器和过热器的双重功能，从而大大减少了设备的重量。以280m²冷却机系统的冷却余热锅炉为例：以往的技术方案采用独立旋风分离器及独立蒸汽过热器时，重量合计为276t。本XSH旋风过热器总重量合计仅为96t，比以往的技术方案降低了180吨。

3、减少了废气管道的长度。现有技术和发明均采用独立旋风分离器、过热器和冷却余热锅炉技术方案。此时需要将废气由独立旋风分离器通过废气管道引入过热器，然后再进入冷却余热锅炉；本发明采用一体化布置后节省了此部分废气管道。以280m²冷却机系统的冷却余热锅炉为例：采用旋风过热器和冷却余热锅炉技术方案时，将废气由旋风过热器引入冷却余热锅炉的废气管道重量约82t；本发明采用一体化布置后节省了这部分废气管道的制造和安装，同时节省了这部分废气管道支撑带来的土建工程量。

4、提高了发电能力。由于减少了废气管道长度，相对应的也降低废气管道热量损失，提高了发电能力。同时，本发明提高了烧结烟气的余热回收的压力等级，这样从热力学角度讲，提高了蒸汽的做功效率，也可以提高发电能力。以265 m²烧结系统和280m²冷却机系统的余热回收发电系统为例：当采用独立旋风分离器、过热器、烧结余热锅炉和冷却余热锅炉技术方案时，烧结余热锅炉蒸汽参数为0.3MPa、160℃，冷却余热锅炉蒸汽参数为2.06MPa、375℃和0.3MPa，160℃时，发电功率为8.5MW；本发明采用烧结一体化余热回收装置，蒸汽参数为1.45MPa，330℃；采用冷却一体化余热回收装置，蒸汽参数为1.45MPa，370℃和0.3MPa，160℃时发电功率为9.35MW。相比之下，发电能力提高了9%。

5、节省了布置空间及占地。以280m²冷却机系统的冷却余热锅炉为例：采用独立旋风分离器时，冷却余热锅炉、独立旋风分离器合计占地面积为186m² 以上；本发明采用旋风过热器和烧结机余热锅炉以及旋风过热器和冷却机余热锅炉一体化布置后占地面积为115m²，比以往的技术方案减少了81 m² 以上。

6、减少了冷却余热锅炉房土建工程量。以280m²冷却机系统的冷却余热锅炉房为例：采用独立旋风分离时，锅炉房土建框架需要柱子10～12根、建筑面积480 m²以上；本发明采用一体化布置后锅炉房土建框架需要的柱子数量减少为6根、建筑面积330m²左右，土建工程总量减少30%以上。

附图说明

图1为本发明主视剖面示意简图。

图2为图1中烧结一体化余热回收装置放大示意简图。

图3为图1中冷却一体化余热回收装置放大示意简图。

附图中标号说明  

1—烟囱、2—电除尘、3—烧结机、 4—引风机、5—烧结余热锅炉、   6—旋风过热器、7—冷却余热锅炉 、8—冷却机 、9—高压分汽缸、 10—汽轮机 、11—发电机 、12—凝汽器 、13—冷凝水箱 、14—除氧器、 15—汽水管路 、16—烟风管路 、17—次中压蒸发段 、18—次中压省煤器段 、19—低压过热段 、20—低压蒸发段 、21—低压省煤器段 、22—低压热水段 、23—低压汽包 、24—次中压汽包 、25—鼓风机 、26—蒸发段 、27—省煤器段 、28—汽包 、29—尾部主烟道 、30—高温旋风过热器 、31—低温旋风过热器。  

具体实施方式

在图1和图2所示的钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置的主视剖面示意简图中，烧结机组件包括烧结机3、尾部主烟道29、电除尘器2及烟囱1，它们均为现有技术。上述烧结一体化余热回收装置中主要包括有旋风过热器6、烧结机余热锅炉5和管路，其中旋风过热器6和烧结机余热锅炉5采用一体化的布置形式，共用一个基础。该旋风过热器6采用专利号为ZL2010 2 0554915.4中国实用新型专利的结构。上述各设备有如下连接关系：烧结机尾部主烟道29与旋风过热器6上部侧开口相连，该旋风过热器6上端开口与烧结余热锅炉5下端开口相连，该烧结余热锅炉5壳体内下部设有由热交换管排构成的蒸发段26，壳体内上部设有由热交换管排构成的省煤段27。该烧结余热锅炉5上端设有出口，其通过设有引风机4的烟风管路16与烧结机尾部主烟道29相连，该主烟道29上设有电除尘器2，端部设有烟囱1。上述烧结余热锅炉省煤器段27进水口通过管路15和除氧器14与冷凝水箱13相连，该烧结余热锅炉省煤器段27出水口与烧结余热锅炉汽包28中部进口相连。该烧结余热锅炉汽包28的下出口与下降管一端相连，该下降管另一端与烧结余热锅炉蒸发段26进口相连，该烧结余热锅炉蒸发段26出口又与上升管一端相连，该上升管另一端与烧结余热锅炉汽包28中部相连。该汽包28上端出口与旋风过热器6下部的入口集箱相连。与旋风过热器6上部出口集箱相连的管路另一端与高压分汽缸9相连，该高压分汽缸9又与汽轮机10相连，该汽轮机10与发电机11相连。上述汽轮机10的蒸汽出口与凝汽器12入口相连，凝汽器12出口则与泠凝水箱13入口相连。

在图1和图3所示的钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置的主视剖面示意简图中，本发明冷却机组件又包括冷却机8、鼓风机25及烟囱1，它们均为现有技术。上述冷却一体化余热回收装置中主要包括有旋风过热器、冷却机余热锅炉7和管路，其中旋风过热器和冷却机余热锅炉7采用一体化的布置形式，共用一个基础。该旋风过热器也采用专利号为ZL2010 2 05549.4中国实用新型专利的结构，但是并列的两个，一个是与冷却机高温烟气对应的高温旋风过热器30，另一个是与冷却机低温烟气对应的低温旋风过热器31，冷却余热锅炉7也为现有技术。上述各设备有如下连接关系：设在冷却机8上的多个密封罩，其顶部或侧面设置两个或两个以上的烟气出口。其中，靠近下料端部位的350℃~500℃烟气出口通过烟风管路16与高温旋风过热器30上部的切向入口相连，该高温旋风过热器30顶端出口与冷却余热锅炉7下端的一个开口相连，该冷却余热锅炉7的壳体内由下至上依次设有由热交换管排构成的次中压蒸发段17、次中压省煤器段18、低压过热段19、低压蒸发段20、低压省煤器段21和低压热水段22，由该冷却余热锅炉7下端进入的烟气与上述各段换热后由该冷却余热锅炉7上端出口排出。该冷却余热锅炉7出口通过带有引风机4的一支管路与冷却机8相连，另一支与烟囱1相连。冷却机8其余部位的150℃~350℃烟气出口通过烟风管路与低温旋风过热器31上部的切向入口相连，该低温旋风过热器31顶端出口与冷却余热锅炉7下端的另一个开口相连。与冷凝水箱13通过除氧器14间接相连的管路分别与冷却余热锅炉7的低压热水段22和低压省煤器段21进口相连。该低压热水段22出口通过管路与次中压省煤器段18进口相连，该次中压省煤器段18出口通过管路与次中压汽包24中部进口相连。该次中压汽包24下部的开口与下降管相连，该下降管另一端与次中压蒸发段17进口相连，该次中压蒸发段17出口又与上升管相连，该上升管另一端与次中压汽包24中部开口相连。该次中压汽包24上端的开口通过管路与低温旋风过热器31上部的进口集箱相连，该低温旋风过热器31下部出口集箱与高温旋风过热器30下部进口集箱相连。与高温旋风过热器30上部出口集箱相连的管路另一端与高压分汽缸9相连，该高压分汽缸9又与汽轮机10相连，该汽轮机10与发电机11相连。上述汽轮机10的蒸汽出口与凝汽器12入口相连，凝汽器12出口则与泠凝水箱13入口相连。与冷凝器水箱13通过除氧器14间接相连的管路还与低压省煤器段21进口相连，该低压省煤器段21的出口与低压汽包23中部进口相连。该低压汽包23下部的开口与下降管相连，该下降管另一端与低压蒸发段20进口端相连，该低压蒸发段20出口端又与上升管相连，该上升管另一端与低压汽包23中部开口相连。该低压汽包23上端的开口通过管路与低压过热段19进口相连，该低压过热段19出口与汽轮机10相连。

上述烧结、冷却机多级取废气余热发电装置的主要运行参数见下表： 

表1、烧结一体化余热回收装置

表2、冷却一体化余热回收装置

表3、汽轮机发电机

Claims (2)

1.一种钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置，其特征在于：

（1）烧结机尾部主烟道与旋风过热器上部侧开口相连，该旋风分离器上端开口与烧结余热锅炉下端开口相连，该烧结余热锅炉壳体内下部设有蒸发段，壳体内上部设有省煤段，该烧结余热锅炉上端设有出口，其通过设有引风机的管路与烧结机尾部主烟道相连，该主烟道上设有电除尘器，端部设有烟囱；上述烧结余热锅炉省煤器段进水口通过管路和除氧器与冷凝水箱相连，该烧结余热锅炉省煤器段出水口与烧结余热锅炉汽包中部进口相连，该烧结余热锅炉汽包的下出口通过下降管与烧结余热锅炉蒸发段进口相连，该烧结余热锅炉蒸发段出口又通过上升管与烧结余热锅炉汽包中部相连，该汽包上端出口与旋风过热器下部的入口集箱相连，与旋风过热器上部出口集箱相连的管路另一端与高压分汽缸相连；

（2）设在冷却机上的多个密封罩，其顶部或侧面设置两个或两个以上的烟气出口，其靠近下料端部位的烟气出口通过烟风管路与高温旋风过热器上部的切向入口相连，该高温旋风过热器顶端出口与冷却余热锅炉下端的一个开口相连，该冷却余热锅炉出口通过带有引风机的管路或与冷却机相连，或与烟囱相连，冷却机其余部位的烟气出口通过烟风管路与低温旋风过热器上部的切向入口相连，该低温旋风过热器顶端出口与冷却余热锅炉下端的另一个开口相连，与冷凝水箱通过除氧器间接相连的管路分别与冷却余热锅炉的低压热水段和低压省煤器段进口相连，该低压热水段出口通过管路与次中压省煤器段进口相连，该次中压省煤器段出口通过管路与次中压汽包中部进口相连，该次中压汽包下部的开口通过下降管与次中压蒸发段进口相连，该次中压蒸发段出口又通过上升管与次中压汽包中部开口相连，该次中压汽包上端的开口通过管路与低温旋风过热器上部的进口集箱相连，该低温旋风过热器下部出口集箱与高温旋风过热器下部进口集箱相连，与高温旋风过热器上部出口集箱相连的管路另一端与高压分汽缸相连；

（3）上述高压分汽缸又与汽轮机相连，该汽轮机与发电机相连，上述汽轮机的蒸汽出口与凝汽器入口相连，凝汽器出口则与泠凝水箱入口相连。

2.根据权利要求1所述的钢铁厂烧结机及冷却机多级取废气余热发电装置，其特征在于：与冷凝器水箱通过除氧器间接相连的管路还与低压省煤器段进口相连，该低压省煤器段的出口与低压汽包中部进口相连，该低压汽包下部的开口通过下降管与低压蒸发段进口端相连，该低压蒸发段出口端又通过上升管与低压汽包中部开口相连，该低压汽包上端的开口通过管路与低压过热段进口相连，该低压过热段出口与汽轮机相连。

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