CN107975781B - 转炉深度余热回收锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉深度余热回收锅炉，其包括：上集箱；下集箱；密封连接在所述上集箱和所述下集箱之间的锅炉外壁；以及形成于上集箱、下集箱和锅炉外壁之间，且具有进烟口和出烟口的锅炉烟道；所述锅炉外壁为圆筒形结构，其由若干根竖直布置的外壁管和若干块扁钢条构成，这些外壁管竖直连通在所述上集箱和下集箱之间、并且沿圆形均匀间隔分布，任意相邻的两根外壁管之间均密封焊接有一块所述的扁钢条；锅炉烟道内设置有对流受热面管，所述对流受热面管的端部密封穿透于所述锅炉外壁外、并与所述外壁管密封连通。本发明这种锅炉具有很强的抗爆性能和良好的密封性能。

Description

转炉深度余热回收锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉尤其是余热锅炉技术领域，具体涉及一种转炉深度余热回收锅炉。

背景技术

转炉炼钢是当今世界的主要炼钢工艺，世界钢产量的80％是由转炉生产的，我国重点钢铁企业转炉约有900座。转炉在炼钢过程中会产生大量的温度高达1600℃以上炉气，这些炉气一方面含有大量的显热，另外其成分中含有最高可达到80％浓度的CO，同样蕴含大量的化学热，一般均采用炉气回收工艺。现有炉气回收工艺主要为二大类：汽化冷却+湿法除尘工艺(简称OG法)；汽化冷却+喷雾冷却电除尘干法工艺(简称LT法)。这两种工艺的炉气汽化冷却出口温度均在800～1000℃，而后都采用喷水急冷的方式对炉气进行快速冷却以满足后续煤气回收的要求，在喷水降温的过程中大量的热量被浪费掉。由于转炉炼钢具有周期性特点，炉气中的CO浓度会在0～80％间周期变化，O₂浓度与CO浓度反向周期性变化，这就决定了炉气具有爆炸倾向性；转炉炼钢周期性变化，还会造成炉气温度剧烈变动，吹氧时，炉气温度瞬间达到1600℃以上，非吹氧期，炉气温度只有100℃以下，温度的剧烈变动会使余热回收锅炉产生巨大的热应力；转炉冶炼时会产生大量的粉尘，大部分被炉气带走，炉气含尘量80～150g/m3，如此巨大的尘含量，会严重污染余热回收锅炉的受热面导致余热回收效能下降，甚至会堵塞炉气通道。转炉炉气由于具有以上的特性，其800～1000℃以后的显热回收就成为了世界性难题，国内外冶金行业从业者不断探索深度余热回收方法和工艺，但至今仍未有实施工程，主要技术障碍在于余热锅炉防爆抗爆、消除热应力和锅炉受热面清灰等方面。本专利方案介绍一种具有防爆功能、抗爆能力好、有效消除热应力和高效清灰的余热锅炉和系统，必将是转炉炼钢深度余热回收方面的一次技术革命。

现有技术产品状况及其缺点：

转炉炼钢时排放炉气具有高温(高达1600℃)、高含尘量(80～150g/Nm3，主要为氧化铁、氧化钙等)、高CO含量(0～80％)等特点，且具有周期性变化的特性(冶炼周期基本在45分钟左右)。所以，这就增加该部分炉气余热进行回收利用的难度，现有技术仅对高温(1600～800℃)部分余热采用汽化冷却烟道进行回收，800℃以下的炉气显热并未进行回收，多数采用直接喷水方式进行冷却。

现有技术主要缺点：

1)800～1000℃高温炉气显热未进行回收，高品质余热资源白白浪费掉；

2)在降温除尘过程中，大量的消耗水及电能；

3)由于采用喷水降温，使得转炉煤气含水量增加，造成转炉煤气低位热值下降，综合利用受到影响；

4)炉气中粉尘由于含水量增加，甚至经过水洗，其特性发生变化，原为高价资源变成了废物，造成巨大的资源浪费。

发明内容

本发明目的是：针对上述技术问题，提出一种抗爆性能高的转炉深度余热回收锅炉。

本发明的技术方案是：一种转炉深度余热回收锅炉，包括：

上集箱；

下集箱；

密封连接在所述上集箱和所述下集箱之间的锅炉外壁；以及

形成于所述上集箱、下集箱和锅炉外壁之间，且具有进烟口和出烟口的锅炉烟道；

所述锅炉外壁为圆筒形结构，其由若干根外壁管和若干块扁钢条构成，这些外壁管竖直连通在所述上集箱和下集箱之间、并且沿圆形间隔分布，任意相邻的两根所述外壁管之间均密封焊接有一块所述扁钢条；所述锅炉烟道内设置有对流受热面管，所述对流受热面管的端部密封穿透于所述锅炉外壁外、并与所述外壁管密封连通。

本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述对流受热面管进、出水端的管径小于所述外壁管的管径，而且对流受热面管的进、出水端交叉贯穿所述外壁管后，再与所述外壁管内部连通；其中，对流受热面管进水端与外壁管的连通部位处于对流受热面管进水端与外壁管贯穿部位的下方，而对流受热面管出水端与外壁管的连通部位处于对流受热面管处水端与外壁管贯穿部位的上方。

所述外壁管包括竖直布置的主管段以及水平密封贯穿于所述主管段的至少两个套管，所述对流受热面管的进、出水端穿过所述套管后，再与所述主管段相连通。

所述对流受热面管为螺旋形盘管。

所述螺旋形盘管的螺旋管段布置在同一水平平面内。

所述锅炉外壁由分体式结构的左半壁和右半壁构成，所述左半壁和右半壁通过紧固件可拆卸连接。

还包括用于抖动所述对流受热面管的对流受热面管振打装置。

所述对流受热面管振打装置包括与所述对流受热面管相连的传动杆以及用于带动所述传动杆抖动的驱动设备。

所述螺旋形盘管的径向内侧形成有位于所述锅炉烟道内的检修井，所述传动杆布置在所述检修井中。

还包括布置在所述锅炉外壁外侧的旁通烟道，该旁通烟道的一端与所述锅炉烟道的进烟端相连通，另一端通过三通阀与所述锅炉烟道的出烟端相连通。

所述旁通烟道为绝热烟道。

本发明的优点是：

1、锅炉外壁采用圆筒形结构，其内的煤气流通顺畅，具有防止煤气聚集出现爆炸的可能；

2、锅炉外壁采用圆筒形结构而非传统的方形或其他形状，具有较高的抗爆能力；

3、锅炉外壁为管板全焊接结构，确保锅炉整体的密封性能，也减少空气漏入造成爆炸的可能；

4、对流受热面盘管结构，最大限利用锅炉内部腔体空间同时，很好的解决了热应力问题；

5、对流受热面管与外壁管的连接采用穿墙式结构设计，使得外壁管内的绝大部分水流均能够进入锅炉烟道中的对流受热面管，提高锅炉的热回收效率，并且解决了对流受热面管故障检修的方便性(将对流受热面管隔断后从外壁管的套管结构中抽出)；

6、锅炉中心的检修井结构，确保锅炉所有的受热面可检修性能；

7、锅炉受热面管上的积灰清理采用机械振打方式，能耗低、效果好；

8、检修井通道正常运行时作为锅炉清灰装置振打连杆布置通道，大大节约锅炉设备布置空间；

9、锅炉设有旁通烟道，即使锅炉在正常运行过程中，该旁通烟道也可以开启运行(或关闭)，以确保锅炉不会因炉气过冷造成热量损失和更大的冷应力。

10、锅炉外壁设计为可开启式，解决了锅炉对流受热面管可更换的问题。

11、一方面，外壁管内的水也能够与锅炉烟道内高温的转炉炉气发生热交换，而吸收转炉炉气的热量，从而提高了该锅炉的换热面积。另一方面，外壁管内的水流能够对锅炉外壁进行冷却降温，防止锅炉外壁温度过高。

12、锅炉受热面管采用螺旋形盘管结构，而非传统锅炉使用的S型曲管结构，增大了锅炉受热面管整体长度和换热面积的同时，还能够保证其内的水能够顺畅流动。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍：

图1为本发明实施例这种转炉深度余热回收锅炉的立面结构示意图；

图2为图1的A部放大图；

图3为本发明实施例这种转炉深度余热回收锅炉的横截面结构示意图；

图4为图3的B部放大图；

图5为本发明实施例这种转炉深度余热回收锅炉的烟气系统示意图；

图6为本发明实施例这种转炉深度余热回收锅炉的水系统示意图；

其中：1-上集箱，2-下集箱，3-外壁管，4-扁钢条，5-锅炉外壁，6-对流受热面管，7-传动杆，8-检修井，9-锅炉烟道，10-旁通烟道，11-三通阀，12-汽包，13-强制循环泵，14-紧固件。

具体实施方式

图1至图6示出了本发明这种转炉深度余热回收锅炉的一个具体实施例，与传统余热锅炉相同的是，本锅炉也包括：上集箱1；下集箱2；密封连接在所述上集箱和所述下集箱之间的锅炉外壁5；以及形成于所述上集箱、下集箱和锅炉外壁之间，且具有进烟口和出烟口的锅炉烟道9。

本实施例的关键改进在于：所述锅炉外壁5为圆筒形结构，其由许多根外壁管3和许多块扁钢条4构成，这些外壁管3竖直连通在所述上集箱和下集箱之间，并且这些外壁管3沿圆形间隔分布，而且任意相邻的两根外壁管3之间均密封焊接有一块所述的扁钢条4，即该锅炉外壁采用管板全焊接结构。锅炉烟道9内设置有对流受热面管6，对流受热面管6的端部密封穿透于锅炉外壁外、并与外壁管3密封连通。

并且在本实施例中，所述对流受热面管6进、出水端的管径小于外壁管3的管径，而且对流受热面管6的进、出水端交叉贯穿所述外壁管后，再与所述外壁管内部连通。其中，对流受热面管6进水端与外壁管3的连通部位处于对流受热面管6进水端与外壁管3贯穿部位的下方(即外壁管内水流的上游侧)；而对流受热面管6出水端与外壁管3的连通部位处于对流受热面管6处水端与外壁管3贯穿部位的上方(即外壁管内水流的下游侧)。以此来保证从下集箱2进入外壁管3中的绝大部分水(一般在90％以上)均会流入锅炉烟道内的对流受热面管6，再由对流受热面管6出水端流入外壁管3上端部，然后进入上集箱1；而进入外壁管3中的一小部分水直接沿着外壁管3向上流入上集箱1。对流受热面管6与外壁管3的这种连接结构，我们称之为“穿墙连接结构”。

具体地，所述外壁管3包括竖直布置的主管段3a以及水平密封贯穿于所述主管段的至少两个套管3b(不难看出，套管3b与主管段3a垂直布置)，所述对流受热面管6的进、出水端穿过对应的套管3b后，再与所述主管段3a相连通。如此可方便对流受热面管6的安装和拆除。套管3b的外径小于主管段3a的内径。

因该锅炉外壁采用立式圆筒型结构而非传统的方形结构，锅炉内无炉气死角，炉气流动通畅，不会形成滞留，确保不会出现爆炸情况，提高了锅炉的抗爆能力。外壁为管板全焊接结构，扁钢条4与相邻的两根外壁管3进行双面焊接，确保了锅炉外壁的密封性能和结构强度，有效防止外部空气渗入锅炉内部。

参照图6所示，该锅炉的水系统主要包括汽包12、强制循环泵13、上集箱1、下集箱2、外壁管3和对流受热面管6。

实际应用时，转炉炉气通过锅炉烟道9的进烟口流入锅炉烟道9内，再从锅炉烟道9的出烟口排出。与此同时，锅炉汽包12内的水首先由管路送强制循环泵13，加压后送到锅炉下集箱1，再被分配送入外壁管3，进入外壁管3内的水大部分流入对流受热面管6(一小部分水直接经过外壁管3向上流入上集箱1)，水在对流受热面管6中与进入上述锅炉烟道9内的转炉炉气完成换热，吸收热量后的水再进入外壁管3，经外壁管3到余热锅炉上集箱2汇集后回到余热锅炉汽包12进行汽水分离，汽由蒸汽管路外送供使用，水再次回到系统进行换热，消耗掉的水由外部供应到汽包。

对流受热面管6与外壁管3相连接，二者采用穿墙结构进行连接，保证流受热面管6损坏漏水时，可及时在锅炉外部进行处理。而且在实际应用时，外壁管3内的水也能够与锅炉烟道9内高温的转炉炉气发生热交换，而吸收转炉炉气的热量，从而提高了该锅炉的换热面积。同时，外壁管3内的水流能够对锅炉外壁5进行冷却降温，防止锅炉外壁5温度过高。

本实施例中，所述对流受热面管6采用长度较大的螺旋形盘管结构，以增大其换热面积，提高转炉炉气的热回收效率。而且该对流受热面管6能很好的吸收热应力，不会造成对流受热面管6热胀冷缩受限情况。对流受热面管6一般设置多根。

具体地，上述螺旋形盘管的螺旋管段位于同一水平平面内，类似“蚊香”的结构。

本实施例中的所述锅炉外壁5由分体式结构的左半壁和右半壁构成，所述左半壁和右半壁通过紧固件14可拆卸连接。当锅炉对流受热面管6达到使用寿命时，可打开锅炉外壁5进行内部受热面管6的更换，可维修性高。

为了方便对锅炉受热面管6上的积灰进行清理，本实施例还设置了用于抖动对流受热面管6的对流受热面管振打装置。高对流受热面管振打装置包括与所述对流受热面管6相连的传动杆7以及用于带动所述传动杆抖动的驱动设备，其中驱动设备布置在锅炉外壁5的外部。工作时，驱动设备提供动力以带动传动杆7震动，而带动对流受热面管6高频抖动，进而使锅炉受热面管6上的积灰脱离落下。

而且，螺旋形对流受热面管6的径向内侧形成了位于锅炉烟道9内的检修井8(对流受热面管6围绕在该检修井8的外围，也可以说检修井8借助对流受热面管6的特殊结构而形成)，在锅炉停炉期间可以进行锅炉内部检查和维修，增加锅炉检查及维修性能。上述传动杆7具体布置在该检修井8中，而且传动杆7为可拆卸式结构，对锅炉内部进行检修时，需事先拆去传动杆7，然后再由检修人员进入检修井8进行检修。

此外，参照图5所示，本实施例还设置有位于锅炉外壁5外侧的旁通烟道10，该旁通烟道10的一端与所述锅炉烟道9的进烟端相连通，另一端通过三通阀11与所述锅炉烟道9的出烟端相连通。该旁通烟道10为绝热烟道，与余热锅炉自身的锅炉烟道9形成相互独立的烟气通道，通过对三通阀11的控制，可实现：烟气流经锅炉烟道9时，该旁通烟道10关闭；烟气流经该旁通烟道10时，锅炉烟道9关闭。一般来说，在转炉炉气温度较高时，转炉炉气通过锅炉烟道9进行冷却，旁通烟道10关闭；当转炉炉气温度较低时，炉气直接经旁通烟道10流过，锅炉烟道关闭。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种转炉深度余热回收锅炉，包括：

上集箱(1)；

下集箱(2)；

密封连接在所述上集箱和所述下集箱之间的锅炉外壁(5)；以及

形成于所述上集箱、下集箱和锅炉外壁之间，且具有进烟口和出烟口的锅炉烟道(9)；

其特征在于，所述锅炉外壁(5)为圆筒形结构，其由若干根外壁管(3)和若干块扁钢条(4)构成，这些外壁管(3)竖直连通在所述上集箱和下集箱之间、并且沿圆形间隔分布，任意相邻的两根所述外壁管(3)之间均密封焊接有一块所述扁钢条(4)；所述锅炉烟道(9)内设置有对流受热面管(6)，所述对流受热面管(6)的端部密封穿透于所述锅炉外壁(5)外部、并与所述外壁管(3)密封连通；

所述对流受热面管(6)为螺旋形盘管，所述对流受热面管(6)所在的面与所述外壁管(3)垂直；所述螺旋形盘管的最大外径与所述锅炉外壁(5)的内径相匹配；

位于所述锅炉外壁(5)外部的对流受热面管(6)为弯曲形的导管。

2.根据权利要求1所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述对流受热面管(6)进、出水端的管径小于所述外壁管(3)的管径，而且对流受热面管(6)的进、出水端交叉贯穿所述外壁管(3)后，再与所述外壁管(3)内部连通。

3.根据权利要求2所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述外壁管(3)包括竖直布置的主管段(3a)以及水平密封贯穿于所述主管段的至少两个套管(3b)，所述对流受热面管(6)的进、出水端穿过所述套管(3b)后，再与所述主管段(3a)相连通；其中，对流受热面管(6)进水端与外壁管(3)的连通部位处于对流受热面管(6)进水端与外壁管(3)贯穿部位的下方，而对流受热面管(6)出水端与外壁管(3)的连通部位处于对流受热面管(6)处水端与外壁管(3)贯穿部位的上方。

4.根据权利要求3所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述螺旋形盘管的螺旋管段位于同一水平平面内。

5.根据权利要求1所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述锅炉外壁(5)由分体式结构的左半壁和右半壁构成，所述左半壁和右半壁通过紧固件(14)可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，还包括用于抖动所述对流受热面管(6)的对流受热面管振打装置。

7.根据权利要求6所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述对流受热面管振打装置包括与所述对流受热面管(6)相连的传动杆(7)以及用于带动所述传动杆抖动的驱动设备。

8.根据权利要求7所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，所述螺旋形盘管的径向内侧形成有位于所述锅炉烟道(9)内的检修井(8)，所述传动杆(7)布置在所述检修井(8)中。

9.根据权利要求1所述的转炉深度余热回收锅炉，其特征在于，还包括布置在所述锅炉外壁(5)外侧的旁通烟道(10)，所述旁通烟道(10)的一端与所述锅炉烟道(9)的进烟端相连通，另一端通过三通阀(11)与所述锅炉烟道(9)的出烟端相连通。

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