CN102635844B - 转底炉烟气余热锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及余热利用技术领域，具体地说是一种转底炉烟气余热锅炉系统，其特征在于：在烟道式余热锅炉上方的钢架上设有汽包，在钢架下悬吊有四个炉膛水冷壁上集箱、四个后烟道水冷壁上集箱和一个顶棚管下集箱；烟道式余热锅炉采用由立式的炉膛和立式的后烟道所构成的立式的烟道式余热锅炉结构。本发明同现有技术相比，烟道式余热锅炉采用立式烟道结构，向空间占领，节省平面占地，为改造或新建转底炉装置高温烟气余热回收系统的发展创造了前景；采用改进炉管的结构布置，使炉水靠自身重度差进行自然循环，省去了使用炉水循环泵所额外消耗的电力及炉水循环泵的高维护费。

Description

转底炉烟气余热锅炉系统

技术领域

本发明涉及余热利用技术领域，具体地说是一种钒钛磁铁矿开发利用的一种转底炉烟气余热锅炉系统。

背景技术

转底炉工艺是以一种煤基快速直接还原技术，国外80年代开始工业化生产，我国在消化吸收国外技术的基础上，近几年开始研制建设转底炉装置。转底炉工艺采用高温还原，产生大量的1100~1400℃的高温烟气，烟气成分中有含锌粉尘和一氧化碳，意味着收集高温烟气的转底炉烟气余热锅炉必须具备如下条件：一、高温烟气在余热锅炉的炉膛内再燃烧的功能；二、防止再燃烧后高温烟气的含锌粉尘粘结在炉管上。

目前转底炉烟气余热锅炉一般采用烟道式余热锅炉，是一种用以回收利用各种排烟余热的水管锅炉，水或蒸汽在受热管的管内流动，烟气在受热管管外的烟道中流动，烟气通过冲刷管子的外表面将热量传递给管内的水或蒸汽。

现有的转底炉烟气余热锅炉的炉水采用强制循环方式，需用炉水循环泵17作炉水循环动力，额外消耗电力及炉水循环泵维护费，参见图1～图3，该余热锅炉采用卧式烟道结构，其卧式的炉膛内的水冷壁16采用蛇形管，蛇形管的进出口端分别焊接前后两个集箱16-1，在汽包1下连接有炉水循环泵17，通过炉水循环泵17的加压将汽包1内的炉水分别送入水冷壁16的进口端的集箱内和蒸发器61的进口集箱内，从蒸发器61的进口集箱出来的炉水分两路，一路送入蒸发器61内，另一路送入另一个蒸发器6的进口集箱内，在水冷壁16内的炉水和在蒸发器61内的炉水经炉膛内的高温烟气辐射、对流吸热成为汽水混合物，从水冷壁16的出口端的集箱出来的汽水混合物和从蒸发器61的出口集箱出来的汽水混合物返回到汽包；从另一蒸发器6的进口集箱内出来的炉水再分两路，一路送入下一组蒸发器62的进口集箱内吸热蒸发，汽水混合物从下一组蒸发器62的出口集箱返回至汽包，另一路送入另一蒸发器6内，在另一蒸发器6内的炉水吸热蒸发成汽水混合物进入另一蒸发器6的出口集箱再送至汽包。汽水混合物在汽包1内作汽水分离，分离后的炉水再通过炉水循环泵17送入水冷壁16及蒸发器61再次循环、吸热、蒸发；在汽包1内分离出的蒸汽则进入过热器4内，经加热后的蒸汽通过管道送出。

因此，目前采用的转底炉烟气余热锅炉大多是强制循环、卧式、水平通道结构，不满足转底炉高温烟气所需的再燃烧和防止粘结的特殊工艺需要，均不成熟。且采用卧式结构、水平通道式的余热锅炉，要求的锅炉长，占地大，对已建成的转底炉装置或新建装置都会受到场地的限制。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，设计一种立式、自然循环的、具有炉膛内再燃烧功能、防止再燃烧后高温烟气的含锌粉尘粘结在炉管上的立式烟道式结构的余热锅炉。

为实现上述目的，设计一种转底炉烟气余热锅炉系统，包括膜式水冷壁围成的烟道式余热锅炉、高温过热器、低温过热器、蒸发器、低温省煤器、高温省煤器、除盐水预热器、汽包、钢架、平台扶梯及振打装置、灰斗，其特征在于：在烟道式余热锅炉上方的钢架上设有汽包，在钢架下悬吊有四个炉膛水冷壁上集箱、四个后烟道水冷壁上集箱和一个顶棚管下集箱；烟道式余热锅炉采用由立式的炉膛和立式的后烟道所构成的立式的烟道式余热锅炉结构，在与灰斗连接处的炉膛的前后左右四侧的膜式水冷壁底端分别连接一个炉膛水冷壁下集箱的出水口，炉膛的后侧的膜式水冷壁的顶部连接炉膛内所设的后水冷壁上集箱的进水口，后水冷壁上集箱的出水口采用顶棚管连接顶棚管下集箱的进水口，顶棚管下集箱的出水口连接炉膛的顶部的膜式水冷壁的后端，炉膛的顶部的膜式水冷壁的前端以及炉膛的前、左、右侧的膜式水冷壁顶端分别一对一对应连接炉膛上方悬吊于钢架下的四个炉膛水冷壁上集箱的进水口；后烟道前后左右四侧的膜式水冷壁的底端分别连接一个后烟道水冷壁下集箱的出水口；后烟道的前侧的膜式水冷壁的顶端连接一个后烟道内所设的前水冷壁上集箱的进水口，前水冷壁上集箱的出水口连接另一顶棚管的底端，另一顶棚管的顶端以及后烟道的顶部、左、右侧的膜式水冷壁的顶端分别一对一对应连接四个后烟道水冷壁上集箱的进水口，在后烟道内还设有蒸发器，所述的蒸发器由蒸发器管排倾斜横穿后烟道所组成，蒸发器管排的上端焊接有蒸发器上集箱的进口，蒸发器管排的下端焊接蒸发器下集箱的出口；四个炉膛水冷壁上集箱的出水口、四个后烟道水冷壁上集箱的出水口以及蒸发器上集箱的出口分别采用汽水引出管连接汽包的进水口；汽包的出水口连接位于烟道式余热锅炉外的下降管的一端，下降管的另一端采用分支分别连接炉膛水冷壁下集箱的进水口、后烟道水冷壁下集箱的进水口以及蒸发器下集箱的进口；炉膛的顶部的膜式水冷壁的管排间设有间隙，高温过热器的顶部悬吊于钢架下后，高温过热器穿过炉膛顶部间隙位于炉膛内的上部；后烟道的顶部的膜式水冷壁的管排间也设有间隙；低温过热器的顶部悬吊于钢架下后，低温过热器穿过后烟道顶部的间隙后位于后烟道内的上部；汽包的饱和蒸汽输出口连接低温过热器的进汽口，低温过热器的出汽口连接高温过热器的进汽口，高温过热器的出汽口送出至热用户进口或发电站。

所述的炉膛的下部为烟气再燃烧区，在烟气再燃烧区的炉膛的膜式水冷壁内侧设有一层锆质浇注料层。

烟道式余热锅炉的炉膛外以及后烟道外包覆有保温层。

在炉膛的膜式水冷壁外还设有除灰振打装置。

在炉膛四侧的膜式水冷壁外的上、下部还分别设有二次风入口和一次风入口，在炉膛的前侧近底部位置设有烟气进口。

所述的后烟道的底部还依次设有低温省煤器、除盐水预热器，除盐水预热器的后侧设有烟气出口。

在炉膛底部所连接的灰斗内设有高温省煤器。

本发明同现有技术相比具有如下优势：

1、本发明烟道式余热锅炉为立式烟道结构，向空间占领，节省平面占地，为改造或新建转底炉装置高温烟气余热回收系统的发展创造了前景；

2、采用改进炉管的结构布置，使炉水靠自身重度差进行自然循环，省去了使用炉水循环泵所额外消耗的电力及炉水循环泵的高维护费； 

3、采用较高的立式炉膛，炉膛的烟气再燃烧区的膜式水冷壁内衬铬质浇注料，可避免一氧化碳燃烧产生的高温火焰直吹膜式水冷壁，并可有效的防止含锌粉尘烟气的粘结；

4、输出的2.5MPa，400℃的次中压过热蒸汽，即可用于发电也可用于供热，扩大了余热利用的范围；同时次中压蒸汽参数避开了含锌粉尘烟气粘结高温炉管壁的温度范围；

5、立式烟道式余热锅炉的受热面通过顶部支吊结构悬吊钢架上，炉体可向下自由膨胀，密封性能好，结构安全可靠。

附图说明

图1为原有卧式的烟道式余热锅炉的结构示意图，本图中未示出汽包和炉水循环泵。

图2为原有采用蛇形管的水冷壁的结构示意图。

图3为原有卧式的烟道式余热锅炉的侧视结构示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为图4所示的A-A剖示图。

图6为图4所示的B-B剖示图。

图7为图3中去除保温层后的结构示意图。

参见图4～图7，1为汽包；2为炉膛；2-1为烟气进口；3为后烟道；3-1为后烟道水冷壁下集箱；4为低温过热器；5为高温过热器；6为蒸发器；6-1为蒸发器上集箱；6-2为蒸发器下集箱；7为低温省煤器；8为高温省煤器；9为给水预热器；9-1为烟气出口；10为除灰振打装置；11-2为下降管；11-3为炉膛水冷壁下集箱；11-6为汽水引出管；12为一次风入口；13为二次风入口；14为锆质浇注料层；15为钢架；16为膜式水冷壁；17为炉水循环泵；18-1为炉膛水冷壁上集箱；18-2为后烟道水冷壁上集箱；18-3为顶棚管下集箱；18-4为后水冷壁上集箱；18-5为前水冷壁上集箱；19为保温层。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

实施例1  

本发明中烟道式余热锅炉由原来采用的卧式的烟道式余热锅炉改采用立式的烟道式余热锅炉，并通过炉水的管路的改造实现炉水的自然循环，为了配合炉水的自然循环，本发明中立式的烟道式余热锅炉采用膜式水冷壁所围成，所述的膜式水冷壁是由若干鳍片管并列相互焊接在一起所组成的整块管屏。

本发明中以烟气进口2-1至烟气出口9-1的气体流动方向来区分立式的烟道式余热锅炉中各部件的前后方位。

一、具体结构：　

参见图4～图7，在烟道式余热锅炉上方的钢架15上设有汽包1，在钢架下悬吊有四个炉膛水冷壁上集箱18-1、4个后烟道水冷壁上集箱18-2和一个顶棚管下集箱18-3；烟道式余热锅炉采用由立式的炉膛2和立式的后烟道3所构成的立式的烟道式余热锅炉结构，在与灰斗连接处的炉膛2的前后左右四侧的膜式水冷壁16底端分别连接一个炉膛水冷壁下集箱11-3的出水口，炉膛2的后侧的膜式水冷壁的顶部连接炉膛内所设的后水冷壁上集箱18-4的进水口，后水冷壁上集箱18-4的出水口采用顶棚管连接顶棚管下集箱18-3的进水口，顶棚管下集箱18-3的出水口连接炉膛的顶部的膜式水冷壁的后端，炉膛的顶部的膜式水冷壁的前端以及炉膛2的前、左、右侧的膜式水冷壁顶端分别一对一对应连接炉膛上方悬吊于钢架下的四个炉膛水冷壁上集箱18-1的进水口；后烟道前后左右四侧的膜式水冷壁的底端分别连接一个后烟道水冷壁下集箱3-1的出水口；后烟道的前侧的膜式水冷壁的顶端连接一个后烟道内所设的前水冷壁上集箱18-5的进水口，前水冷壁上集箱18-5的出水口连接另一顶棚管的底端，另一顶棚管的顶端以及后烟道的顶部、左、右侧的膜式水冷壁的顶端分别一对一对应连接四个后烟道水冷壁上集箱18-2的进水口，在后烟道3内还设有蒸发器6，所述的蒸发器6由蒸发器管排倾斜横穿后烟道所组成，蒸发器管排的上端焊接有蒸发器上集箱6-1的进口，蒸发器管排的下端焊接蒸发器下集箱6-2的出口；四个炉膛水冷壁上集箱18-1的出水口、四个后烟道水冷壁上集箱18-2的出水口以及蒸发器上集箱6-1的出口分别采用汽水引出管11-6连接汽包1的进水口；汽包1的出水口连接位于烟道式余热锅炉外的下降管11-2的一端，下降管11-2的另一端采用分支分别连接炉膛水冷壁下集箱11-3的进水口、后烟道水冷壁下集箱3-1的进水口以及蒸发器下集箱6-2的进口；炉膛的顶部的膜式水冷壁的管排间设有间隙，高温过热器5的顶部悬吊于钢架下后，高温过热器5穿过炉膛顶部间隙位于炉膛内的上部；后烟道的顶部的膜式水冷壁的管排间也设有间隙；低温过热器4的顶部悬吊于钢架下后，低温过热器4穿过后烟道顶部的间隙后位于后烟道内的上部；汽包1的饱和蒸汽输出口连接低温过热器4的进汽口，低温过热器4的出汽口连接高温过热器5的进汽口，高温过热器5的出汽口送出至热用户进口或发电站。本发明中高温过热器5和低温过热器4均采用屏式结构。

所述的炉膛的下部为烟气再燃烧区，在烟气再燃烧区的炉膛的膜式水冷壁内侧设有一层锆质浇注料层14，可避免一氧化碳燃烧产生的高温为焰直吹膜式水冷壁，并可有效地防止含锌粉尘烟气的粘结。

烟道式余热锅炉的炉膛外以及后烟道外包覆有保温层19。

在炉膛的膜式水冷壁外还设有除灰振打装置10，用于振打炉膛的膜式水冷壁。振打是通过电动机带动弹簧锤击装置击振膜式水冷壁的管排，除去积聚在炉膛的膜式水冷壁上的粉尘，粉尘落入灰斗中通过星形排灰阀排出炉体，这样清灰容易，不易积灰，不存在积灰搭桥的可能。

参见图3，在炉膛的四侧的膜式水冷壁外的上、下部还分别设有二次风入口13和一次风入口12，在炉膛的前侧近底部位置设有烟气进口2-1。这里一次风入口12用于接入部分排放烟气，利用排放烟气中的过剩氧气与高温烟气中的一氧化碳燃烧；而二次风入口13，用于接入冷空气，调节炉膛出口烟气温度，保护高温过热器5。

所述的后烟道的底部还依次设有低温省煤器7、除盐水预热器9，除盐水预热器的后侧设有烟气出口9-1。在炉膛底部所连接的灰斗内设有高温省煤器8。本例中低温省煤器7与高温省煤器均采用蛇形管绕制而成。

二、

本发明的工作原理：从汽包1中出来的炉水通过下降管11-2分别进入炉膛水冷壁下集箱11-3、后烟道水冷壁下集箱3-1和蒸发器下集箱6-2，然后炉膛水冷壁下集箱11-3和后烟道水冷壁下集箱3-1再将各自的炉水分别分配到炉膛的膜式水冷壁的各管子内和后烟道的膜式水冷壁的各管子内，蒸发器下集箱6-2内的炉水分配到蒸发器管排内，而从烟气进口2-1进入炉膛内的大量高温烟气会对炉膛产生高温辐射，使炉膛的膜式水冷壁内的炉水吸热产生汽水混合物分别上升到炉膛水冷壁上集箱18-1内，而后烟道3的膜式水冷壁内的炉水以及蒸发器6内的炉水也由于高温烟气的作用而吸热产生汽水混合物分别上升到后烟道水冷壁上集箱18-2和蒸发器上集箱6-1内，然后炉膛水冷壁上集箱18-1、后烟道水冷壁上集箱18-2和蒸发器上集箱6-1内的汽水混合物再经过汽水引出管11-6回到汽包1内，汽水混合物在汽包1内作汽水分离后，分离出的炉水再通过下降管11-2进入各膜式水冷壁的管子内进行再次循环，在汽包1内分离出的饱和蒸汽先进入低温过热器4后，再进入高温过热器5；这样经过低温过热器4和高温过热器8的再次加热后生成2.5MPa、400℃的过热蒸汽通过管道送去发电站发电或蒸汽的热用户进口供使用。本发明中高温过热器5中输出参数为2.5MPa、400℃的次中压蒸汽，是为了扩大了余热利用的范围，使其即可用于发电也可用于供热；同时该次中压蒸汽参数避开了含锌粉尘烟气粘结高温管壁的温度范围。

综上所述，本发明中的转底炉烟气余热锅炉的特点是：膜式水冷壁组成立式烟道结构，具有较高的炉膛和炉膛烟气再燃烧区，可避免一氧化碳燃烧产生的高温火焰直吹炉膛水冷壁，并可有效地防止含锌粉尘烟气的粘结；炉水循环为自然循环，与靠炉水循环泵作炉水循环动力的卧式的余热锅炉相比，省去了额外消耗的电力及炉水循环泵的高维护费；立式烟道结构，向空间占领，节省平面占地，为改造或新建转底炉装置高温烟气余热回收系统的发展创造了前景；立式的烟道式的余热锅炉中膜式水冷壁；高、低温过热器；高、低温省煤器、蒸发器、除盐水预热器这些受热面全部通过顶部支吊结构悬吊钢架上，使炉膛可向下自由膨胀，密封性能好，结构安全可靠。

Claims (5)

1.一种转底炉烟气余热锅炉系统，包括膜式水冷壁围成的烟道式余热锅炉、高温过热器、低温过热器、蒸发器、低温省煤器、高温省煤器、除盐水预热器、汽包、钢架、平台扶梯及除灰振打装置、灰斗，其特征在于：在烟道式余热锅炉上方的钢架（15）上设有汽包（1），在钢架下悬吊有四个炉膛水冷壁上集箱（18-1）、四个后烟道水冷壁上集箱（18-2）和一个顶棚管下集箱（18-3）；烟道式余热锅炉采用由立式的炉膛（2）和立式的后烟道（3）所构成的立式的烟道式余热锅炉结构，在与灰斗连接处的炉膛（2）的前后左右四侧的膜式水冷壁（16）底端分别连接一个炉膛水冷壁下集箱（11-3）的出水口，炉膛（2）的后侧的膜式水冷壁的顶部连接炉膛内所设的后水冷壁上集箱（18-4）的进水口，后水冷壁上集箱（18-4）的出水口采用顶棚管连接顶棚管下集箱（18-3）的进水口，顶棚管下集箱（18-3）的出水口连接炉膛的顶部的膜式水冷壁的后端，炉膛的顶部的膜式水冷壁的前端以及炉膛（2）的前、左、右侧的膜式水冷壁顶端分别一一对应连接炉膛上方悬吊于钢架下的四个炉膛水冷壁上集箱（18-1）的进水口；后烟道前后左右四侧的膜式水冷壁的底端分别连接一个后烟道水冷壁下集箱（3-1）的出水口；后烟道的前侧的膜式水冷壁的顶端连接一个后烟道内所设的前水冷壁上集箱（18-5）的进水口，前水冷壁上集箱（18-5）的出水口连接另一顶棚管的底端，另一顶棚管的顶端以及后烟道的顶部、左、右侧的膜式水冷壁的顶端分别一一对应连接四个后烟道水冷壁上集箱（18-2）的进水口，在后烟道（3）内还设有蒸发器（6），所述的蒸发器（6）由蒸发器管排倾斜横穿后烟道所组成，蒸发器管排的上端焊接有蒸发器上集箱（6-1）的进口，蒸发器管排的下端焊接蒸发器下集箱（6-2）的出口；四个炉膛水冷壁上集箱（18-1）的出水口、四个后烟道水冷壁上集箱（18-2）的出水口以及蒸发器上集箱（6-1）的出口分别采用汽水引出管（11-6）连接汽包（1）的进水口；汽包（1）的出水口连接位于烟道式余热锅炉外的下降管（11-2）的一端，下降管（11-2）的另一端采用分支分别连接炉膛水冷壁下集箱（11-3）的进水口、后烟道水冷壁下集箱（3-1）的进水口以及蒸发器下集箱（6-2）的进口；炉膛的顶部的膜式水冷壁的管排间设有间隙，高温过热器（5）的顶部悬吊于钢架下后，高温过热器（5）穿过炉膛顶部间隙位于炉膛内的上部；后烟道的顶部的膜式水冷壁的管排间也设有间隙；低温过热器（4）的顶部悬吊于钢架下后，低温过热器（4）穿过后烟道顶部的间隙后位于后烟道内的上部；汽包（1）的饱和蒸汽输出口连接低温过热器（4）的进汽口，低温过热器（4）的出汽口连接高温过热器（5）的进汽口，高温过热器（5）的出汽口送出至热用户进口或发电站；所述的炉膛的下部为烟气再燃烧区，在烟气再燃烧区的炉膛的膜式水冷壁内侧设有一层锆质浇注料层（14）；在炉膛四侧的膜式水冷壁外的上、下部还分别设有二次风入口（13）和一次风入口（12），在炉膛的前侧近底部位置设有烟气进口（2-1）。

2.如权利要求1所述的一种转底炉烟气余热锅炉系统，其特征在于：烟道式余热锅炉的炉膛外以及后烟道外包覆有保温层（19）。

3.如权利要求1所述的一种转底炉烟气余热锅炉系统，其特征在于：在炉膛的膜式水冷壁外还设有除灰振打装置（10）。

4.如权利要求1所述的一种转底炉烟气余热锅炉系统，其特征在于：所述的后烟道的底部还依次设有低温省煤器（7）、除盐水预热器（9），除盐水预热器（9）的后侧设有烟气出口（9-1）。

5.如权利要求1所述的一种转底炉烟气余热锅炉系统，其特征在于：在炉膛底部所连接的灰斗内设有高温省煤器（8）。

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