CN104964264A - 余热锅炉复合式自动循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种余热锅炉复合式自动循环系统，汽包通过强制循环下降管路分别连接1#热水循环泵配管、2#热水循环泵配管和旁通管路的首端；1#热水循环泵配管上设有1#热水循环泵，2#热水循环泵配管上设有2#热水循环泵，1#热水循环泵配管、2#热水循环泵配管和旁通管路的尾端通过流量计与下联箱组相连接；还包括分别与1#热水循环泵的电机、2#热水循环泵的电机以及流量计相连接的控制模块。根据间歇热源初始工况选用最安全经济的热水循环泵，在热负荷不断增加的过程中，充分利用自然循环的动力，降低热水循环泵的电机转速或关闭水泵，在热负荷降低时，开启并逐渐提高热水循环泵的电机转速，达到了节约运行成本和基建设备投资的目的。

Description

余热锅炉复合式自动循环系统

技术领域

本发明涉及一种余热锅炉的循环系统。所述余热锅炉主要包括炼钢转炉，炼钢AOD炉，炼钢EAF炉，炼铜转炉和炼铜阳极炉等冶炼炉的余热锅炉。

背景技术

现有的余热锅炉循环系统主要分三类，第一类为自然循环系统；第二类是强制循环系统；第三类是混合循环系统，即部分受热面是强制循环，部分受热面是自然循环。

作为现有技术的强制循环部分(包括强制循环系统和混合循环系统中的强制循环部分)，通常是在下降管路中并联两台(一用一备)或三台(二用一备)热水循环泵，汽包中的饱和水只能从水泵的管路中通过。在整个生产周期中，热水循环泵始终按间歇热负荷最高的工况要求进行运转，这样在热负荷低或没有热源时，就是在浪费能源。

另外在热负荷增大的过程中，自然循环动力也在相应增加，相应的管路中的流量也会增加，当流量接近水泵的极限流量时，热水循环泵就将成为循环系统的阻力，为防止此现象发生，现有的强制循环部分系统在选用热水循环泵时，流量的裕量是非常高的，这样不仅浪费基建的设备投资，还提高了设备的运行成本。

另一方面，烟道式余热锅炉混合循环系统中，烟道式余热锅炉受热面（汽化烟道）通常直径较大（2-4m），并且长度较长（约30-50m）,因而在锅炉启动前对系统进行预热的难度较大，尤其是对自然循环部分的预热。现有的处理方式有两种：第一种：开炉前添加木材，焦炭等燃料在炉内预热，第二种：直接生产，通过控制冶炼强度来控制预热速度。其中第一种方式，由于汽化烟道直径大，长度长，热源与受热面距离差别太大，通常预热效果不明显；第二种方式，由于钢水的温度都在1500℃以上，实际的预热速度很难控制，因此这种预热方式对设备的损伤较大。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种余热锅炉复合式自动循环系统，根据间歇热源初始工况选用最安全经济的热水循环泵，在热负荷不断增加的过程中，充分利用自然循环的动力，降低热水循环泵的电机转速或关闭水泵，在热负荷降低时，开启并逐渐提高热水循环泵的电机转速，达到节约运行成本和基建设备投资的目的；利用烟道式余热锅炉系统内热水循环泵单元的动力，分流一部分汽包的热水到自然循环受热面，达到对自然循环部分预热的目的。

本发明的技术方案如下：

一种余热锅炉复合式自动循环系统，包括余热锅炉汽化烟道，余热锅炉汽化烟道上端连接有上联箱组，下端连接有下联箱组，还包括汽包，上联箱组通过上升管路连接汽包，汽包通过强制循环下降管路分别连接1#热水循环泵配管和2#热水循环泵配管的首端；1#热水循环泵配管上设有1#热水循环泵，2#热水循环泵配管上设有2#热水循环泵，其特征在于：还包括旁通管路；汽包还通过强制循环下降管路连接旁通管路的首端；1#热水循环泵配管、2#热水循环泵配管和旁通管路的尾端通过流量计与所述下联箱组相连接；还包括分别与1#热水循环泵的电机、2#热水循环泵的电机以及流量计相连接的控制模块。

旁通管路上设有止回阀。

余热锅炉复合式自动循环系统还包括自然循环烟道，自然循环烟道的下端设有与上联箱组相连接的自然循环设备下联箱组，上端设有自然循环设备上联箱组；汽包还通过自然循环下降管路连接自然循环设备下联箱组；自然循环设备上联箱组通过自然循环上升管路连接汽包；1#热水循环泵配管，2#热水循环泵配管和旁通管路的尾端还通过预热旁通管路连接自然循环设备下联箱组；预热旁通管路上安装有旁通管路阀门。

本发明的积极效果在于：

本发明充分利用了自然循环的动力，在热负荷达到一定值时旁通管路自动打开，通过下降管路的饱和水量增加，控制模块根据流量计实时检测的值自动调节热水循环泵的电机转速，从而起到节能减排的作用。

另一方面，由于本发明充分利用了自然循环的动力，在热负荷达到一定值时旁通管路可自动打开，通过受热面的饱和水量根据换热需求自动调整，当热负荷最高时，进入受热面的饱和水量也达到最高，以满足热交换的需求，从而保证系统的安全运行。在热水循环泵选型时，根据间歇式热源初始工况，结合系统管路布置，计算出此工况点的理论流量和扬程，再确定最安全经济的热水循环泵。但现有的强制循环系统没有可以自动打开的旁通管路，水泵的流量和扬程就必须要满足热负荷最高工况点的系统冷却要求，通常此工况点对应的水泵电机功率要高于初始值工况点20%-30%。由此可见采用本发明还可以节约项目的基建设备投资。

本发明还根据混合循环式烟道余热锅炉系统的特点，在热水循环泵单元出口的下降管路与自然循环部件的下联箱间设预热旁通管路，系统启动前，利用热水循环泵单元的动力分流部分热水到自然循环受热面，达到对自然循环部分进行预热的目的，预热效果更好，而且预热过程更易于控制。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构和工作原理示意图。箭头表示流动方向。

图2是本发明实施例二的结构和工作原理示意图。箭头表示流动方向。

具体实施方式  

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

实施例一

如图1，本实施例包括余热锅炉汽化烟道12，余热锅炉汽化烟道12上端连接有上联箱组13，下端连接有下联箱组11。

本实施例还包括汽包1，上联箱组13通过上升管路14连接汽包1，汽包1通过强制循环下降管路2分别连接1#热水循环泵配管3，2#热水循环泵配管4和旁通管路5的首端。1#热水循环泵配管3，2#热水循环泵配管4和旁通管路5的尾端通过流量计10与所述下联箱组11相连接。1#热水循环泵配管3上设有1#热水循环泵6，2#热水循环泵配管4上设有2#热水循环泵7，旁通管路5上设有止回阀8。

其中1#热水循环泵配管3，2#热水循环泵配管4和旁通管路5的安装位置可任意互换，而不限于图1所示。

1#热水循环泵6和2#热水循环泵7互为备件，正常工作时，一用一备。当其中一套设备故障时控制模块将自动切换另一套设备开启。

本实施例还包括分别与1#热水循环泵6的电机、2#热水循环泵7的电机以及流量计10相连接的控制模块9。

当没有高温烟气时，强制循环下降管路2，余热锅炉汽化烟道12和上升管路14中全部为饱和水，此时为了使通过流量计10的流量达到设定值A，控制模块9会发出指令调整1#热水循环泵6或2#热水循环泵7的电机转速。

当有高温烟气通过时，余热锅炉汽化烟道12中的饱和水在吸收高温烟气的热量后，开始逐步汽化成饱和蒸汽，与剩下的饱和水形成汽水混合物，在上联箱组13中汇集并经过上升管路14返回汽包1，在这个过程中，由于汽水混合物的密度小于强制循环下降管路2中的饱和水的密度，从而形成了自然循环动力，此时通过流量计10的流量会逐渐超过设定值A，控制模块9根据流量计10实时监测的值发出指令降低1#热水循环泵6或2#热水循环泵7的电机转速。随着自然循环动力的不断增大，当通过流量计10的流量达到设定值B，控制模块9将发出指令关闭1#热水循环泵6或2#热水循环泵7。

当高温烟气温度降低或流量减少时，余热锅炉汽化烟道12中饱和水吸收的热量也随之减少，系统的循环动力也会降低，此时通过流量计10的流量会逐渐降低，当流量低于设定值A，控制模块9发出指令开启1#热水循环泵6或2#热水循环泵7，并调整其电机转速。

本实施例与现有强制循环系统的主要区别在于：增加了旁通管路5，此管路上设有止回阀8，它只允许饱和水按箭头所示方向流动，防止水泵开启后饱和水回流；增加了控制模块9和下降管路上的流量计10。

以本实施例实际应用的某钢厂90吨 AOD炉烟道式余热锅炉为例：系统受热面为四节烟道，其中烟道一段和烟道四段采用复合式自动循环，烟道二段和烟道三段采用自然循环，系统配两套热水循环泵，一用一备，功率为132KW。正常冶炼周期约60分钟，其中25分钟热水循环泵的电机功率在30%。如果采用现有的循环方式，两套热水循环泵的功率应该为160KW，并且需要满负荷连续运转。按设备年工作330天，电价0.8元/KW*h计算，一年可节约330*24*0.8*(160-132*35/60-132*0.3*25/60)=421344元运行成本，经济效益非常可观。

实施例二

如图2，在实施例一的基础上，本实施例进一步包括自然循环烟道19，自然循环烟道19的下端设有与上联箱组13相连接的自然循环设备下联箱组18，上端设有自然循环设备上联箱组20。汽包1还通过自然循环下降管路17连接自然循环设备下联箱组18。自然循环设备上联箱组20通过自然循环上升管路21连接汽包1。

1#热水循环泵配管3，2#热水循环泵配管4和旁通管路5的尾端还通过预热旁通管路15连接自然循环设备下联箱组18，预热旁通管路15上安装有旁通管路阀门16，可以根据需要打开或关闭预热旁通管路15。

汽包1内的饱和水通过强制循环下降管路2，再经过热水循环泵配管增压，到达下联箱组11，饱和水经下联箱组11均匀分配给余热锅炉汽化烟道12的受热面，饱和水在吸收高温烟气的热量后，部分汽化成饱和蒸汽与剩下的饱和水形成汽水混合物，在上联箱组13中汇集并经过上升管路14返回到汽包1，汽水混合物在汽包1中进行汽水分离，蒸汽从主蒸汽出口送出，分离出的饱和水继续进行循环。

汽包1内的饱和水通过自然循环下降管路17，到达自然循环设备下联箱组18，饱和水经自然循环设备下联箱组18均匀分配给自然循环烟道19的受热面，饱和水在吸收高温烟气的热量后，部分汽化成饱和蒸汽与剩下的饱和水形成汽水混合物，在自然循环设备上联箱组20中汇集并经过自然循环上升管路21返回到汽包1，汽水混合物在汽包1中进行汽水分离，蒸汽从主蒸汽出口送出，分离出的饱和水继续进行循环。

    开炉前，当外网辅助蒸汽对汽包1进行预热时，汽包1内的热水经强制循环下降管路2，通过热水循环泵配管增压，到达下联箱组11，再分配给余热锅炉汽化烟道12的受热面，在上联箱组13中汇集并经过上升管路14返回到汽包1，如此循环往复，完成强制循环单元的预热。

进行预热时，汽包1内的热水经强制循环下降管路2，通过热水循环泵配管增压送往余热锅炉强制循环受热面，记录此时流量计10显示的流量值，逐渐打开旁通管路阀门15，观察流量计10读数的变化，当流量降到预设值时，锁定旁通管路阀门15，使增压后的一定量的热水分流到自然循环设备下联箱组18，再分配给自然循环烟道19的受热面，在自然循环设备上联箱组20中汇集并经过自然循环上升管路21返回到汽包1，如此循环往复，达到开炉条件后，再关闭旁通管路阀门15，完成自然循环单元的预热。

本实施例实际应用于某钢厂90吨 AOD炉烟道式余热锅炉。系统受热面为四节烟道，其中烟道一段和烟道四段采用强制循环，烟道二段和烟道三段采用自然循环。在热水循环泵单元出口的下降管路与烟道二段、烟道三段下联箱间设置了预热旁通管路，开炉前预热时，打开旁通阀门，控制系统的预热升温速度50～60℃/小时，在预热完成后，四节烟道的表面温度相差在5℃以内，效果良好。

Claims (3)

1.一种余热锅炉复合式自动循环系统，包括余热锅炉汽化烟道（12），余热锅炉汽化烟道（12）上端连接有上联箱组（13），下端连接有下联箱组（11），还包括汽包（1），上联箱组（13）通过上升管路（14）连接汽包（1），汽包（1）通过强制循环下降管路（2）分别连接1#热水循环泵配管（3）和2#热水循环泵配管（4）的首端；1#热水循环泵配管（3）上设有1#热水循环泵（6），2#热水循环泵配管（4）上设有2#热水循环泵（7），其特征在于：还包括旁通管路（5）；汽包（1）还通过强制循环下降管路（2）连接旁通管路（5）的首端；1#热水循环泵配管（3）、2#热水循环泵配管（4）和旁通管路（5）的尾端通过流量计（10）与所述下联箱组（11）相连接；还包括分别与1#热水循环泵（6）的电机、2#热水循环泵（7）的电机以及流量计（10）相连接的控制模块（9）。

2.如权利要求1所述的余热锅炉复合式自动循环系统，其特征在于：旁通管路（5）上设有止回阀（8）。

3.如权利要求1或2所述的余热锅炉复合式自动循环系统，其特征在于：余热锅炉复合式自动循环系统还包括自然循环烟道（19），自然循环烟道（19）的下端设有与上联箱组（13）相连接的自然循环设备下联箱组（18），上端设有自然循环设备上联箱组（20）；汽包（1）还通过自然循环下降管路（17）连接自然循环设备下联箱组（18）；自然循环设备上联箱组（20）通过自然循环上升管路（21）连接汽包（1）；1#热水循环泵配管（3），2#热水循环泵配管（4）和旁通管路（5）的尾端还通过预热旁通管路（15）连接自然循环设备下联箱组（18）；预热旁通管路（15）上安装有旁通管路阀门（16）。