CN108253808A - 高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于余热回收技术领域，具体涉及高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统。本发明的高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，通过将高炉冲渣水及乏汽、烧结四段环冷热风、烧结烟气余热串联提温，逐级加热，供暖或者是供工业使用。本发明利用钢铁生产中的余热（包括高炉冲渣水及乏汽、烧结四段环冷热风、烧结烟气），实现冬季集中供暖和全年工业制冷，热媒水温度不低于85℃，减少了煤用量，也减轻了大气污染，开发和利用了新能源，提高能源利用效率，降低成本，增强市场竞争力，保护生态环境。

Description

高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统及方法
技术领域
本发明属于余热回收技术领域，具体涉及高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，还涉及上述的高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法。
背景技术
钢铁生产中低温余热资源约占余热资源总量的34％，主要包括低温热水、低温烟气、低温乏汽等。低品质余热因在相同单位内包含的能量很低，利用难度大，基本上处于未回收的状态。低温余热回收主要有两个技术难点：一是余热回收设备应适应热源特性，低温余热回收不同于高温余热回收，从整体上来看，并不是特别成熟；二是综合考虑溴化锂制冷机组和冬季采暖的运行要求和回水温度，采用反向设计思维，倒推系统内部水量、取热分配，确定串联提温、逐级加热的连接方式，使得可以充分发挥每个热源的最大潜力。
钢铁生产中的低品质余热主要包括高炉冲渣水、高炉冲渣乏汽、烧结环冷热风、烧结烟气；
高炉冲渣水及乏汽余热来自于高炉高温炉渣，1400-1500℃高炉熔渣渣流被高压水水淬，渣水混合物流入沉渣池，采用抓斗吊车抓渣，渣池内的水通过渣池底部或侧部的过滤层进行排水。高炉冲渣水水温在83℃左右，是非常好的余热资源，为重复使用冲渣水，还需冷却塔冷却，水中富含的热量白白浪费，且大量水汽蒸发到空气中，造成热污染。
高炉冲渣乏汽是在水淬渣过程中，渣水溅到高温熔渣时，瞬间产生的高温蒸汽。高温蒸汽一般是通过烟囱直接排出，未加利用，不仅浪费能源，水汽的排放对周边建筑物也有一定腐蚀。
烧结烟气和环冷四段热风的余热均来自于高温烧结矿，环冷四段冷空气与高温烧结矿进行热交换后，直接排空，造成余热资源白白浪费，且产生热污染。
因此，需要设计一套能将上述的余热利用起来的系统，进行热回收，有效的回收利用生产中的热能，以达到节能减排的目的。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统；还涉及上述的高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法；
本发明的高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的:
高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，该系统包括：
第一换热站、第二换热站、第三换热站、第四换热站、第五换热站、第六换热站；
第一换热站连接有第一排热管道、第二排热管道、第一回收管道；
第一排热管道通向第二换热站；
第二排热管道与第三换热站相连接；同时第二排热管道上有支路管道分别与第二换热站、第四换热站、第五换热站、第六换热站相连接；且第二排热管道上还有一条支路管道与供暖用户相连接；
第一换热站与第三换热站之间有第一回收管道；第一回收管道上有支路管道与第四换热站相连接；第一回收管道上还有一条支路管道与集中供暖用户相连接；
第六换热站通过第三排热管道与制冷系统和/或供暖系统相连接，第三排热管道上还有一条支路管道与第五换热站相连接，制冷系统和/或供暖系统与工业生产车间相连接；
第三换热站与制冷系统之间通过第二回收管道相连接。
制冷系统为热水型溴化锂机组。
第一换热站的热源为第一高炉冲渣水；第二换热站的热源为第一高炉冲渣乏汽，第三换热站的热源为第二高炉冲渣水，第四换热站的热源为第二高炉冲渣乏汽；第五换热站的热源为烧结环冷热风，第六换热站的热源为烧结烟气。
第一排热管道、第二排热管道、第三排热管道、第一回收管道、第二回收管道以及所有的支路管道上均有阀门。
上述的高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法，包括以下的步骤：
(1)来自于第一换热站的第一高炉冲渣水和第二换热站的第一高炉冲渣乏汽经过串联提温，逐级加热，由第二排热管道输送至制冷系统和/或供暖系统，然后送至生产车间或用户；
(2)来自于第五换热站的烧结环冷热风和第六换热站的烧结烟气逐级加热串联提温后，通过第三排热管道输送至供暖系统和/或制冷系统；
(3)分别来自于第一换热站、第二换热站、第三换热站、第四换热站、第五换热站、第六换热站的第一高炉冲渣水、第一高炉冲渣乏汽、第二高炉冲渣水、第二高炉冲渣乏汽、烧结环冷热风、烧结烟气通过第一排热管道输送至供暖系统和/或制冷系统和/或集中供暖用户。
第一高炉冲渣水、第二高炉冲渣水的供水温度70-90℃，回水温度为50-65℃。
烧结环冷热风及烟气余热的提供的热媒水温度为84-88℃，回水温度为64-68℃。
回收高炉冲渣水、冲渣乏汽、烧结烟气、环冷热风热量，根据溴化锂制冷机组(采暖)的运行要求和回水温度，采用反向设计思维，结合热源温度、热源位置、热源特性，确定系统串联提温、逐级加热的连接方式，使得可以充分发挥每个热源的最大潜力；
本发明的构思是，回收高炉冲渣水、冲渣乏汽、烧结烟气、环冷热风热量，根据溴化锂制冷机组(采暖)的运行要求和回水温度，采用反向设计思维，结合热源温度、热源位置、热源特性，确定系统串联提温、逐级加热的连接方式，使得可以充分发挥每个热源的最大潜力，整套系统设计科学、合理、高效。
溴化锂(采暖)回水经换热系统串联提温、逐级提升热媒水品质。回水先由温度较低的高炉冲渣余热进行一次加热，再通过烧结烟气、环冷热风等进行二次提温，对回水进行逐级加热，经串联提温后，得到热媒水温度为85℃，水量为3000m3/h。
本发明的有益效果在于，本发明利用钢铁生产中的余热(包括高炉冲渣水及乏汽、烧结四段环冷热风、烧结烟气)，实现冬季集中供暖和全年工业制冷，热媒水温度不低于85℃，水量可达3000m3/h，能回收热能70.4MW，年回收热量折标准煤71585吨，减少了煤用量，也减轻了大气污染，开发和利用了新能源，提高能源利用效率，降低成本，增强市场竞争力，保护生态环境。
附图说明
图1为本发明的高炉冲渣水温度曲线图；
图2为冲渣乏汽温度曲线；
图3为烧结环冷热风温度曲线图；
图4为烧结烟气温度曲线图；
图5为本发明的系统结构示意图；
图中：1–第一换热站，2-第二换热站，3-第三换热站，4-第四换热站，5-第五换热站，6-第六换热站，7-供暖系统和/或制冷系统，8-集中供暖用户，9-第二回收管道，10-第三排热管道，101-第一排热管道，102-第二排热管道，103-第一回收管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。
实施例1
以下表述的第一换热站1的热源为1#高炉冲渣水(第一高炉冲渣水)对应；(见附图5)
第二换热站2的热源为1#高炉冲渣乏汽(第一高炉冲渣乏汽)；
第三换热站3的热源为2#第二高炉冲渣水(第二高炉冲渣水)；
第四换热站4的热源为2#第二高炉冲渣乏汽(第二高炉冲渣乏汽)；
第五换热站5的热源为烧结环冷热风；
第六换热站6的热源为烧结烟气；
附图1-4中所示为本发明所采用的高炉冲渣水、高炉冲渣乏汽、烧结环冷热风和烧结烟气的温度曲线图，通过附图1-4中可以看出，本发明所要利用的余热来源其温度均较高；
第一换热站1的热源为第一高炉冲渣水；第二换热站2的热源为第一高炉冲渣乏汽，第三换热站3的热源为第二高炉冲渣水，第四换热站4的热源为第二高炉冲渣乏汽；第五换热站5的热源为烧结环冷热风，第六换热站6的热源为烧结烟气。
高炉冲渣水(余热)及烧结烟气余热综合利用系统是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的:
高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，该系统包括：
第一换热站1、第二换热站2、第三换热站3、第四换热站4、第五换热站5、第六换热站6；
第一换热站1连接有第一排热管道101、第二排热管道102、第一回收管道103；
第一排热管道101通向第二换热站2；
第二排热管道102与第三换热站3相连接；同时第二排热管道102上有支路管道分别与第二换热站2、第四换热站4、第五换热站5、第六换热站6相连接；且第二排热管道102上还有一条支路管道与集中供暖用户8相连接；
第一换热站1与第三换热站3之间有第一回收管道103；第一回收管道103上有支路管道与第四换热站4相连接；第一回收管道103上还有一条支路管道与集中供暖用户8相连接；
第六换热站6通过第三排热管道10与制冷系统7相连接，第三排热管道10上还有一条支路管道与第五换热站5相连接，制冷系统7与工业生产车间相连接；
第三换热站3与制冷系统7之间通过第二回收管道9相连接。
制冷系统7为热水型溴化锂机组。
第一换热站1的热源为第一高炉冲渣水；第二换热站2的热源为第一高炉冲渣乏汽，第三换热站3的热源为第二高炉冲渣水，第四换热站4的热源为第二高炉冲渣乏汽；第五换热站5的热源为烧结环冷热风，第六换热站6的热源为烧结烟气。
第一排热管道101、第二排热管道102、第三排热管道10、第一回收管道103、第二回收管道9、所有的支路管道上均有阀门。
实施例2
一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法，包括以下的步骤：
(1)来自于第一换热站1的第一高炉冲渣水和第二换热站2的第一高炉冲渣乏汽经过串联提温，逐级加热，由第二排热管道102输送至制冷系统7(也可以是供暖系统)，然后送至生产车间或用户；
(2)来自于第五换热站5的烧结环冷热风和第六换热站6的烧结烟气逐级加热串联提温后，通过第三排热管道输送至制冷系统7；
(3)分别来自于第一换热站1、第二换热站2、第三换热站3、第四换热站4、第五换热站5、第六换热站6的第一高炉冲渣水、第一高炉冲渣乏汽、第二高炉冲渣水、第二高炉冲渣乏汽、烧结环冷热风、烧结烟气通过第一排热管道101输送至集中供暖系统8和/或制冷系统7和/或供暖系统。
本发明中，具体的应用及实施数据如下：
将本发明的余热应用于北方城市的社区供暖中，具体如下：
表1冬季南区社区供暖
表2冬季制冷和北区供暖
表3春夏秋三季制冷
表4冲渣水换热站设计参数
表5冲渣乏汽设计参数
表6环冷热风换热站技术数据
表7烧结烟气站技术数据
高炉冲渣水、冲渣乏汽、烧结环冷四段热风、烧结脱硫前烟气等的低品质余热资源，通过先进回收设备实现对低品质余热的回收，充分发挥轻重工业联合产业特点，实现冷热联产，用于冬季集中供热和非采暖季制冷，是低品质余热综合回收的一次大胆有效的尝试。本发明余热回收项目总体发明构思是，经过统筹规划，依据能源品质，逆流换热，梯级提温。首先回收品位低、热量大的冲渣水余热，再用品位较高的烟气进行串联提温，产生85°以上的热媒水用于供暖和工业制冷。本发明中，共建设2座冲渣水换热站、2座冲渣乏汽换热站、1座环冷热风换热站、1座烧结烟气换热站，总计6座换热站，其中单座高炉冲渣水换热站热媒水流量1212.9m3/h，提温10.2℃，回收热量14.5MW，两座高炉冲渣水共回收热量29MW；单座冲渣乏汽换热站热媒水流量287.1m3/h，提温20℃，回收热量6.7MW，两座高炉冲渣乏汽共回收热量13.4MW；烧结环冷热风换热站热媒水流量1500m3/h，提温5.4℃，回收热量9.5MW；烧结烟气换热站热媒水流量1500m3/h，提温10.6℃，回收热量18.5MW。综上，项目建成后回收温度大于85℃的热媒水3000m3/h，总计回收热量70.4MW。
回收低品质余热用于城镇供暖和工业制冷，可以降低供热成本，大幅提高能源利用效率，减少煤炭消耗和污染物排放。通过对余热资源和热负荷进行供需匹配分析，利用专业过滤器、高效换热器等先进技术，积极探索开展非采暖期余热回收利用，实现余热利用资源最大化。
低品质余热回收技术的推广和实施，可以在一定程度上推动低温余热回收技术的研发和投入，进一步完善低温余热回收系统、开发先进回收装备、改善工艺流程，积极探索低温余热利用模式，开发低温余热利用途径。

Claims (7)

1.高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，其特征在于，该系统包括：
第一换热站（1）、第二换热站（2）、第三换热站（3）、第四换热站（4）、第五换热站（5）、第六换热站（6）；
第一换热站（1）连接有第一排热管（101）道、第二排热管道（102）、第一回收管道（103）；
第一排热管道（101）通向第二换热站（2）；
第二排热管道（102）与第三换热站（3）相连接；同时第二排热管道（102）上有支路管道分别与第二换热站（2）、第四换热站（4）、第五换热站（5）、第六换热站（6）相连接；且第二排热管道（102）上还有一条支路管道与集中供暖用户（8）相连接；
第一换热站（1）与第三换热站（3）之间有第一回收管道（103）；第一回收管道（103）上有支路管道与第四换热站（4）相连接；第一回收管道（10）上还有一条支路管道与集中供暖用户（8）相连接；
第六换热站（6）通过第三排热管道（10）与制冷系统和/或供暖系统（7）相连接，第三排热管道（10）上还有一条支路管道与第五换热站（5）相连接，制冷系统和/或供暖系统（7）与工业生产车间相连接；
第三换热站（3）与供暖系统和/制冷系统（7）之间通过第二回收管道（9）相连接。
2.如权利要求1所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，其特征在于，制冷系统（7）为热水型溴化锂机组。
3.如权利要求1所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，其特征在于，第一换热站（1）的热源为第一高炉冲渣水；第二换热站（2）的热源为第一高炉冲渣乏汽，第三换热站（3）的热源为第二高炉冲渣水，第四换热站（4）的热源为第二高炉冲渣乏汽；第五换热站（5）的热源为烧结环冷热风，第六换热站（6）的热源为烧结烟气。
4.如权利要求1所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用系统，其特征在于，第一排热管道（101）、第二排热管道（102）、第三排热管道（10）、第一回收管道（103）、第二回收管道（9）以及所有的支路管道上均有阀门。
5.如权利要求1所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法，其特征在于：
（1）来自于第一换热站（1）的第一高炉冲渣水和第二换热站（2）的第一高炉冲渣乏汽经过串联提温，逐级加热，由第二排热管道输送至制冷系统和/或供暖系统（7），然后送至生产车间或用户；
（2）来自于第五换热站（5）的烧结环冷热风和第六换热站（6）的烧结烟气逐级加热串联提温后，通过第三排热管道（11）输送至供暖系统和/或制冷系统（7）；
（3）分别来自于第一换热站（1）、第二换热站（2）、第三换热站（3）、第四换热站（4）、第五换热站（5）、第六换热站（6）的第一高炉冲渣水、第一高炉冲渣乏汽、第二高炉冲渣水、第二高炉冲渣乏汽、烧结环冷热风、烧结烟气通过第一排热管道（101）输送至供暖系统和/或制冷系统和/或集中供暖用户（7）。
6.如权利要求5所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法，其特征在于：第一高炉冲渣水、第二高炉冲渣水的供水温度70-90℃，回水温度为50-65℃。
7.如权利要求5所述的一种高炉冲渣余热及烧结烟气余热综合利用方法，其特征在于：烧结环冷热风及烟气余热的提供的热媒水温度为84-88℃，回水温度为64-68℃。
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