CN102994677A - 高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及的一种高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统，它主要包括高炉煤气源和蒸汽轮发电机组，高炉煤气源通过高炉煤气管道通入高炉热风炉的燃烧器，同时在燃烧器上连接有助燃空气管道，在助燃空气管道外部和高炉煤气管道外部设有预热腔，在高炉热风炉上设有出口鼓风管道，出口鼓风管道通往高炉，高炉热风炉上设有排烟管道，排烟管道分别与预热腔和余热锅炉的进口管道连接，余热锅炉通过过热蒸汽管道与蒸汽轮发电机组连接，蒸汽轮发电机组通过冷凝水管与余热锅炉连接，在余热锅炉上设有烟气排放口。这种高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统及其方法，使各部分能源利用合理，避免了浪费，提高了余热利用率，使经济效益显著增加。
Description
技术领域
本发明涉及废气利用、能源回收领域，尤其是一种高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统及其方法。
背景技术
据有关文献介绍：截止到2009年我国就已经拥有1350座高炉，大于1000ｍ3以上容积的高炉200座：其中5000ｍ3级高炉有2座，3200ｍ3级高炉有16座，2500～2800ｍ3级高炉有42座。
目前热风炉烟道废气余热回收应用于两个方面：作为喷煤制粉系统的干燥介质和输送载体物，也可用作预热煤气和助燃空气。作为制粉系统的干燥介质已广泛采用，节约制粉系统燃烧炉的煤气量，降低了制粉能耗。在烟道设置换热器预热煤气和助燃空气尚未普及。
提高高炉的鼓风温度是高炉增产、降耗、增效的一项有力的技术途径。目前，世界上正在研究实现高鼓风温度的新技术，诸如蓄热式燃烧技术、高热值燃料加纯氧燃烧技术、风口前电磁加热鼓风技术以及热富氧鼓风技术等，但这些技术尚处于研究开发以及工业实验阶段。
国外高炉的鼓风温度一般都在1250℃以上。我国宝钢4350m3高炉鼓风温度达到了1250℃。这主要依靠三方面的措施：（1）采用热管换热器实现热风炉烧炉煤气和助燃空气双预热；（2）掺烧了焦炉煤气；（3）助燃空气富氧。国内其它大、中型高炉的鼓风温度大多维持在1100~1150℃左右，而小型高炉大多数处在1050℃左右的水平。
目前国内外的热风炉操作一般都把热风炉拱顶温度控制在不超过1400℃的水平上，以尽可能减少NOx和SOx的生成量。这一拱顶温度保证高炉长期的送风温度1250℃是可行的。因此许多专家认为，我国高炉热风炉的风温目标确定为1250℃是合理的，它既反映了当今国内外热风炉的技术水平，又是我们现在经过努力创造条件能够到达的。
但是高炉煤气及助燃空气的预热温度tg 、tk本身受到热风炉排烟温度及热管工作温度的限制，一般情况下，tg 、tk只能达200～220℃左右的水平。
显然，在上述两种制约条件下，高炉煤气的理论燃烧温度t理不会高于1450℃。换句话说，仅仅依靠热管换热器预热高炉煤气和助燃空气，最佳情况下可使高炉鼓风温度突破1100℃大关，甚至达到1150℃水平，但要实现1200～1250℃的高鼓风温度目标，不采用其它技术手段是不可能的。
全烧高炉煤气实现1250℃送风温度的两种工艺系统，即在全烧高炉煤气并且煤气不富化、助燃空气不富氧的条件下,采用两种组合预热工艺系统,可以使大、中、小型的高炉热风炉实现1250℃以上的送风温度,从而取得显著的经济效益及社会效益。
一般来说，热风炉的拱顶温度要高于高炉鼓风温度80～150℃，而热风炉的炉温系数ξ是0.92～0.98,也即高炉煤气的理论燃烧温度t理乘以炉温系数ξ,就为拱顶温度。如果从最保守的角度考虑,取拱顶温度与高炉鼓风温度之差为150℃,热风炉的炉温系数取0.92,那么热风炉要实现1250℃的送风温度,高炉煤气的理论燃烧温度必须达到1522℃以上。
要提高高炉煤气的理论燃烧温度,不可能依赖于提高高炉煤气的低热值Qd,因为随着炼铁焦比的降低，高炉煤气的低热值Q d也大大降低。因而只有依赖于提高助燃空气的预热温度tk和煤气的预热温度tg。 出于安全考虑,高炉煤气不宜预热到太高的温度,一般以200℃为宜。而助燃空气则可以在所用材质允许范围内被预热到高于400℃以上的温度。理论计算表明,当Qd=3150 KJ/Nm3,高炉煤气预热温度tg=200℃,而助燃空气预热温度tk=355℃时,可保证高炉获得1250℃的鼓风温度。
传统工艺中，热风炉排烟温度约250℃，这部分低品位的废气热能大、但由于温度偏低，难以直接匹配蒸汽发电系统，或者由于配套余热发电系统而一次性投资太高，经济效益差，该部分热能最终以废气的显热形式排入大气，造成很大的浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能有效的将废气利用并产生电能的高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统及其方法。
为了达到上述目的，本发明所设计的高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统，它主要包括高炉煤气源和蒸汽轮发电机组，高炉煤气源通过高炉煤气管道通入高炉热风炉的燃烧器，同时在燃烧器上连接有助燃空气管道，在助燃空气管道外部和高炉煤气管道外部设有预热腔，在高炉热风炉上设有出口鼓风管道，出口鼓风管道通往高炉，高炉热风炉上设有尾部废气排烟管道，排烟管道分别与预热腔和余热锅炉的进口管道连接，余热锅炉通过过热蒸汽管道与蒸汽轮发电机组连接，蒸汽轮发电机组通过冷凝水管与余热锅炉连接，在余热锅炉上设有烟气排放口。这种结构的特点是将热风炉尾部废气排烟温度由传统的约250℃提高到约360~450℃，以确保实现汽轮机进口约300℃及以上的过热蒸汽温度的参数，即将一种低品质废气转换为高品质废气后的余热利用发电系统具有重大的现实的环保和节能意义。
在高炉煤气管道上设有第一温度检测装置和第一调节阀，以确保热风炉鼓风温度达到1250℃、同时确保热风炉尾部废气排烟温度由传统的约250℃提高到约360~450℃。
在助燃空气管道内设有第二温度检测装置，以确保热风炉鼓风温度达到1250℃。
在高炉热风炉的出口鼓风管道上设有第三温度检测装置和第二调节阀，确保热风炉鼓风温度达到1250℃。
在余热锅炉的进口管道上设有第四温度检测装置，确保热风炉尾部废气排烟温度由传统的约250℃提高到约360~450℃
高炉热风炉尾部废气余热利用发电的方法是：高炉煤气源通过高炉煤气管道进入高炉热风炉的燃烧器内，同时燃烧器内通过助燃空气管道通入助燃空气，燃烧后产生高温烟气，通过热风炉换热器交换热量后通过出口鼓风管道将大约1250℃的热风传递至高炉；高温烟气通过排烟管路一部分通往预热腔，一部分通过进口管道进入余热锅炉，在余热锅炉内部进行热交换产生过热蒸汽，烟气通过烟气排放口排出，过热蒸汽通过过热蒸汽管道进入蒸汽轮发电机组发电，蒸汽轮发电机组产生电能，同时产生的冷凝水通过冷凝水进入余热锅炉。
本发明所得到的高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统及其方法，其将高炉煤气源通入燃烧器中，燃烧后产生的热量通往高炉，同时产生的烟气一部分给助燃空气和高炉煤气预热，以确保高炉热风炉的鼓风温度可以达到1250℃，另一部分通过余热锅炉热交换后产生过热蒸汽，过热蒸汽通入蒸汽轮发电机组发电产生电能，使各部分能源利用合理，避免了浪费，提高了利用率，使经济效益显著增加。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例描述的高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统，它主要包括高炉煤气源1和蒸汽轮发电机组14，高炉煤气源1通过高炉煤气管道2通入高炉热风炉3的燃烧器4，同时在燃烧器4上连接有助燃空气管道6，在助燃空气管道6外部设有预热腔7，在高炉热风炉3上设有出口鼓风管道5，出口鼓风管道5通往高炉，高炉热风炉3上设有排烟管道9，热风炉排烟温度由传统的约250℃提高到约360~450℃，排烟管道9分别与预热腔7和余热锅炉11的进口管道10连接，余热锅炉11通过过热蒸汽管道13与蒸汽轮发电机组14连接，蒸汽轮发电机组14通过冷凝水管15与余热锅炉11连接，在余热锅炉11上设有烟气排放口12。
在高炉煤气管道2上设有第一温度检测装置16和第一调节阀17。
在助燃空气管道6内设有第二温度检测装置18。
在高炉热风炉3的出口鼓风管道5上设有第三温度检测装置19和第二调节阀20。
在余热锅炉11的进口管道10上设有第四温度检测装置21。
高炉热风炉3排烟余热利用发电的方法是：高炉煤气源1通过高炉煤气管道2进入高炉热风炉3的燃烧器4内，同时燃烧器4内通过助燃空气管道6通入助燃空气，燃烧后产生高温烟气，通过热风炉换热器交换热量后通过出口鼓风管道5将大约1250℃的热风传递至高炉8；高温烟气通过排烟管路一部分通往预热腔7，一部分通过进口管道10进入余热锅炉11，在余热锅炉11内部进行热交换产生过热蒸汽，烟气通过烟气排放口12排出，过热蒸汽通过过热蒸汽管道13进入蒸汽轮发电机组14发电，蒸汽轮发电机组14产生电能，同时产生的冷凝水通过冷凝水进入余热锅炉11。
具体实施方式：高炉煤气源1通入高炉热风炉3的燃烧器4，助燃空气通过助燃空气管道6进入燃烧器4，燃烧后产生高温烟气，通过热风炉换热器交换热量后出口鼓风管道5中的鼓风温度达到~1250 ℃送至高炉8、高炉热风炉3的排烟管道9将热风炉排烟温度360~450℃的烟气分为两部分：一部分烟气确保助燃空气预热温度达到tk=355℃，高炉煤气预热温度达到200℃，以确保将高炉热风炉3鼓风温度提高到1250℃；另一部分热风炉排烟温度为360~450℃的烟气直接通入余热锅炉11，产生过热蒸汽、驱动蒸汽轮发电机组14发电。
为确保将高炉热风炉3鼓风温度提高到1250℃，在热风炉出口鼓风管道5上设置第三温度检测装置19和第二调节阀20，在助燃空气管道6上设置第二温度检测装置18，在高炉煤气管道2上设置第一温度检测装置16和第一调节阀17，在余热锅炉11的进口管道10上设置第四温度检测装置21，以此烟气温度作为调节参数控制第一调节阀17，达到调节燃料量及控制高炉热风炉3鼓风温度、控制余热锅炉11进口烟气温度的目的。
当热风炉鼓风温度和余热锅炉11进口管道10上的烟温分别低于大约1250℃和大约340℃时，第一调节阀17自动开大，确保热风炉鼓风温度达到1250℃、余热锅炉11进口烟气达到~350 ℃。
~350 ℃烟气进入余热锅炉11后，产生过热蒸汽（大约1.6MPa，320℃），实现了低温低压过热蒸汽发电、发电效率提高，经济效益显著增加。
本发明所设计的运行调节方式为：
在余热锅炉11进口管道10上设置第四温度检测装置21，以此烟气温度作为调节参数控制第一调节阀17，达到调节燃料量及控制余热锅炉11进口烟气温度的目的。
Claims (6)
1.一种高炉热风炉尾部废气余热利用发电系统，它主要包括高炉煤气源和蒸汽轮发电机组，其特征是高炉煤气源通过高炉煤气管道通入高炉热风炉的燃烧器，同时在燃烧器上连接有助燃空气管道，在助燃空气管道外部和高炉煤气管道外部设有预热腔，在高炉热风炉上设有出口鼓风管道，通过控制系统确保热风炉鼓风温度达到1250℃，出口鼓风管道通往高炉，高炉热风炉上设有尾部废气排烟管道，排烟管道分别与预热腔和余热锅炉的进口管道连接，热风炉尾部废气排烟温度由传统的约250℃提高到约360~450℃，余热锅炉通过过热蒸汽管道与蒸汽轮发电机组连接，蒸汽轮发电机组通过冷凝水管与余热锅炉连接，在余热锅炉上设有烟气排放口。
2.根据权利要求1所述的高炉热风炉尾部废气排烟余热利用发电系统，其特征是在高炉煤气管道上设有第一温度检测装置和第一调节阀。
3.根据权利要求1所述的高炉热风炉尾部废气排烟余热利用发电系统，其特征是在助燃空气管道内设有第二温度检测装置。
4.根据权利要求1所述的高炉热风炉尾部废气排烟余热利用发电系统，其特征是在高炉热风炉的出口鼓风管道上设有第三温度检测装置和第二调节阀。
5.根据权利要求1所述的高炉热风炉排烟余热利用发电系统，其特征是在余热锅炉的进口管道上设有第四温度检测装置。
6.一种高炉热风炉尾部废气排烟余热利用发电的方法，其特征是高炉煤气源通过高炉煤气管道进入高炉热风炉的燃烧器内，同时燃烧器内通过助燃空气管道通入助燃空气，燃烧后产生高温烟气，通过热风炉换热器交换热量后通过出口鼓风管道将1250℃的热风传递至高炉；高温烟气通过排烟管路一部分通往预热腔，一部分通过进口管道进入余热锅炉，在余热锅炉内部进行热交换产生过热蒸汽，烟气通过烟气排放口排出，过热蒸汽通过过热蒸汽管道进入蒸汽轮发电机组发电，蒸汽轮发电机组产生电能，同时产生的冷凝水通过冷凝水进入余热锅炉。
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