CN106232836A - 用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程和装置 - Google Patents

用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程，具体地，所述余热来自金属或钢生产的烟气，其中，水流动经过的冷却表面（3）被所述排气加热。为了使所述过程不需要蒸汽循环，如下设置：在所述冷却表面（3）中被加热的水作为加压的热水被储存在至少一个热水储存器（5）中，并且仅当随着所述热水被从所述热水储存器取出，所述热水的压力被减轻时产生蒸汽，并且所述蒸汽被传送到至少一个蒸汽消耗器。

Description

用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程和装置
技术领域
本发明涉及一种用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程和一种相应的装置，其中，水流动经过的冷却表面被排气加热，具体地，该余热来自金属或钢生产中的烟气，特别是电弧炉或吹氧转炉的烟气。
弧炉，或更确切地，电弧炉是用于使钢废料熔化以便作为新的钢产品被重新使用的熔炉。
吹氧转炉是一种坩埚，在其中，通过将氧气供给到液化的生铁中而将多余的碳氧化掉，以使得生铁成为钢。
然而，本发明不仅可用于在钢生产或更一般地金属生产中的排气或烟气，而且可普遍用于热排气。
现有技术
由US2012/032941A1，已知使用来自电弧炉的烟气来加热余热锅炉，其产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽。从电弧炉引出的烟气线路通入水冷线路，该水冷线路包括形成余热锅炉的冷却表面的水冷管道。冷却水在管道中被加热并且作为饱和蒸汽被储存在蒸汽罐（steamdrum）中以便在蒸汽涡轮机中进一步使用。
通常地，在二次炼钢中，来自电弧炉或吹氧转炉的钢熔化物被处理好准备进行铸造，例如在真空系统中。因为在此经常使用真空脱气，所以在某些地方需要蒸汽。该蒸汽可以取自炼钢厂中现有的蒸汽回路，例如，取自US2012/0320941A1所公开的蒸汽回路。另一个解决方案可以是借助于机械真空泵来实现真空脱气。
如果蒸汽将被用于真空脱气，但是没有现有的蒸汽回路或没有蒸汽回路可以接入，那么建造具有余热锅炉和蒸汽罐的专用蒸汽回路而其蒸汽仅被用于真空脱气将是不经济的。毕竟，对于真空脱气而言，仅间歇地且在有限的程度上需要蒸汽。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于利用来自排气的余热来产生蒸汽的过程，具体地，该余热来自金属或钢生产的烟气，该过程可以在没有蒸汽回路的情况下运行。
该目的借助于根据权利要求1的过程来实现，其中，水流动经过的冷却表面被排气加热，其中，在冷却表面中被加热的水作为热水在压力下被储存在至少一个热水储存器中，并且仅通过从热水储存器取出热水时对热水进行减压来产生蒸汽，所述蒸汽被供给到至少一个蒸汽消耗器，例如钢生产。
为代替蒸汽回路，因此提供了热水回路并且仅在热水取出时通过对加压的热水进行减压来产生所需蒸汽。蒸汽回路通常具有的蒸汽罐因此变得不必要。根据本发明的过程以水冷系统来起作用，该水冷系统较包含蒸汽的系统在构造上更简单。水冷排气线路还具有不必抬高放置它们的优点。
通过根据本发明的过程，由来自金属或钢生产的烟气（例如，来自电弧炉或吹氧转炉的烟气）的余热所产生的蒸汽至少部分地、通常主要地用于钢熔化物（或其他金属熔化物）的真空脱气。替代地，蒸汽可以可选地或附加地被至少部分地引入现有的蒸汽网络，例如，用于发电或远程产热。
在真空脱气中利用了蒸汽喷射真空泵。动力蒸汽是具有高到大约2MPa（20 bar）的静态压力的水蒸气。动力喷嘴通常被构造为拉法尔喷嘴（Laval nozzle）以使得沿最狭窄的截面发生超音速。泵的效果通过喷射推进蒸汽来产生，其吸入、加速并且由此通过动量交换输送气体，通过该方法产生负压并因此产生真空。
为使在冷却表面中被加热的水不蒸发，其必须被保持在高压下。因为跟随用于生产钢的装置，特别是跟随电弧炉或吹氧转炉的最大排气温度能够高到1600℃，在该情况中，必须维持高于1MPa的压力，特别是必须维持在2.5到5MPa的范围内的压力。
在生产蒸汽期间，对从热水储存器所取出的热水沿泡点曲线进行减压。泡点曲线由位于相图中的气液界面线上的温度-压力数值对形成。该泡点曲线还可被称为沸点曲线、沸腾曲线、沸腾-压力曲线或沸腾线。
如果由冷却表面处的排气或烟气输出的热量大于在热水储存器中提供热水所需的热量，则在冷却表面中被加热的水的至少一部分在热交换器中被冷却并且随后作为冷却水被再次供给到冷却表面。所提取的热可以供给到例如冷却塔或远程加热网，或用于预加热生产用水。
为了防止在热水储存器中形成蒸汽，可以如下设置：将在热水储存器中的热水的温度调节到位于沸点之下的值。还可想到作为替代提高热水回路中的压力。
用于产生蒸汽而取出的水的量能够由被供给到冷却表面的供给水来补偿。
然而，如果替代所有冷却表面共用的一个热水储存器而提供并行连接的多个热水储存器，则在冷却表面中被加热的水可以被供给到并行连接的多个热水储存器。这具有能够灵活地利用蒸汽的优点。在此，一个热水储存器在各个情况下由仅连接到该热水储存器的一个或多个冷却表面加热。
一种用于实现根据本发明的过程的可能的装置至少包括
- 一个排气通道，所述排气通道用于传导出排气，所述排气具体为金属或钢生产的烟气，所述排气通道具有冷却表面，水流动经过所述冷却表面并且所述冷却表面能够被所述排气加热，并且其特征在于
- 提供至少一个热水储存器，所述至少一个热水储存器连接到所述冷却表面并且适合用于将在所述冷却表面中被加热的水在施加压力的情况下作为热水储存，并且
- 用于提取热水的提取设备，其构造成使得通过从所述热水储存器提取所述热水时对所述热水进行减压来产生蒸汽，以及
- 连接线路，所述连接线路在所述提取设备和至少一个蒸汽消耗器之间。
根据本发明的装置可以包括，特别是
- 用于钢或金属生产的装置，特别是电弧炉或吹氧转炉，
- 排气通道，所述排气被构造为烟气通道以便从所述用于钢或金属生产的装置取出所述烟气，所述排气通道具有冷却表面，水流动经过所述冷却表面并且所述冷却表面能够被所述烟气加热，以及
- 连接线路，所述连接线路处于一侧上的所述提取设备和另一侧上的所述用于钢或金属生产的装置的真空脱气系统和/或另一个蒸汽消耗器之间。
可以提供热交换器以使得在冷却表面中被加热的水的至少一部分被冷却，并且随后能够作为冷却水被再次供给到冷却表面。
为了防止在热水储存器中形成蒸汽，可以提供温度调节以调节热水储存器中的热水的温度，以使得热水储存器中的热水的温度能够被调节到位于沸腾温度之下的值或处于沸腾温度的值。
为了能够由供给到冷却表面的供给水来补偿用于产生蒸汽所取出的水的量，可以提供供水容器，供给水能够从该供水容器被供给到冷却表面。
如先前所描述的，在根据本发明的装置中，还可以提供并行连接的多个热水储存器来代替一个热水储存器。
就炼钢厂来说，根据本发明的装置可以被用于每个单独的电弧炉或吹氧转炉以便产生蒸汽，即便在其内不存在蒸汽网络。
根据本发明的过程或者根据本发明的装置可以被用于各常规的余热锅炉。
附图说明
现在将参考示例性的且示意性的附图详细描述本发明，附图示出了根据本发明的装置的布局。
具体实施方式
根据本发明的装置包括用于钢或金属生产的装置1，例如电弧炉或吹氧转炉。来自用于钢生产的装置1的烟气被供给到烟气通道2中，被烟气加热的一个或多个冷却表面3布置在该烟气通道2中。来自热水回路的水流动经过冷却表面3。热水回路由冷却表面3、连接线路4、还有热水储存器5以及连接线路6组成，连接线路4将在冷却表面3中被加热的水输送到热水储存器5，经冷却的热水由连接线路6供给到冷却表面3中以便重新加热。可以在连接线路6中设置泵7，泵7将经冷却的热水泵入冷却表面3中。
通向热交换器9的供给线路8从通向热水储存器5的连接线路4分支出来，以使得在冷却表面3中被加热的水的一部分，或者如果在钢生产中没有蒸汽的需求则所有被加热的水被冷却并且随后能够再次作为冷却水经由输出线路10并且借助泵7经由连接线路6被再次供给到冷却表面3。
热水储存器5和热水回路的其余部件（连接线路4、6，冷却表面3）必须被构造成使得在冷却表面中被加热的水能够作为热水在施加压力的情况下储存在热水储存器5中，并且因此必须能够承受大于1MPa的压力，特别是能够承受在2.5到5MPa的范围内的压力。热水储存器5具有用于提取热水和/或蒸汽的提取设备11，该提取设备11构造成使得通过从热水储存器5提取热水时对热水进行减压来产生蒸汽。所产生的蒸汽经由连接线路12从提取设备11被供给到真空脱气系统13，该真空脱气系统13可以是用于钢生产的装置1的部件。替代地，蒸汽可以从提取设备11被供给到一个或多个其他的蒸汽消耗器，例如现有的诸如用于发电或远程产热的蒸汽网络。还可以如下设置：如果所述装置当前正在运转并且需要蒸汽，则所产生的蒸汽在一段时间内被供给到真空脱气系统13，并且在随后的时间段中当真空脱气系统13没有运转时，所产生的蒸汽被供给到另一个蒸汽消耗器。
还可以提供并行连接的多个热水储存器5来代替一个热水储存器5。在此，于是每个热水储存器5可仅被一个（或多个）特定的加热表面3加热。然后，热水和/或蒸汽能够从每个热水储存器5经由各自专用的提取设备11被取出并且被供给到各自的其他蒸汽消耗器。还可能允许所有的提取设备11通入共同的蒸汽用连接线路12，以使得蒸汽被供给到一个蒸汽消耗器。于是，能够从不同的热水储存器5顺序地向该消耗器供应蒸汽。
为一个或多个热水储存器5提供了温度调节系统（未在此示出）以便调节热水储存器5中的热水的温度。
为了能够补偿用于产生蒸汽所取出的水的量，提供了供水容器14，供给水能够从该供水容器14经由连接线路15被供给到冷却表面3，连接线路15包含泵16并且通入连接线路6。
如果烟气17以大约1600℃经过烟气通道2从用于钢生产的装置1中流出，则在冷却表面3中的冷却水被加热并且经由连接线路4上升进入热水储存器5。在那里，其被保持在大于1MPa的压力，特别是在2.5到5MPa的范围内的压力，热水的温度被连续地测量。因此，热水储存器5不包含蒸汽，而只包含水。
随着热水储存器5中的温度接近泡点曲线，从冷却表面3进入热水储存器5的热水供应被减少或被阻止。于是，热水的全部或其一部分从冷却表面3经由供给线路8被供给到热交换器9并且在那里冷却。
如果需要蒸汽，则启动提取设备11以使得热水从热水储存器5出来，其中，其由于在提取设备11中膨胀而蒸发。在减压期间，该过程沿泡点曲线进行。
参考标记：
1 用于钢生产的装置
2 烟气通道
3 冷却表面
4 通向热水储存器5的连接线路
5 热水储存器
6 来自热水储存器5的连接线路
7 泵
8 供给线路
9 热交换器
10 输出线路
11 用于取出热水的提取设备
12 蒸汽用连接线路
13 真空脱气系统
14 供水容器
15 连接线路
16 泵
17 烟气

Claims (17)

1.一种用于使用来自排气的余热来产生蒸汽的过程，具体地，所述余热来自金属或钢生产的烟气，其中，水流动经过的冷却表面（3）被所述排气加热，其特征在于，在所述冷却表面（3）中被加热的水作为热水在压力下被储存在至少一个热水储存器（5）中，并且仅通过从所述热水储存器取出所述热水时对所述热水进行减压来产生蒸汽，所述蒸汽被供给到至少一个蒸汽消耗器。
2.如权利要求1所述的过程，其特征在于，使用来自金属或钢生产的所述烟气（17）的余热，其中，所产生的蒸汽被再次供给到所述钢生产。
3.如权利要求1或2所述的过程，其特征在于，使用来自电弧炉或吹氧转炉的烟气（17）的余热。
4.如权利要求1-3中的一项所述的过程，其特征在于，所述蒸汽至少部分地被用于对钢熔化物进行真空脱气。
5.如权利要求1-4中的一项所述的过程，其特征在于，所述蒸汽至少部分地被用在现有的蒸汽网络中，例如用于发电或远程产热。
6.如权利要求1-5中的一项所述的过程，其特征在于，在所述冷却表面中被加热的水被保持在大于1MPa的压力，特别是在2.5到5MPa的范围内的压力。
7.如权利要求1-6中的一项所述的过程，其特征在于，在生产所述蒸汽期间，对所取出的热水的减压沿泡点曲线进行。
8.如权利要求1-7中的一项所述的过程，其特征在于，在所述冷却表面（3）中被加热的水的至少一部分在热交换器（9）中被冷却并且随后作为冷却水被再次供给到所述冷却表面（3）。
9.如权利要求1-8中的一项所述的过程，其特征在于，为了防止在所述热水储存器（5）中形成蒸汽，所述热水储存器中的热水的温度被调节到位于沸点之下的值或处于沸点的值。
10.如权利要求1-9中的一项所述的过程，其特征在于，用于产生蒸汽所取出的水的量由被供给到所述冷却表面（3）的供给水来补偿。
11. 如权利要求1-10中的一项所述的过程，其特征在于，在所述冷却表面（3）中被加热的水被供给到并行连接的多个热水储存器（5）。
12. 一种用于实现如权利要求1-11中的一项所述的过程的装置，至少包括
- 排气通道，所述排气通道用于传导出排气，所述排气具体为金属或钢生产的烟气，所述排气通道具有冷却表面（3），水流动经过所述冷却表面（3）并且所述冷却表面（3）能够被所述排气加热，其特征在于
- 提供至少一个热水储存器（5），所述至少一个热水储存器（5）连接到所述冷却表面（3）并且适合用于将在所述冷却表面中被加热的水在施加压力的情况下作为热水储存，和
- 用于提取热水的提取设备（11），其构造成使得通过从所述热水储存器（5）提取所述热水时对所述热水进行减压来产生蒸汽，以及
- 连接线路（12），所述连接线路（12）在所述提取设备（11）和至少一个蒸汽消耗器之间。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置至少包括
- 用于钢或金属生产的装置（1），特别是电弧炉或吹氧转炉，
- 排气通道，所述排气被构造为烟气通道（2）以便从所述用于钢或金属生产的装置取出所述烟气（17），所述排气通道具有冷却表面（3），水流动经过所述冷却表面（3）并且所述冷却表面（3）能够被所述烟气（17）加热，以及
- 连接线路（12），所述连接线路（12）处于一侧上的所述提取设备（11）和另一侧上的所述用于钢或金属生产的装置（1）的真空脱气系统（13）和/或另一个蒸汽消耗器之间。
14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，提供热交换器（9）以使得在所述冷却表面（3）中被加热的水的至少一部分被冷却并且随后能够作为冷却水被再次供给到所述冷却表面（3）。
15.如权利要求12-14中的一项所述的装置，其特征在于，提供温度调节以便调节所述热水储存器（5）中的热水的温度。
16.如权利要求12-15中的一项所述的装置，其特征在于，提供供水容器（14），所述冷却水能够从所述供水容器（14）被供给到所述冷却表面（3）。
17.如权利要求12-16中的一项所述的装置，其特征在于，提供并行连接的多个热水储存器（5）。
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