CN106766965B - 一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，包括炼钢炉余热回收装置、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置、烟气余热回收烟道、第一蓄热器、第二蓄热器、汽轮机、发电机，炼钢炉余热回收装置产生的高压间断蒸汽、低压间断蒸汽分别经蓄热器处理形成高压稳定蒸汽、低压稳定蒸汽，高压稳定蒸汽结合轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置以及烟气余热回收烟道产生的高压饱和蒸汽经高压过热器进入汽轮机的主蒸汽进口，低压稳定蒸汽结合烟气余热回收烟道产生的低压饱和蒸汽经低压过热器进入汽轮机的补汽进口，从而驱动汽轮机工作。本发明集成实现了炼钢炉和轧钢加热炉的余热集中利用。

Description

一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统
技术领域
本发明涉及钢铁行业的节能技术领域，具体地说，涉及一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统。
背景技术
钢铁企业在冶炼工序中存在大量的余热、余能资源。近些年来，各钢铁企业均逐步重视钢厂余热资源的回收利用，并取得了一定成效。但是，由于工程建设一般都是分体建设，各工序在建设分包时都是分开独立的，各个工序自身的工艺系统可能已优化设计，但是由于各个冶炼工序之间的系统并未统筹，各个工序中的余热资源之间缺少集成优化和整体布局，导致能源未得到最优化利用，造成了一定程度的能源损失。随着钢铁企业对节能减排的日益重视，如何对钢厂各工序间的余热系统进行集成耦合，以实现钢厂余热利用系统的整体优化，提高余热资源的综合利用效率，已经成为炼钢企业日益关心的问题。
在钢厂各冶炼工序中，炼钢工序和轧钢工序是相邻的两道工序，炼钢主厂房与轧钢主厂房紧邻，这就为炼钢炉与轧钢加热炉的余热集成提供了良好的现实条件。
针对这种情况，本发明拟构建一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，对炼钢炉余热资源和轧钢加热炉余热资源进行整合并加以优化利用，可产生较为可观的经济收益，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明拟构建一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，对炼钢炉余热资源和轧钢加热炉余热资源进行整合并加以优化利用，可产生较为可观的经济收益，具有重要的实际意义。
根据本发明的一个方面，提供了一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，包括炼钢炉余热回收装置、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置、烟气余热回收烟道、第一蓄热器、第二蓄热器、汽轮机、发电机，其中，烟气余热回收烟道沿着烟气流程设置在轧钢加热炉的空气预热装置和煤气预热装置之后，炼钢炉余热回收装置产生的高压间断蒸汽经第一蓄热器处理后形成的高压稳定蒸汽、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置以及烟气余热回收烟道产生的高压饱和蒸汽汇集后进入设置在烟气余热回收烟道中的高压过热器，炼钢炉余热回收装置产生的低压间断蒸汽经第二蓄热器处理后形成的低压稳定蒸汽、烟气余热回收烟道产生的低压饱和蒸汽汇集后进入设置在烟气余热回收烟道中的低压过热器，所述汽轮机为补汽式汽轮机，所述高压过热器的出汽口与所述汽轮机的主蒸汽进口相连，所述低压过热器的出汽口与所述汽轮机的补汽进口相连，从而驱动汽轮机工作，进而带动发电机发电。
优选地，所述烟气余热回收烟道中设置有顺次连通的高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、高压省煤器、低压蒸发器和低压省煤器，其中，低压锅筒-除氧器通过第三下降管与所述低压蒸发器的进水口连通，所述低压蒸发器的出汽口通过第三上升管与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，形成汽水自然循环回路，低压锅筒-除氧器通过出水管与给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口与所述高压省煤器的进水口连通，所述高压省煤器通过管道向高压锅筒供水，高压锅筒通过第一下降管与所述高压蒸发器的进水口连通，所述高压蒸发器的出汽口通过第一上升管与所述高压锅筒的上升管口连通，形成汽水自然循环回路；高压锅筒通过第二下降管与热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵的出水口与所述轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置的进水口连通，所述轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置的出汽口通过第二上升管与所述高压锅筒的上升管口连通，形成汽水强制循环回路，而高压锅筒产生的高压蒸汽、第一蓄热器出口的高压蒸汽汇集到第一蒸汽母管内，所述第一蒸汽母管的出汽口通过管路和高压过热器连通，且低压锅筒-除氧器产生的低压蒸汽、第二蓄热器出口的低压蒸汽汇集到第二蒸汽母管内，所述第二蒸汽母管的出汽口通过管路和低压过热器连通。
优选地，汽轮机的出汽口与凝汽器、凝结水泵、低压省煤器以及低压锅筒-除氧器的进水口沿着汽水流程顺次连通。
优选地，其中，所述凝汽器设置有补水口。
优选地，其中，所述炼钢炉余热回收装置是电炉余热回收装置、转炉余热回收装置、电转炉余热回收装置中的一个。
优选地，所述低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒上方，低压锅筒兼作除氧水箱。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统的示意图。
其中，炼钢炉余热回收装置1、第一蓄热器2、第二蓄热器3、第一蒸汽母管4、第二蒸汽母管5、烟气余热回收烟道6、高压过热器61、高压蒸发器62、低压过热器63、高压省煤器64、低压蒸发器65、低压省煤器66、低压锅筒-除氧器7、给水泵8、高压锅筒9、热水循环泵10、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置11、汽轮机12、发电机13、凝汽器14、凝结水泵15、出水管73、第三上升管74、第三下降管75、管道76、第二下降管91、第二上升管92、第一上升管93、第一下降管94、管道95。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。需要说明的是，所述高压、低压是为了区分汽水系统两个压力等级而进行的区分命名(如：高压蒸汽、低压蒸汽的压力分别设计为1.6MPa、0.5MPa)，并非绝对高压(如9.81MPa)、绝对低压(如0.8MPa)，并且，以下汽水流动方向均按图中箭头所示方向流动。
针对炼钢主厂房与轧钢主厂房紧邻的有利条件，本发明将炼钢炉与轧钢加热炉的余热资源进行优化集成，构建了一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统。本发明尤其适用于轧钢加热炉燃用较高热值煤气的情况，或者掺混高热值煤气比例较高的情况。由于煤气热值较高，所以空气和煤气所需预热温度都不是很高，甚至只需预热空气而不需预热煤气，使得空气(或煤气)预热装置后的烟气温度较高。炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统主要包括炼钢炉余热回收装置1、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置11、烟气余热回收烟道6、汽轮机12、发电机13。炼钢炉余热回收装置可以是电炉余热回收装置，也可以是转炉余热回收装置或者电转炉余热回收装置，烟气余热回收烟道6位于轧钢加热炉的出口烟道的下游。
炼钢炉余热回收装置采用双压余热回收模式，对外输出高压和低压两种压力等级的蒸汽，而烟气余热回收烟道6结合高压锅筒9和低压锅筒-除氧器7也分别产生高压蒸汽和低压蒸汽。炼钢炉余热回收装置1的高压蒸汽出口通过管道与第一蓄热器2相连，炼钢炉余热回收装置产生的间断的高压蒸汽送入第一蓄热器2。炼钢炉余热回收装置的低压蒸汽出口通过管道与第二蓄热器相连，炼钢炉余热回收装置产生的间断的低压蒸汽送入第二蓄热器3。蓄热器2、3用于稳定蒸汽，将间断产生的饱和蒸汽转换为连续输出的饱和蒸汽。第一蓄热器与高压锅筒的蒸汽出口均与第一蒸汽母管4相连，第一蓄热器的出口蒸汽与高压锅筒的出口蒸汽汇集到第一蒸汽母管4中。第二蓄热器3的蒸汽出口与低压锅筒-除氧器7的蒸汽出口均与第二蒸汽母管5相连，第二蓄热器的出口蒸汽与低压锅筒-除氧器的出口蒸汽汇集到第二蒸汽母管5中；第一蒸汽母管4与高压过热器的进汽口相连，第二蒸汽母管5与低压过热器的进汽口相连。汽轮机采用补汽式汽轮机，高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口相连，低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口相连，汽轮机与发电机连接，蒸汽冲转汽轮机组做功带动发电机13发电，实现了炼钢炉与轧钢加热炉的余热集成发电。
烟气余热回收烟道根据烟气品位高低进行优化设计，高温烟气采用高压汽水系统进行换热，低温烟气采用低压汽水系统进行换热。下面结合图1说明高压锅筒9和低压锅筒-除氧器7产生高压蒸汽、低压蒸汽的工艺流程。烟气余热回收烟道6沿着烟气流程设置在常规的轧钢加热炉的空气预热装置和煤气预热装置之后，用于吸收烟气余热。烟气余热回收烟道6中设置有沿着烟气流程顺次连通的高压过热器61、高压蒸发器62、低压蒸发器63、高压省煤器64、低压蒸发器65、低压省煤器66。特别地，高压过热器61、高压蒸发器62、低压蒸发器63、高压省煤器64、低压蒸发器65、低压省煤器66均采用逆流布置，可以得到较高的换热效率。
低压锅筒-除氧器7是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒兼作除氧水箱。低压锅筒-除氧器7通过第三下降管75与低压蒸发器65的进水口连通，低压蒸发器65的出汽口通过第三上升管74与低压锅筒-除氧器7的上升管口连通，形成汽水自然循环回路。低压锅筒-除氧器7通过出水管73与给水泵8的进水口连通，给水泵的出水口与高压省煤器64的进水口连通，高压省煤器64通过管道95向高压锅筒9供水。
高压锅筒9通过第一下降管94与高压蒸发器62的进水口连通，高压蒸发器的出汽口通过第一上升管93与高压锅筒9的上升管口连通，形成汽水自然循环回路。高压锅筒9通过第二下降管91与热水循环泵10的进水口连通，热水循环泵的出水口与轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置11的进水口连通，轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置11的出汽口通过第二上升管92与高压锅筒9的上升管口连通，形成汽水强制循环回路。
而高压锅筒9产生的高压蒸汽、第一蓄热器2出口的高压蒸汽汇集到第一蒸汽母管4内，第一蒸汽母管4的出汽口通过管路和高压过热器连通，并且，低压锅筒-除氧器7产生的低压蒸汽、第二蓄热器3出口的低压蒸汽汇集到第二蒸汽母管5内，第二蒸汽母管5的出汽口通过管路和低压过热器连通。高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口相连，低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口相连，从而驱动汽轮机做功。而凝汽器14则将汽轮机12的排汽冷凝成凝结水，并经凝结水泵15加压后输送到各余热回收装置的进水口，具体地说，凝结水泵15的出口凝结水管道分为两路，一路与炼钢炉余热回收装置1的进水口连通，另一路与低压省煤器66的进水口连通，低压省煤器66的出水口通过管道76与低压锅筒-除氧器7的进水口连通。
此外，凝汽器设置有补水口，以补充余热回收系统中损失掉的汽水。
此外，烟气余热回收烟道6可以是通常的烟道，并在烟道内设置换热面，也可以是集成的余热锅炉。
综上所述，本发明的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统具有以下有益效果：
(1)针对炼钢主厂房与轧钢主厂房紧邻的有利条件，将炼钢炉与轧钢加热炉的余热资源进行优化集成，构建了一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统。
(2)与炼钢炉和轧钢加热炉余热回收独立设置的常规方式相比，本发明通过系统集成实现了了炼钢炉和轧钢加热炉的余热集中利用，整套热力系统更加紧凑，布局更加精细，投资成本更低。此外，对于炼钢炉余热回收产生的饱和蒸汽而言，本发明实现了炼钢炉余热饱和蒸汽的过热，较常规的炼钢炉余热饱和蒸汽只能采用饱和蒸汽发电的方式相比，不仅可提高汽轮机的运行效率，而且还可改善汽轮机的工作环境(提高了蒸汽干度)，延长汽轮机叶片的使用寿命。
(3)将轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却系统和轧钢加热炉尾部烟气余热回收系统进行整合，采用轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置和轧钢加热炉尾部烟气余热回收装置共用锅筒和除氧器的方式，较常规的轧钢加热炉余热回收模式有明显的简化，总投资大幅降低。此外，在进行轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却系统和轧钢加热炉尾部烟气余热回收系统的优化设计时，结合加热炉炉底水梁汽化冷却和尾部烟道余热回收的各自特点，将汽水循环系统设计成自然循环+强制循环的复合循环方式，在保证系统安全可靠的条件下兼顾到系统的节能运行。
(4)炼钢炉和轧钢加热炉的蒸汽系统均设计成双压系统，均根据烟气品位高低进行分级设计，高温烟气采用高压汽水系统进行换热，低温烟气采用低压汽水系统进行换热，这样不仅通过大幅降低轧钢加热炉排烟温度进而从“量”上回收烟气余热，而且按照能量品位高低实现了能源梯级优化利用进而从“质”上回收轧钢加热炉烟气余热。此外，本发明整套余热发电系统的设计，以及各个设备之间的连接关系，均是综合系统的安全性和热经济性后的最优化布局。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，包括炼钢炉余热回收装置(1)、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置(11)、烟气余热回收烟道(6)、第一蓄热器(2)、第二蓄热器(3)、汽轮机(12)、发电机(13)，其中，
烟气余热回收烟道(6)沿着烟气流程设置在轧钢加热炉的空气预热装置和煤气预热装置之后，
炼钢炉余热回收装置(1)产生的高压间断蒸汽经第一蓄热器(2)处理后形成的高压稳定蒸汽、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置以及烟气余热回收烟道产生的高压饱和蒸汽汇集后进入设置在烟气余热回收烟道中的高压过热器，
炼钢炉余热回收装置(1)产生的低压间断蒸汽经第二蓄热器(3)处理后形成的低压稳定蒸汽、烟气余热回收烟道产生的低压饱和蒸汽汇集后进入设置在烟气余热回收烟道中的低压过热器，
所述汽轮机为补汽式汽轮机，所述高压过热器的出汽口与所述汽轮机的主蒸汽进口相连，所述低压过热器的出汽口与所述汽轮机的补汽进口相连，从而驱动汽轮机工作，进而带动发电机发电。
2.根据权利要求1所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，所述烟气余热回收烟道(6)中设置有顺次连通的高压过热器(61)、高压蒸发器(62)、低压过热器(63)、高压省煤器(64)、低压蒸发器(65)和低压省煤器(66)，其中，
低压锅筒-除氧器(7)通过第三下降管(75)与所述低压蒸发器(65)的进水口连通，所述低压蒸发器(65)的出汽口通过第三上升管(74)与所述低压锅筒-除氧器(7)的上升管口连通，形成汽水自然循环回路，
低压锅筒-除氧器(7)通过出水管(73)与给水泵(8)的进水口连通，所述给水泵的出水口与所述高压省煤器(64)的进水口连通，所述高压省煤器(43)通过管道(95)向高压锅筒(9)供水，
高压锅筒(9)通过第一下降管(94)与所述高压蒸发器(62)的进水口连通，所述高压蒸发器的出汽口通过第一上升管(93)与所述高压锅筒(9)的上升管口连通，形成汽水自然循环回路；
高压锅筒(9)通过第二下降管(91)与热水循环泵(10)的进水口连通，所述热水循环泵的出水口与所述轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置(11)的进水口连通，所述轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却装置(11)的出汽口通过第二上升管(92)与所述高压锅筒(9)的上升管口连通，形成汽水强制循环回路，
而高压锅筒(9)产生的高压蒸汽、第一蓄热器(2)出口的高压蒸汽汇集到第一蒸汽母管(4)内，所述第一蒸汽母管(4)的出汽口通过管路和高压过热器(61)连通，且
低压锅筒-除氧器(7)产生的低压蒸汽、第二蓄热器(3)出口的低压蒸汽汇集到第二蒸汽母管(5)内，所述第二蒸汽母管(5)的出汽口通过管路和低压过热器(63)连通。
3.根据权利要求2所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，汽轮机(12)的出汽口与凝汽器(14)、凝结水泵(15)、低压省煤器(66)以及低压锅筒-除氧器(7)的进水口沿着汽水流程顺次连通。
4.根据权利要求3所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，其中，所述凝汽器设置有补水口。
5.根据权利要求1所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，其中，所述炼钢炉余热回收装置是电炉余热回收装置、转炉余热回收装置、电转炉余热回收装置中的一个。
6.根据权利要求2所述的炼钢炉与轧钢加热炉余热集成发电系统，所述低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒上方，低压锅筒兼作除氧水箱。
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