CN103471408B - 一种加热炉高温烟气余热利用系统及方法 - Google Patents

一种加热炉高温烟气余热利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种加热炉高温烟气余热利用系统及方法，在加热炉烟道上增设重力除尘器、过热蒸汽发生装置、燃烧器、余热锅炉，并外连汽轮发电机。高温烟气与进入过热蒸汽发生装置的加热炉汽包的饱和蒸汽换热，产生过热蒸汽作为发电补汽；降温后的烟气再与空气、煤气换热；待轧时间短，余热锅炉烟气与汽包饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽作为发动主蒸汽；待轧时间长，燃烧器产生的高温烟气与余热锅炉饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽进行发电。本发明解决了加热炉待轧时存在的烟气量不足问题，不仅可提高热能综合利用效率，大幅降低加热炉排烟温度；而且能够减少煤气放散，有利于节省能源和环境保护。

Description

一种加热炉高温烟气余热利用系统及方法
技术领域
本发明属于工业窑炉余热利用领域，尤其涉及一种稳定的加热炉高温烟气余热利用系统及其利用方法。
背景技术
随着社会的发展，能源问题显得尤为重要。合理利用冶金企业自身产生的大量丰富余热余能资源已成为亟待解决的问题。冶金企业轧钢工序中加热炉是耗能较大的设备之一，在我国加热炉所用能量约占全国总用能量的20％。加热炉通过燃料燃烧，将化学能转换成热能来满足各钢种加热工艺的要求。燃烧生成的烟气排出炉外时，带走了大约30%～70%的热量，极大地降低了加热炉的热利用率。所以充分、有效地回收利用加热炉烟气余热带走的热量，不仅可以大幅度降低加热炉系统能耗，还能够提高加热炉热利用率。
目前，对加热炉烟气的余热利用方式大多是在水平烟道内放置1～2组空气换热器，在空气换热器后再加一组煤气换热器对空煤气进行预热来回收加热炉烟气余热，但即使是这样经过换热器后烟气的温度依然在400℃左右。因此，国内外研制开发新技术来降低烟气排放温度，降低能耗，提高加热炉的热利用率。目前主要有两种方式：一种是在加热炉空气换热器前安装蒸汽过热器（如：一种工业炉高温余热综合利用的工艺方法，CN200910248810.8）。使加热炉汽化冷却系统产生的饱和蒸汽变成过热蒸汽，带动汽轮机做功发电。由于加热炉生产过程产量易发生波动，汽化冷却系统生产的饱和蒸汽也易发生波动，从而降低了发电效率，影响了发电系统运行的稳定性。另一种是在加热炉空气换热器前安装余热锅炉（如：一种加热炉余热发电系统及其方法，CN101788233A），产生饱和蒸汽，再将饱和蒸汽送至过热蒸汽锅炉加热，变成过热蒸汽带动汽轮机做功发电。虽然能够充分利用进入空气换热器前的烟气余热产生大量的饱和蒸汽，但这部分蒸汽参数较低不能直接用来发电，还需要再次加热变成过热蒸汽。这种方法烟气余热利用效率较低，增加了系统运行、维护成本。此外，加热炉烟气中含有大量的粉尘，以上两种方式均没有安装烟气除尘装置，势必会造成烟气中的粉尘颗粒吸附在过热器或者锅炉炉壁上，降低锅炉换热效率，影响锅炉寿命。而最主要的问题是加热炉待轧时，由于炉内热负荷降低，烟气量减少，加热炉烟气余热回收装置产生的蒸汽量减少，发电量也随之下降，不能保证烟气余热回收装置稳定运行。此时，由于加热炉使用的燃料量减少，势必造成轧钢系统煤气过剩，使这部分煤气不能得到较为合理的利用，只能放散，浪费了大量能源。
发明内容
本发明旨在解决加热炉待轧时存在的煤气放散问题，进而提供一种能充分有效回收利用加热炉烟气带走的大量余热余能资源，大幅降低加热炉排烟温度，提高热能综合利用效率，且保证加热炉烟气余热回收系统稳定运行的加热炉高温烟气余热利用系统及方法。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种加热炉高温烟气余热利用系统，包括加热炉11、通过除氧水管道和汽水混合物管道与加热炉11连接的加热炉汽包5、通过除氧水管道与加热炉汽包5连接的除氧器3、与烟道14连接的空气换热器（6）、煤气换热器（7）、烟道闸板（8）、排烟风机9及烟囱10，其特征是：在加热炉11尾部烟道14沿烟气流动方向上依次布置重力除尘器4、过热蒸汽发生装置1、燃烧器12、余热锅炉2。过热蒸汽发生装置1通过过热蒸汽管道15连接汽轮发电机13，汽轮发电机13还与余热锅炉2连接。
燃烧器12中的煤气来自煤气管网，燃烧后为烟气补充热量。加热炉11待轧过程需要的燃料量较少，产生的烟气量也相应减少，烟气带出的热量较加热炉正常生产时带出的热量大幅降低。为了保证烟气余热装置正常运行，需要利用燃烧器12向烟道14内补充一部分热量。同时，也可以减少由于待轧造成的富裕煤气放散。
一种加热炉高温烟气余热利用方法，其具体工艺过程为：
加热炉汽包5内的饱和蒸汽很少一部分进入过热蒸汽发生装置1，大部分进入余热锅炉2；加热炉11产生的高温烟气，依靠排烟风机9提供的动力，进入重力除尘器4，被除去大颗粒粉尘后的高温烟气进入过热蒸汽发生装置1。高温烟气与进入过热蒸汽发生装置1内的来自加热炉汽包5的少量饱和蒸汽换热，产生合格的过热蒸汽，这部分过热蒸汽作为汽轮发电机13的补汽送至汽轮发电机13的低压级。烟气温度降低；降温后的烟气进入空气换热器6和煤气换热器7，与空气、煤气依次换热。加热炉11待轧时烟道闸板8的开度是由待轧时间决定的，如果待轧时间较短，烟道闸板8开度较大，为保证加热炉11烟气余热回收系统正常运转，需要燃烧器12向烟道内补充一部分热量，然后烟气进入余热锅炉2，与余热锅炉2内来自加热炉汽包5的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽。过热蒸汽作为汽轮发电机13的主蒸汽送至汽轮机13的高压级，主蒸汽与补汽一同带动汽轮发电机13做功发电。如果待轧时间较长，烟道闸板8开启度较小或者接近关闭，为保证加热炉11的烟气余热回收装置正常运转，利用燃烧器12燃烧产生的高温烟气，与余热锅炉2内来自加热炉汽包5的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽。过热蒸汽与过热蒸汽发生装置1产生的过热蒸汽一同被送至汽轮发电机13做功发电。烟气温度降低至150～200℃之间，经由烟囱10排出。
本发明的有益效果为：
本发明从根本上解决了已有技术存在的加热炉待轧时由于烟气量不足，而导致的烟气余热装置不能稳定运行的问题，不仅可以省去烟道中为保证空气换热装置正常工作所需的掺冷风装置，充分有效回收利用加热炉烟气带走的大量余热余能资源，提高热能综合利用效率，大幅降低加热炉排烟温度；而且能够减少煤气放散，有利于节省能源和环境保护。
附图说明
图1是加热炉高温烟气余热利用系统构成示意图。
图中：1—过热蒸汽发生装置，2—余热锅炉，3—除氧器，4—重力除尘器，5—加热炉汽包，6—空气换热器，7—煤气换热器，8—烟道闸板，9—排烟风机，10—烟囱，11—加热炉，12—燃烧器，13—汽轮发电机，14—烟道，15—过热蒸汽管道。
具体实施方式
由图1可见，本发明加热炉高温烟气余热利用系统是在原有加热炉11、通过除氧水管道和汽水混合物管道与加热炉11连接的加热炉汽包5、通过除氧水管道与加热炉汽包5连接的除氧器3以及与烟道14连接的空气换热器6、煤气换热器7、烟道闸板8、排烟风机9和烟囱10的基础上，又在加热炉11尾部烟道14沿烟气流动方向上依次增设了重力除尘器4、过热蒸汽发生装置1、燃烧器12、余热锅炉2。同时，过热蒸汽发生装置1通过过热蒸汽管道15连接汽轮发电机13，汽轮发电机13还与余热锅炉2连接。
本发明加热炉高温烟气余热利用方法的具体工艺过程为：
加热炉汽包5内的饱和蒸汽很少一部分进入过热蒸汽发生装置1，大部分进入余热锅炉2；加热炉11产生的高温烟气，依靠排烟风机9提供的动力，进入重力除尘器4，被除去大颗粒粉尘后的高温烟气进入过热蒸汽发生装置1。高温烟气与进入过热蒸汽发生装置1内的来自加热炉汽包5的少量饱和蒸汽换热，产生合格的过热蒸汽，这部分过热蒸汽作为汽轮发电机13的补汽送至汽轮发电机13的低压级。烟气温度降低；降温后的烟气进入空气换热器6和煤气换热器7，与空气、煤气依次换热。加热炉11待轧时烟道闸板8的开度是由待轧时间决定的，如果待轧时间较短，烟道闸板8开度较大，为保证加热炉11烟气余热回收系统正常运转，需要燃烧器12向烟道内补充一部分热量，然后烟气进入余热锅炉2，与余热锅炉2内来自加热炉汽包5的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽。过热蒸汽作为汽轮发电机13的主蒸汽送至汽轮机13的高压级，主蒸汽与补汽一同带动汽轮发电机13做功发电。如果待轧时间较长，烟道闸板8开启度较小或者接近关闭，为保证加热炉11的烟气余热回收装置正常运转，利用燃烧器12燃烧产生的高温烟气，与余热锅炉2内来自加热炉汽包5的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽。过热蒸汽与过热蒸汽发生装置1产生的过热蒸汽一同被送至汽轮发电机13做功发电。烟气温度降低至150～200℃之间，经由烟囱10排出。
下面，结合加热炉生产实际，给出具体的工艺参数和实施效果。
1、一座产量为270t/h的大型连续式加热炉，正常生产时需要燃料量大约50000Nm3/h，产生的烟气量约为144330Nm3/h，加热炉汽化冷却系统生产的饱和蒸汽量大约是12t/h，压力在1.4MPa左右，本发明加热炉烟气余热利用系统大约可产生参数为1.3MPa、340℃的过热蒸汽12t/h，发电量约为1142kW。
2、一座产量为270t/h的大型连续式加热炉，待轧30分钟时需要燃料量大约40000Nm3/h，产生的烟气量大约为120000 Nm3/h。此时烟道闸板开度大约为30%，大约需要补充7525Nm3/h煤气量，可以满足加热炉汽化冷却系统生产的饱和蒸汽量大约是12t/h，压力在1.4MPa左右，本发明加热炉烟气余热利用系统产生参数为1.3MPa、340℃的过热蒸汽12t/h，发电量约为1142kW。
3、一座产量为270t/h的大型连续式加热炉，待轧120分钟时需要燃料量大约12500Nm3/h，产生的烟气量大约为37500 Nm3/h。此时烟道闸板开度接近关闭，大约需要消耗10026Nm3/h煤气量，可以满足加热炉烟气余热利用系统产生参数为1.3MPa、340℃的过热蒸汽12t/h，发电量约为1142kW。

Claims (2)

1.一种加热炉高温烟气余热利用系统，包括加热炉(11)、通过除氧水管道和汽水混合物管道与加热炉(11)连接的加热炉汽包(5)、通过除氧水管道与加热炉汽包(5)连接的除氧器(3)、与烟道(14)连接的空气换热器(6)、煤气换热器(7)、烟道闸板(8)、排烟风机(9)及烟囱(10)，其特征在于：在加热炉(11)尾部烟道(14)沿烟气流动方向上依次布置重力除尘器(4)、过热蒸汽发生装置(1)、空气换热器(6)、煤气换热器(7)、烟道闸板(8)、燃烧器(12)、余热锅炉(2)，过热蒸汽发生装置(1)通过过热蒸汽管道(15)连接汽轮发电机(13)，汽轮发电机(13)还与余热锅炉(2)连接，加热炉汽包(5)内的饱和蒸汽很少一部分进入过热蒸汽发生装置(1)，大部分进入余热锅炉(2)。
2.一种应用权利要求1所述加热炉高温烟气余热利用系统的方法，其特征在于，具体工艺过程为：
加热炉汽包(5)内的饱和蒸汽很少一部分进入过热蒸汽发生装置(1)，大部分进入余热锅炉(2)；加热炉(11)产生的高温烟气，依靠排烟风机(9)提供的动力，进入重力除尘器(4)，被除去大颗粒粉尘后的高温烟气进入过热蒸汽发生装置(1)；高温烟气与进入过热蒸汽发生装置(1)内的来自加热炉汽包(5)的少量饱和蒸汽换热，产生合格的过热蒸汽，这部分过热蒸汽作为汽轮发电机(13)的补汽送至汽轮发电机(13)的低压级；烟气温度降低；降温后的烟气进入空气换热器(6)和煤气换热器(7)，与空气、煤气依次换热；加热炉(11)待轧时烟道闸板(8)的开度是由待轧时间决定的，如果待轧时间较短，烟道闸板(8)开度较大，为保证加热炉(11)烟气余热回收系统正常运转，需要燃烧器(12)向烟道内补充一部分热量，然后烟气进入余热锅炉(2)，与余热锅炉(2)内来自加热炉汽包(5)的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽；过热蒸汽作为汽轮发电机(13)的主蒸汽送至汽轮机(13)高压级，主蒸汽与补汽一同带动汽轮发电机(13)做功发电；如果待轧时间较长，烟道闸板(8)开启度较小或者接近关闭，为保证加热炉(11)的烟气余热回收装置正常运转，利用燃烧器(12)燃烧产生的高温烟气，与余热锅炉(2)内来自加热炉汽包(5)的大量饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽；过热蒸汽与过热蒸汽发生装置(1)产生的过热蒸汽一同被送至汽轮发动机(13)做功发电；烟气温度降低至150～200℃之间，经由烟囱(10)排出。
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